JP3857411B2 - 押出機のスクリュの搬送混練方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出機のスクリュ、特に噛み合い形同方向回転二軸押出機の混練部の後部に脱気部を有する押出機のスクリュの搬送混練方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の脱気部を有する押出機のスクリュとして、特開平７−１６４５０９号公報に示されるようなものがある。これは押出機のシリンダの真空ベント部（脱気部）において、このシリンダ穴とはめ合わされるスクリュが、図６に示すように、噛み合い形で同方向に回転する二軸のものとされているとともに、スクリュのフライトが図７に示すような、フルフライトと呼ばれる形状に形成されている。なお、図７は、図６（ａ）においてスクリュフライトのリード方向と直交する線ＦーＦに沿う断面を示す。すなわち、スクリュフライトの両側の側壁は、図７中左側（上流側）の側壁は溝底部２ｄと滑らかに接続する曲線Ｒ２状とされているとともに、図中右側（下流側）の側壁は溝底部２ｄと滑らかに接続する曲線Ｒ１状とされている。なお、スクリュとしては図６（ａ）に示すようなスクリュセグメント２ａが、中心軸（インボリュートスプライン軸）に軸方向に複数嵌合されており、それぞれ相手側と噛み合わせることにより、完全噛み合い形フルフライトスクリュが形成されるようになっている。これにより、図６（ａ）に示すように、セグメント２ａごとの噛み合い部２ｃの隙間が、図中左右方向の全長にわたってほぼ均一なものとなり、樹脂を強力に搬送することができ、搬送中に樹脂に含まれる揮発成分を除去する性能、いわゆる脱気性能を高めるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の押出機のスクリュには、脱気部の噛み合い部２ｃにおいて、樹脂が大きいせん断力を受けるので、せん断摩擦による発熱により樹脂温度が所定よりも高くなってしまい、樹脂製品の物性に悪影響を与えることがあるという問題点がある。なお、このような樹脂温度の上昇を抑えるためにスクリュの回転速度を低くしたとすると、搬送力が低下して脱気が充分に行われないため、樹脂製品中に残留する揮発成分の濃度が高くなり、樹脂製品の物性や形状精度に悪影響を与えることになる。
本発明は、このような課題を解決することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、押出機の脱気ゾーンにおいて、スクリュの回転速度を低下させないでも、樹脂温度があまり高くならないようにするとともに、樹脂の滞留時間が従来よりも長くなるようにすることにより、上記課題を解決する。すなわち、本発明の押出機のスクリュの搬送混練方法は、噛み合い形同方向回転二軸押出機の混練部（Ｃ）の後部に脱気部（Ｄ）が設けられている押出機のスクリュ（２）において、
上記混練部（Ｃ）及び脱気部（Ｄ）が交互に複数箇所に設けられているとともに、
これらの脱気部（Ｄ）と対応する部位のスクリュ輸送部のスクリュ（２）は、上流側の側壁部では溝底部（２Ｄ）と滑らかに接続する曲線Ｒとされているとともに、下流側の側壁部では溝底部（２Ｄ）と直角を成す垂直線（Ｌ）とされている半角フライト形状のスクリュゾーンをそれぞれ設け、
脱気部（Ｄ）は、スクリュセグメント（２Ａ，２Ａ）が、複数嵌合されて形成されており、
脱気部（Ｄ）における両スクリュセグメント（２Ａ、２Ａ）の噛み合い部（２Ｃ）は、スクリュフライト（２Ｂ）の両側でそれぞれ隙間（Ｓ１、Ｓ２）が形成されるようにし、樹脂の一部を隙間（Ｓ１）側からスクリュフライト（２Ｂ）の頂部側の隙間を経て隙間（Ｓ２）側に逆流させるようにすることにより、下流側から上流側に逆流させて樹脂の滞留時間を長くし、この滞留中に充分な脱気を行うようにしたことを特徴としている。
なお、かっこ内の符号は、実施の形態の対応する部材を示す。
【０００５】
押出機の原料供給部から供給された原料は、溶融混練されて溶融状態とされ、次いで混練部においてシリンダ内に水が供給され、樹脂と水とが混練分散された後、脱気部（脱気ゾーン）において樹脂中の揮発分が水とともに気化されて除去され、外部に排出される。この際、脱気部において、上流側から下流側に向かって搬送されていく樹脂は、噛み合い部に積極的に設けた隙間によりせん断摩擦が抑制されるとともに、一部が噛み合い部の隙間を通って下流側から上流側に逆流させられることになる。したがって、せん断摩擦による温度の上昇し過ぎを防止することができるとともに、脱気部における樹脂の滞留時間が従来よりも長く、樹脂温度を従来のように高くしないでも、充分に脱気することができる。また、この隙間部におけるスクリュ回転による樹脂の挙動により、脱気される樹脂表面を向上させることができる。すなわち、隙間（Ｓ１，Ｓ２）を設けたことにより、樹脂が過剰に剪断されないで済むので、変性及び劣化されにくくなり、外部に押し出されて成型品になったときの表面形状が向上する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１〜３に本発明の実施の形態を示す。図１は、注水発泡式二軸押出機に本発明を実施した場合の二軸のスクリュ２を示し（なお、図では奥側のものは、手前側のものに隠されて見えていない）、図中左方の上流側から、順次、減圧部Ａ、原料供給部Ｂ、第１混練部Ｃ１、第１脱気部Ｄ１、第２混練部Ｃ２、第２脱気部Ｄ２、第３混練部Ｃ３、第３脱気部Ｄ３の各ゾーンを経て図中左方の下流側から外部に押し出されるようになっている。なお、注水発泡式二軸押出機は、混練部において溶融混練されている樹脂に水が供給されて、混練分散された後、脱気部において樹脂中の揮発分が水とともに気化されて除去され、その後に樹脂の発泡が行われるものである。なお、第１脱気部Ｄ１、第２脱気部Ｄ２、第３脱気部Ｄ３（以後、特に区別しない場合は単に「脱気部Ｄ」とする）は、図２に示すようなスクリュセグメント２Ａが、複数嵌合されて形成されており、それぞれセグメント数が多少相違する（本実施の形態ではＤ１＝４、Ｄ２＝３、Ｄ３＝３となっている）他は、同様の形状のものとされている。
【０００７】
図２（ａ）に示すように、脱気部Ｄにおける両スクリュセグメント２Ａ、２Ａの噛み合い部２Ｃは、スクリュフライト２Ｂの両側でそれぞれ隙間Ｓ１、Ｓ２が形成されるようになっている。すなわち、脱気部Ｄのスクリュフライト２Ｂは、フライトのリード方向と直交するＥ−Ｅ線に沿う断面で見て、図２（ｂ）に示すように図中左側（上流側）の側壁部では溝底部２Ｄと滑らかに接続する曲線Ｒとされているとともに、図中右側（下流側）の側壁部では溝底部２Ｄと直角を成す垂直線Ｌとされている。すなわち、樹脂の流れの方向から見て、フライト前方部が角フライト形に形成されている。このようなフライトの形状を（従来の「フルフライト」に対して）「半角フライト」と呼ぶことにする。このような半角フライトとすることによって、樹脂が噛み合い部２Ｃを通過する際に受けるせん断作用を従来よりも小さくでき、これに応じてせん断による発熱量が小さくて樹脂温度をあまり高くしないようにすることができる。また、上述の隙間Ｓ１、Ｓ２を通って樹脂の一部が下流側から上流側に逆流するので、樹脂の滞留時間を従来よりも長くすることができ、この滞留中に充分な脱気を行うことができる。また、この隙間部におけるスクリュ回転による樹脂の挙動により、脱気される樹脂表面を向上させることができる。すなわち、隙間Ｓ１，Ｓ２を設けたことにより、樹脂が過剰に剪断されないで済むので、変性及び劣化されにくくなり、外部に押し出されて成型品になったときの表面形状が向上する。
【０００８】
次に、この実施の形態の作用を説明する。図１において、原料供給部Ｂで原料が供給される。排気部Ａにおいて原料供給時に分離した揮発分を除去する。次いで原料は溶融混練されて溶融状態とされる。次に第１混練部Ｃ１においてシリンダ内に水が供給され、樹脂と水とが混練分散された後、第１脱気部Ｄ１において樹脂中の揮発分が水とともに気化されて除去され、外部に排出される。同様な動作が第２混練部Ｃ２、第２脱気部Ｄ２、第３混練部Ｃ３、及び第３脱気部Ｄ３において順次繰り返されて樹脂の混練・脱気が行われる。この際、樹脂は、脱気部Ｄにおいて、スクリュフライト２Ｂの頂部においてのみ、せん断作用を受け、両側の隙間Ｓ１、Ｓ２部ではほとんどせん断作用を受けないので、せん断摩擦が抑制されることになる。したがって、脱気部Ｄにおいて、樹脂の温度が高くなり過ぎて変性による不純物が増加するようなおそれがなくなる。また、上流側から下流側に向かって搬送されていく樹脂は、図２（ａ）の噛み合い部２Ｃにおいて、樹脂の一部が隙間Ｓ１側からスクリュフライト２Ｂの頂部側の隙間を経て隙間Ｓ２側に逆流させられることになるので、脱気部Ｄにおける樹脂の滞留時間が従来よりも長いものとされることになり、樹脂温度を従来のように高くしないでも、長い滞留時間の間に充分に揮発分を脱気することができる。また、この隙間部におけるスクリュ回転による樹脂の挙動により、脱気される樹脂表面が向上される。このようにした脱気された樹脂は、図示を省略した図中右側の押出口から押し出される。
【０００９】
【実施例】
図６（及び図７）に示すような、従来のフルフライト（図４及び５中で「ＦＦ」と略称）のスクリュと、本発明の半角フライト（「ＨＳＦ」と略称：フライト前方部が角フライト形にされている）スクリュとを用いて、樹脂の押出し試験を行い、樹脂製品に含まれる揮発分の濃度と、樹脂温度とを測定した。使用した押出機は、株式会社日本製鋼所製の型式番号：ＴＥＸ６５ＸＣＴ−３８．５ＰＷ−４Ｖとした。スクリュのＬ／Ｄ（長さ／直径）、リードは、「ＦＦ」、「ＨＳＦ」とも同じものにした。使用原料はＬ−ＬＤＰＥとし、原料中のヘキサン（揮発分）濃度は５ｗｔ％のものを使用した。
樹脂製品に残留する揮発分濃度の比較線図を図４に、樹脂温度の比較線図を図５にそれぞれ示す。製品の揮発分濃度は、従来のものと比較して本発明のものでは、スクリュ回転速度の全範囲にわたって、ほぼ半分になり、脱気性能が約２倍に向上していることがわかる。
また、押出し時の樹脂温度は、従来のものと比較して本発明のものでは、スクリュ回転速度の全範囲にわたって、ほぼ１０℃低くなっている。すなわち、樹脂の物性に悪影響を与えるおそれのある従来の温度域に比べて、より安全側の温度域に移行しており、樹脂の変性及び劣化による不純物発生のおそれが少なくなったことがわかる。
【００１０】
なお、上記実施の形態の説明においては、注水発泡式二軸押出機に本発明を実施したが、これに限定されるわけではなく、脱気を必要とする押出機であれば、他の形式のものにも本発明を適用できることは明らかである。
また、上記実施の形態の説明においては、混練部及び脱気部をそれぞれ３箇所に設けるものとしたが、必要とされる混練度及び脱気度に応じて混練部及び脱気部の数を増減すればよい。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によると、二軸押出機で樹脂を押し出すにあたって、樹脂の温度を従来のように高くするようなことなく、脱気性能を高くすることができる。したがって、樹脂の温度が高くなり過ぎて変性及び劣化による不純物が増加したり、脱気が不十分で樹脂の物性に悪影響を与えたりするようなことがなくて済む。
また、隙間部における樹脂の挙動により、脱気される樹脂表面を向上させることができる。すなわち、隙間（Ｓ１，Ｓ２）を設けたことにより、樹脂が過剰に剪断されないで済むので、変性及び劣化されにくくなり、外部に押し出されて成型品になったときの表面形状が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す脱気部に対応するスクリュの構成図である。
【図２】本発明による噛み合い形スクリュの脱気部に対応するセグメントを示す外形図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。
【図３】図２（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図であり、脱気部に対応するスクリュフライトの形状（半角フライト）を示す図である。
【図４】スクリュ回転数に対する製品揮発分濃度を、従来のスクリュフライトと本発明のものとで比較して示す線図である。
【図５】スクリュ回転数に対する樹脂温度を、従来のスクリュフライトと本発明のものとで比較して示す線図である。
【図６】従来の完全噛み合い形スクリュのセグメントを示す外形図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。
【図７】図６（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、スクリュフライトの形状（フルフライト）を示す図である。
【符号の説明】
２ スクリュ
２Ａ 脱気部に対応するスクリュセグメント
２Ｂ 脱気部に対応するスクリュフライト
２Ｃ 噛み合い部
２Ｄ 溝底部
３ 中心軸
Ｂ 原料供給部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 混練部
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 脱気部
Ｌ 垂直線
Ｒ 曲線

Claims (1)

1. 噛み合い形同方向回転二軸押出機の混練部（Ｃ）の後部に脱気部（Ｄ）が設けられている押出機のスクリュ（２）において、
   上記混練部（Ｃ）及び脱気部（Ｄ）が交互に複数箇所に設けられているとともに、
   これらの脱気部（Ｄ）と対応する部位のスクリュ輸送部のスクリュ（２）は、上流側の側壁部では溝底部（２Ｄ）と滑らかに接続する曲線Ｒとされているとともに、下流側の側壁部では溝底部（２Ｄ）と直角を成す垂直線（Ｌ）とされている半角フライト形状のスクリュゾーンをそれぞれ設け、
   脱気部（Ｄ）は、スクリュセグメント（２Ａ，２Ａ）が、複数嵌合されて形成されており、
   脱気部（Ｄ）における両スクリュセグメント（２Ａ、２Ａ）の噛み合い部（２Ｃ）は、スクリュフライト（２Ｂ）の両側でそれぞれ隙間（Ｓ１、Ｓ２）が形成されるようにし、樹脂の一部を隙間（Ｓ１）側からスクリュフライト（２Ｂ）の頂部側の隙間を経て隙間（Ｓ２）側に逆流させるようにすることにより、下流側から上流側に逆流させて樹脂の滞留時間を長くし、この滞留中に充分な脱気を行うようにしたことを特徴とする押出機のスクリュの搬送混練方法。

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