JP3843130B2 - 押出装置および押出装置を使用することによりプラスチック材料を配向させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、筒状プラスチック製品を調製するためのもしくは当該製品を少なくとも一層のプラスチックで被覆するための押出装置に関する。当該押出装置は、最低１個の円錐固定子、最低１個の円錐ローターおよび押出導管に押出されるべきプラスチツク材料をプレスするためのそれらの間の最低１個の円錐供給開口部を含んで成る。本発明はまた、筒状プラスチック製品の前述の押出装置での製造もしくは被覆の間にプラスチック材料中に繊維を形成させる方法および／もしくはプラスチック材料を配向させる方法にも関する。筒状プラスチック製品は例えばプラスチックパイプ、プラスチックフィルムもしくは若干の他の類似の製品でありうる。
以前は、パイプが被覆される場合は、被覆されるべきパイプの上に外側のパイプが最初に形成された。こうした場合には、例えば所望の配向をもつ外側のパイプを提供することが可能でなかった。さらに、長いスクリューが現在の様式で使用される場合、被覆されるべきパイプが温まる。
ノルウェー国特許公開明細書第１５９，８４１号は、押出機と共に回転マンドレルを備えたクロスヘッド成形装置を開示する。この装置では、たとえコーティング層がケーブルに圧力によってプレスされ得るとしても、被覆されるべき表面へのコーティングの接着が改善され得るようにケーブルの被覆の間に所望の配向を形成することが可能であるが、しかしこれを維持することは可能でない。
本発明の目的は、従来技術の問題を避けること、および、主として所望の永続的配向をもつ製品を提供する押出装置を作製することである。
この目標は本発明の装置で達成され、それは主として、プラスチック材料中に繊維状物を形成させるための手段および／もしくはプラスチック材料を配向させるための手段がローターの端に存在することを特徴とする。
前述の手段は、最も好ましくは、ローターの端に、押出導管に向って延びた本質的に筒状の延長部を含んで成る。
これらの手段はまた、ローターおよび／もしくはその延長部を貫通する開口部を含んで成ることができる。
ローターの端もしくはその延長部に環状フランジが存在することもでき、このフランジは好ましくはそれを貫通する孔を含んで成る。
本発明の方法は、また、主として、ローター（１個もしくは複数）を、螺旋状配向が円周とほぼ同じ方向を有するように迅速に回転させること、および、押出装置を出る筒状プラスチックプレフォームを、完成した製品の配向角がより小さくなる（好ましくは約５０ないし６０°となる）ような方法で、伸長装置によって伸長することを特徴とする。
本発明の様式で形成されたローターによれば、押出されるプラスチック材料は、被覆されるべきパイプもしくは物品を適当な方法で冷却することにより、そしておそらく外側から押出装置を冷却することによってもまた、永続的な螺旋状配向を得ることができる。螺旋状配向は主として回転ローターの動きにより生み出され、そして螺旋性は筒状延長部によって維持され得る。配向は押出される材料の内部冷却により向上される。
本発明の本質的な特色は、押出製品がそれが結晶化されると同じ時点で製品の形態に冷却され得ることである。すなわち、当該装置は、その後、その強さを増大させるための何等かの操作に必ずしもされされる必要のない完成した製品を排出する。半径方向の配向は好ましくはマンドレルでの処理により向上され、また、軸方向の配向は伸長装置で所望のレベルに、好ましくは半径方向でのそれより約５０％小さいレベルに調整される。
本発明の利点は、いくつかの比較的薄い層が調製される場合、それらが冷却され得るということ、そして配向が固定され得るということである。これはいずれも、従来の押出技術では非常に高いコストを要し且つ困難なことである。本発明の装置では、例えば、２個の薄層を調製すること、また、一つの機械で中間冷却を実行しそして別の機械でより多くの層を製造することが可能である。当該機械はかさばらない構造であるので、空間および金銭の節約が大きい。
好ましくはプラスチックの数個の薄層を供給する目的のため、押出装置は例えば筒状延長部を備えた最低２個のローターおよびローターを取り巻く固定子を含んで成り、隣り合ったローターの回転方向は相互に反対である。こうした場合、ローターの間に、薄層の配向が固定されることを確実にするための中間冷却装置が存在することもまた好ましいことである。
とりわけ、プラスチック材料が、紡糸、結晶化もしくは架橋される場合には、最低１個のローターの筒状延長部がプラスチック材料の流れの方向に本質的に円錐形に広がること、および、ローターの内側面部の供給開口部に流れ込むプラスチック材料を延長部の外側表面に導きそして従ってローターの外側面部の供給開口部に流れ込むプラスチック材料と混合させるための手段が存在すること、そして、延長部の外側表面上のプラスチック材料を延長部を貫通して該延長部の内部へ導くための手段が存在することが有利である。
当該押出装置が、既製の物品例えばケーブルを被覆するのに使用される場合には、押出導管の入口端は、好ましくは、導管に導かれた製品の初期冷却のための冷却装置を含んで成る。
他方、押出装置がプラスチックパイプの作製に使用される場合には、押出導管は冷却マンドレルを備えている。
本発明の方法の好ましい態様においては、押出装置を出る筒状のプレフォームは、円周方向のプラスチック分子の配向がさらに増大するように、筒状プレフォームの内径よりも大きい外径を有する（例えば第７図に示すような）焼戻マンドレル上で伸長装置で伸長されるが、しかし同時の軸方向伸長のため、配向角は押出装置から出る筒状プレフォームの配向角より小さくなる（好ましくは前述したように５０ないし６０°になる）。
プラスチック材料ファイバーは、冷マンドレルもしくは押出装置を通って動くプレフォーム中で紡糸および結晶化され得る。
架橋されたおよび架橋されないプラスチック材料の混合物は熱マンドレルによって架橋温度に加熱され得る。
当該方法をより高温で開始し、製造ラインで冷却たらいのような冷却装置に引き込んで標準的な直径をもつプレフォームを形成し、次いで、該プレフォームの温度を、配向が永続的になるように配向温度以下に低下させることもまた可能である。
以下で、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。添付図面において、
第１図は２個のローターを備えた押出装置を示し、
第２図は本発明の押出装置の運転の始動を示し、
第３図は１個のローターを備えた押出装置を示し、
第４図ないし６図はローターの延長部およびその周囲の態様を示し、
第７図および８図は本発明の押出装置の付加的応用を示し、そして
第９ないし１３図はローターの別の態様を示す。
第１図は、いくつかの薄いプラスチック層を含んで成るプラスチックパイプを調製するためのもしくはいくつかの薄いプラスチック層でケーブルもしくはチューブのような製品を被覆するための本発明の押出装置を示す。この押出装置は、２個の円錐ローター１および２、ローターを相互から分離しかつそれらを取り巻く固定子３、４および５、ならびに、押出導管１０に押出されるべきプラスチック材料Ｍをプレスするためのローターと固定子との間の供給開口部６、７、８および９を含んで成る。押出導管１０は、この場合、押出装置を通って伸長する開口部と開口部を貫通する冷却マンドレル１１との間に位置を定められた環状の空間から形成される。冷却マンドレル１１は、少なくとも、新しい多層パイプがその上で形成されている場合に使用され得る。
ローター１および２は反対方向に回転するように設計され、そして各ローターは、供給開口部６、７、８および９から来るプラスチック材料Ｍを配向かつ結晶化させるための押出導管１０に向って延びた筒状延長部１２、１３を含んで成る。供給開口部を出る熱プラスチック材料は、延長部１２、１３と冷却マンドレル１１との間で配向かつ結晶化される。各供給開口部から出て来る積層されるべきプラスチツク材料の層の厚さは、好ましくは約１ｍｍである。
押出導管１０の始まりは断熱材１４で閉じられ、また、押出導管の出口端には、プラスチック材料Ｍが溶融状態にあるべきである押出装置の領域で熱損失が起こらないように別の断熱材１５が存在する。第二の断熱材１５の後、すなわち押出装置の出口端には、装置を出る完成した製品を冷却するための冷却ノズル１６が備えられている。
第１図に関して付言すると、或る場合には、十分な冷却がプラスチック材料の異なる層の間に提供され得るように、１個のローターを備えたいくつかの押出装置を連結しかつ各押出装置の間に中間冷却装置を配置することも可能である。
第２図は、第１図の装置を用いてパイプの製造運転を開始する場合の集成装置を示す。マンドレル１１の端には、この場合、例えばアルミニウムから作られた冷始動棒材１７がコネクタ１９によって連結されており、これをマンドレル１１が所要位置に来るまで押出装置の端に連結された伸長装置１８で引っ張り、次いで始動棒材１７をマンドレル１１から解放する。斯くして、結晶化されたパイプＰの製造を開始することができる。
マンドレル１１はその端に配置される水循環によって冷却することができる。水の入口は参照数字２０により、そして出口は参照数字２１により示される。
押出装置から到着するプレフォームを冷却する目的のため、伸長装置の前に冷却たらい３７が存在する。
既製の物品を被覆する場合、マンドレル１１の使用は可能ではない。それ故、被覆されるべき物品の初期冷却は例えば押出装置の入口端に置かれる冷却装置によって実行されなければならない。これはこの図面に示されない。
本発明の装置は、とりわけ、ローター１および２がプラスチック材料の螺旋状配向が円周とほぼ同じ方向を有するように速く回転される方法を実行するために応用でき、その後、押出装置を出るプラスチックパイプを、完成した製品の配向角がより小さくなるような（好ましくは約５０ないし６０°となるような）方法で、伸長装置１８によって伸長され、これにより、半径方向の強さを軸方向の強さのほぼ２倍にすることができる。
第３図の装置は、それが１個のローター（ローター１）および対応して２個の固定子（固定子３および４）を含んで成ることにおいてのみ第１図の装置と異なる。この装置では２層のパイプのみを調製することが可能である一方、第１図の装置では４層のパイプが製造され得る。
第４ないし６図はローターの延長部およびその周囲のいくつかの態様を示す。全てのこれらの態様において、ローター１、２の筒状延長部１２、１３はプラスチック材料Ｍの流れの方向に本質的に円錐形に広がる。ローターの内側面部の供給開口部６、７に流れ込むプラスチック材料を延長部１２、１３の外側表面に導き、そして従ってローターの外側面部の供給開口部８、９に流れ込むプラスチック材料と混合させるための手段２２、２３、および、延長部の外側表面上のプラスチック材料を延長部１２、１３を貫通して該延長部の内部へ導くための手段２４もまた存在する。前述の手段はローターの内側面部の供給開口部６、７を閉じる固定子の延長部２２、ローター１、２を貫通しかつ固定子の延長部に隣接する開口２３、および、ローターの延長部１２を貫通しそしてプラスチック材料の流れの方向にすなわち押出機の軸に向かって先細になる開口２４から成る。延長部２２の端は、延長部２２の上流のプラスチック材料の流れ全体が、単に延長部２２の開口２４を介して調製もしくは被覆されるべき製品に移動されるような方法で押出装置の枠にシールされる。いくつかのローターをもつ装置では、こうした配置を１個の（例えば最後の）ローターもしくはいくつかのローターに適用することができる。
第４図は、開口２４を通過するプラスチック材料から繊維状物Ｆが冷パイプＰ上で紡糸される状況を示す。紡糸はまた冷マンドレル（例えばマンドレル１１）上でも実行されうる。この場合、純粋なポリマーを使用することもまた可能でありうる。
第５図の場合、プラスチック材料の混合物Ｓが固定子に続く冷マンドレル２６上で結晶化され、そして結果として生じる層もしくは製品はそれからそれが引き出される押出導管２５に到着する。この場合、プラスチック材料混合物Ｓは好ましくは低密度（ＬＤ）および高密度（ＨＤ）のプラスチックの組成物から形成される。マトリックスのプラスチックとともに焼戻されるべき有利な混和剤は、例えば容易に繊維化され得る液体結晶性ポリマー（ＬＣＰプラスチック）である。この図面はまた、プラスチック粒子が延長部２２の開口２４を通過する際にそれらがどのように繊維状化されるかも示す。
第６図の実施例は、架橋されたプラスチック材料（例えば架橋されたポリエチレンＰＥＸ）および架橋されないプラスチック材料（例えばポリエチレン）の混合物Ｓ′が熱マンドレル２６によって架橋温度に加熱されることにおいて第５図と異なる。
速度が例えば１００倍に増大する開口２４すなわち繊維化用開口において、配向は対応して増大し、また、回転剪断作用が配向をさらに増大させる。
プラスチックは、流れ方向の側により小さな圧が存在するような方法で開口２３および２４を通って流れるようにされ得る。これは、その流れが圧側で抑えられるもしくはこの側の供給開口部が完全に閉じられるような方法で達成される。
第５および６図のフロストラインＢおよび架橋線Ｃが前述の繊維化用開口２４に非常に近いことが言及されなくてはならない。ファイバーが紡糸される第４図において、接着およびフロストラインＡはこれらの開口からわずかにより遠くに位置を定められる。
第４図ないし６図の場合での本質的な特色は、プラスチックが、その粘度を変化させる必要なしに、増大された速度により伸長されるということである。
円錐押出機の場合には、収量および回転速度の比を、ファイバーが所望の様式で伸長され得るように調整できるということもまた言及されるべきである。
第７および８図は本発明の円錐押出機のいくつかの付加的な応用を示す。本質的に第３図に示される種類のものである押出装置を通って延びる中央の穴すなわちこの場合は中央の押出導管１０は、押出させるべき筒状プレフォームすなわちパイプＰの内側表面に対し置かれかつ端にマンドレル円錐２９を含んで成る最低１個の膨張シール２８を備えた、軸方向に移動可能な空洞の棒材すなわちマンドレル２７を含んで成る。
第７図は、収縮する直径を有しかつマンドレル円錐２９に続く制御円錐３０、ならびに、マンドレル円錐２９および制御円錐３０ならびにそれらを通り越すプラスチック材料を加熱および／もしくは冷却するための円錐２９および３０に設けられた加熱／冷却回路３５および３６を示す。押出装置のノズル部４０は上昇する(ascending)円錐２９の一部の上に、場合によっては当該円錐の最高点にまで、延びている。ノズル部４０と円錐２９との間に位置を定められたダクト４１は、等厚であるか、もしくは円錐２９の上部に向かってわずかに先細であることができる。円錐３０の後にもう１個のシール２８があることができ、その上に潤滑液の循環が最初と最後のシールとの間に配置される。
第８図はまた２個のシール２８の間に焼戻帯を設けることを示す。これは、マンドレル２７に設けられた液体の入口および出口の開口部３２、３４ならびにそれに連結される環状溝３３によってシール２８の間に液体を循環させることにより実現される。環状溝３３の目的は可能な限り十分に液体を循環させることである。これらの焼戻手段は、自明であるので、第７図に示されていない。
第７および８図のマンドレル２７はまたパイプＰの配向でも使用され、そこでマンドレル２７は部分的に内部焼戻マンドレルとして作用し、また、その動きはとりわけ始動の間に利用される。従って、第７図はパイプ製造の始動段階を示し、そして第８図はすでに冷却されているパイプがマンドレル円錐２９上を滑る後の段階を示す。長さ方向に動かされるマンドレル２７は、好ましくは適性温度を調整するのにもまた使用され得る。押出速度が大きい場合、例えば適する架橋時間は加熱されるべきマンドレル２７の長さを増大させることにより達成され得る。温度は、マンドレル２７の外側表面とパイプＰの内側表面との間の直接の対流でか、もしくはシール２８の間の隔離された区域に冷却液を適する温度で循環するかのいずれかで調整され得る。適する液体は水、シリコーン油もしくはグリコールを包含する。この装置はまた、パイプの内側表面にパイプＰとマンドレルの延長部２９との間の摩擦を低下させるためのフィルムを設けることができるという利点をも有している。
本質的な特色は、プラスチックパイプＰがマンドレル２７の外側表面に沿って滑ることができ且つパイプＰの断面がマンドレルで広げられ得るように、マンドレル２７の外側直径が押出導管１０を出るパイプＰの内側直径にほぼ等しいということである。
マンドレル２７の長さ、焼戻の時間および架橋反応の時間は、押出速度によって調整される。
必要な場合には、パイプＰの壁厚を変化させることを目的として、および、パイプＰにビードをつけるすなわち配向させることを目的として、膨張シール２８を設けることができる。これらのシールは従って、等しくない内側直径をもつパイプの生産(run)で使用されることを意図されない。
第７および８図に開示された、本質的に第３図の押出装置に関する配列は、もちろん、本発明に従う他の押出装置に適用され得るものであって、第３図の例示的押出装置にしか適用され得ないものではない。
第９ないし１３図はいくつかの代替のローターの態様を示す。第９ないし１１図は、ローターおよび／もしくはその延長部１２が、プラスチック材料中に繊維状物を形成するためおよび／もしくはプラスチック材料を配向させるための手段としての貫通開口２３、２４をどのように含みうるかを示している。本質的に水平な延長部を有するローターにもまた、開口２３、２４は存在し得る。第９ないし１１図のローターはまた、第１２図に示されるように、延長部に貫通開口３９を有する環状フランジ３８を設けることができる。フランジ３８はまた、第１３図に示されるように、延長部のないローターにも取り付けることができる。
本明細書は本発明の実施態様を例示的にのみ記述したものであって、いうまでもなく、請求の範囲の記載に従う他のいくつかの態様で本発明を実施することが可能である。従って、例えば、ローターの数を必要に応じて変化することができ、また、必要な場合には、薄いプラスチック層の配向が固定されることを確実にするためにローター間に中間冷却装置を設けることができる。

Claims (23)

1. 筒状プラスチック製品を調製するためのもしくは当該製品を少なくとも一層のプラスチックで被覆するための押出装置であって、当該押出装置が、最低１個の円錐固定子（３、４、５）、最低１個の円錐ローター（１、２）およびそれらの間の最低１個の円錐供給開口部（６、７、８、９）を含んで成り、固定子（３、４、５）およびローター（１、２）は供給開口部（６、７、８、９）から押出導管（１０、２５）に押出されるべきプラスチック材料（Ｍ）をプレスするための手段であり、円錐ローター（１、２）の端にプラスチック材料（Ｍ）の中に繊維状物を形成させるためのおよび／もしくはプラスチック材料（Ｍ）を配向させるための手段が存在することを特徴とする装置。
2. ローター（１、２）を通過する開口（２３）が設けられていることを特徴とする、請求の範囲１の押出装置。
3. ローター（１、２）の端に筒状延長部（１２、１３）が設けられていることを特徴とする、請求の範囲１もしくは２の押出装置。
4. 筒状延長部に貫通する開口（２４）が設けられていることを特徴とする、請求の範囲３の押出装置。
5. 筒状延長部（１２、１３）の端に環状フランジ（３８）が存在することを特徴とする、請求の範囲３もしくは４の押出装置。
6. 環状フランジ（３８）がそれを貫通する開口部（３９）を有していることを特徴とする、請求の範囲５の押出装置。
7. 筒状延長部（１２、１３）がプラスチック材料（Ｍ）の流れの方向に円錐状に広がること、また、ローターの内側面部の供給開口部（６、７）に流れ込むプラスチック材料を該延長部（１２、１３）の外側表面に導き、そしてローターの外側面部の供給開口部（８、９）に流れ込むプラスチック材料と混合させるための手段（２２、２３）ならびに該延長部の外側表面上のプラスチック材料を該延長部（１２、１３）を貫いて該延長部の内側に導くための手段（２４）が存在することを特徴とする、請求の範囲３ないし６のいずれかひとつの押出装置。
8. 前述の手段（２２、２３、２４）がローターの内側面部に位置を定められた供給開口部（６、７）を閉じる固定子の延長部（２２）、ローター（１、２）を貫通しかつ固定子の延長部に隣接する開口（２３）およびローターの延長部（１２）を貫通する開口（２４）から成ることを特徴とする、請求の範囲７の押出装置。
9. プラスチックのいくつかの薄層を供給する目的のために、当該装置が、最低２個のローター（１、２）およびそれを取り囲む固定子（３、４、５）を含んで成り、隣接するローター（１、２）の回転方向が常に反対であること、および、最低１個のローター（１、２）がプラスチック材料の中に繊維状物を形成させるためのおよび／もしくはプラスチック材料を配向させるための手段を含んで成ることを特徴とする、請求の範囲１〜８のいずれかひとつの押出装置。
10. ローター（１、２）の間に、薄層の配向が固定されることを確実にするための中間冷却装置が存在することを特徴とする、請求の範囲９の押出装置。
11. 押出装置（１０）の入口端に、導管に導かれる既製の物品の初期冷却のための冷却装置を含んで成ることを特徴とする、既製の物品を被覆するための請求の範囲１ないし１０のいずれかひとつの押出装置。
12. 加熱および／もしくは冷却され得るマンドレルが押出導管（１０、２５）と共に置かれることを特徴とする、筒状プラスチック製品を調製するための請求の範囲１ないし１０のいずれかひとつの押出装置。
13. マンドレル（２７）の端に加熱および／もしくは冷却され得るマンドレル円錐（２９）が設けられていることを特徴とする、請求の範囲１２の押出装置。
14. マンドレル（２７）が、押出装置もしくは押出されるべきプレフォームのいずれかの内側表面に対して膨張し得る最低１個のシール（２８）を有していることを特徴とする、請求の範囲１３の押出装置。
15. マンドレル（２７）が少なくとも２個のシール（２８）を含み、該マンドレルが、空洞であり、そして、マンドレルを温めるためのおよび／もしくは冷却するための手段（３５、３６）、最低１個のシール（２８）を膨張させるための手段ならびに２個のシール（２８）の間に焼戻帯を形成するための手段（２８、３２、３３、３４）を含んで成ることを特徴とする、請求の範囲１４の押出装置。
16. 押出導管（１０）の出口端に、断熱材（１５）および断熱材に続く冷却ノズル（１６）が存在することを特徴とする、請求の範囲１ないし１５のいずれかひとつの押出装置。
17. 最低１個の円錐固定子（３、４、５）、最低１個の円錐ローター（１、２）、それらの間の最低１個の円錐供給開口部（６、７、８、９）および押出導管（１０、２５）を含んで成る押出装置を使用することによる筒状プラスチックプレフォームの調製の間にプラスチック材料を配向させる方法であって、プラスチック材料（Ｍ）の中に繊維状物を形成させるためのおよび／もしくはプラスチック材料（Ｍ）を配向させるための手段（２３；１２、１３；２４；３８、３９）が円錐ローター（１、２）に設けられていること、ローター（１個もしくは複数）（１、２）を、螺旋状配向が円周と同じ方向を有するように回転させること、ならびに、押出装置を出る筒状プラスチックプレフォームを、完成した製品の配向角がより小さくなるような方法で、伸長装置（１８）によって伸長することを特徴とする方法。
18. 押出装置から出る筒状プレフォームが、円周方向のプラスチック分子の配向がさらに増大するように筒状プレフォームの内径よりも大きい外径を有する焼戻マンドレル上で伸長装置（１８）によって伸長されるが、しかし、同時の軸方向の伸長により、配向角が押出装置から出る筒状プレフォームの配向角より小さくなることを特徴とする、請求の範囲１７の方法。
19. プラスチック材料の繊維状物が冷マンドレル（１１）もしくは押出装置を通って移動するプレフォーム中で紡糸されかつ結晶化されることを特徴とする、請求の範囲１７の方法。
20. 架橋されたおよび架橋されないプラスチック材料の混合物（Ｓ′）が熱マンドレル（２６）によって架橋温度に加熱されることを特徴とする、請求の範囲１７の方法。
21. マンドレルの長さ、焼戻の時間および／もしくは架橋反応の時間が押出速度によって調整されることを特徴とする、請求の範囲１８または２０の方法。
22. 請求の範囲１７の方法で得られたプレフォームを冷却装置に引き込み、該プレフォームの温度を配向温度以下に低下させることによって配向を永続的ならしめることを特徴とする、請求の範囲１７の方法。
23. 焼戻区域を増加させることにより該プレフォームの温度を低下させることを特徴とする、請求の範囲２２の方法。

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