JP4303115B2 - 可塑化装置内のスクリューの混合エレメント／セクション - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性材料を混合する装置に関し、より詳細には、押出機および射出成形機に使用できる、多数のポリマーを混合するスクリューに関する。

ポリマーを押出し、混合し、射出成形するためのスクリューの使用は、周知である。図１を参照すると、ポリマーを溶融し、混合するのに使用される従来のスクリュー１１が示されている。このスクリューは、３つのゾーン、すなわち、供給ゾーン１３、圧縮または移行ゾーン１５、および計量ゾーン１７を含む。スクリュー１１は、一定の円筒形内径と、滑らかな内面とを有する中空バレル１９内に収容されている。ペレット、細粒、フレーク、または粉末などの任意の形態であってもよいポリマー樹脂が、バレル１９の開口部２１を通して、供給ゾーン１３内に供給され、スクリュー１１が回転して、ポリマーをパックし、次に圧縮ゾーン１５に押込む。ポリマーは、圧縮ゾーン１５内で溶融され、次に、計量ゾーン１７に搬送され、溶融材料が均質化される。その後、均質化された溶融物が、押出されるか、射出成形されるか、さらに処理される。

スクリュー１１は、シャフト２３の周りに螺旋状に配置されてフライト２５を形成するねじ山を有するスクリューシャフト２３を含む。フライト２５は、シャフト２３より上のフライト２５の高さであるそれらの深さ、および２つの隣接したフライト２５間の距離Ｐプラス１つのフライトの幅であるそれらのピッチによって特徴づけられる。スクリュー１１の外径ＯＤは、シャフト２３の上下のフライト２５の深さを含み、スクリュー１１のルート径ＲＤは、フライト２５の深さを含まない、シャフト２３の直径のみである。

米国特許公報（特許文献１）は、押出スクリューに組入れるための混合エレメントを開示し、この混合エレメントは、図２に示されている。混合エレメント３０は、隆起ランド３６で隔てられた表面溝３２および３４を備えた、機械加工された表面を備えた、細長いシリンダである。入力溝３２は、ポリマーがスクリューによって混合エレメントに供給される、エレメント３０の端部に面する混合エレメントの端部で開いており、入力溝３２は、混合エレメントの反対側の端部で閉じている。出力溝３４は、ポリマーが排出されるエレメント３０の端部に面する混合エレメントの端部で開いており、出力溝３４は、混合エレメントの反対側の端部で閉じている。ランド３６は、入力溝３２と出力溝３４との間のバリヤを形成するが、ランドの上部とバレル１９の内面との間にクリアランスがある。混合エレメント３０は、スクリューシャフト２３の回転とともに回転し、スクリューシャフト２３の回転によって駆動される。スクリューの回転により、溶融ポリマーを、混合エレメント３０の入力溝３２内に、ランド３６とバレル１９の内面との間のクリアランスを通ってランド３６の上部の上に、および出力溝３４を通って外に、押しやる。ポリマー溶融物は、ランド３６の上部とバレル１９の内面との間で圧搾されるときに、高い完全な応力を受ける。付加的なスクリュー混合エレメント構成が、米国特許公報（特許文献２）に開示されている。

米国特許第３，４８６，１９２号明細書 米国特許第６，１３６，２４６号明細書 国際公開第９／５６９３７号パンフレット 国際公開第９９／５６９３７号パンフレット

上記と同様の混合エレメントでは、ポリマーの劣化を引起すことが多いポリマーの過度の加熱を同時に生じさせずに、非常に高い程度のポリマー混合を得ることが困難であった。したがって、非常に高い程度の混合および均質化を達成するが、ポリマーの過度の加熱または劣化を生じさせない、押出機および射出成形機に使用される混合スクリューが必要である。また、高い程度のポリマー混合を生じさせるが、必要なスクリュー回転速度および全体的なポリマー樹脂処理率を低下させるように、スクリューを通るポリマーの流れを制限しない混合エレメントを備えたスクリューが必要である。したがって、必要なのは、ポリマー樹脂の実質的な劣化を引起さずに、多数のポリマーから均質な溶融物を製造する装置である。

本発明は、熱可塑性材料を混合する装置に関し、より詳細には、押出機および射出成形機に使用できる、多数のポリマーを混合するスクリューに関する。この装置は、ほぼ丸い断面と長手方向の軸とを備えた、内面を有する中空空間を有するバレルと、バレル中空空間内に回転可能に取付けられたスクリューとを含む。スクリューは、スクリューを回転させると、バレル中空空間を通してバレル中空空間の入口端部からバレル中空空間の出口端部にポリマー材料を送るように、バレル中空空間の長手方向の軸と同軸上に取付けられている。スクリューは、複数のフライトを形成するようにその周りを螺旋状に延在するねじ山を備えたスクリューシャフトを有し、また、スクリューは、溶融ポリマーが搬送されるゾーンを有する。スクリューは、スクリューの隣接したフライトのスクリューねじ山がスクリューシャフトより上に延在する半径方向の高さを、隣接したフライト間の幅で乗じたものに等しい、隣接したフライト間の流れ断面積を有する。スクリューは、スクリューねじ山がなく、かつ、スクリューシャフトが、バレル中空空間の入口端部の方に向けられた入口端部と、バレル中空空間の出口端部の方に向けられた出口端部とを有する混合エレメントを形成する、溶融ポリマーが搬送されるゾーン内の部分を有する。

スクリューの混合エレメントは、スクリューシャフトと同軸の、スクリューシャフトより上に延在するドラム形表面を含む。このドラム形表面は、混合エレメントの入口端部にある溝開口部を備えた、略軸方向に延在する、ドラム形表面上の複数の入力溝であって、混合エレメントの出口端部に達する前に終わる入力溝と、混合エレメントの出口端部にある溝開口部を備えた、略軸方向に延在する、ドラム形表面上の複数の出力溝であって、混合エレメントの入口端部に達する前に終わる出力溝とを有する。入力溝および出力溝が混合エレメントの表面の一部にわたって互いに隣接するように、複数の出力溝が複数の入力溝と交互する。入力溝と出力溝との間に延在するランドは、入力溝を出力溝から隔て、各ランドの長さは、隣接した入力溝および出力溝の隣接した部分の長さとほぼ同じである。ランドの各々は、入力溝と出力溝との間の厚さが２ｍｍ未満である、ランドの長さを延在する上面を有する。ランドの上面は、中空バレルの内面の方に延在するが、中空バレルの内面に接触しない。ランドの上面とバレル中空空間の内面との間のクリアランスは、好ましくは０．５ｍｍ未満である。

本発明によれば、ランドの長さをランドとバレル中空空間の内面との間のクリアランスで乗じたものに等しい、各ランドに対応するランド断面剪断面積があり、混合エレメントの全ランドのランド断面剪断面積の合計は、ポリマーが混合エレメントに入る直前に通過するスクリューの隣接したフライト間の流れ断面積の９５％以上である。
本発明において、混合要素の全ランドのランド剪断断面積の合計は、ポリマーが混合要素に入る直前に通過するスクリューの隣接フライト間の流れ断面積の１０２％以上であってよい。
溶融ポリマーを搬送するスクリューの区域は、バレルの出口端部に近接した計量部を有し、この計量部に混合要素を配してもよい。この場合、計量部が両端を有すると共にこの計量部の両端の間の中間点があり、この中間点と中空空間の入口端部の方を向く計量部の端部との間に混合要素を配することができる。あるいは、計量部が１つ以下のフライトを有し、混合要素を計量部の出口端部に配したものであってよい。
混合要素は、バレル中空空間の入口端部の方を向く計量部の端部に近接しているものであってよい。
スクリューが供給部および圧縮部を有し、供給部内のフライトの体積と計量部内のフライトの体積との比が１.８未満であってよい。
混合要素が少なくとも３つの入力溝と少なくとも３つの出力溝とを有し、より好ましくは少なくとも５つの入力溝と少なくとも５つの出力溝とを有することができる。
バレルの中空空間が円柱形であってよい。
装置がポリマー押出機の一部であってよい。
装置が射出成形機のポリマー押出機であってよい。

本発明は、射出成形機または押出機に使用できる混合装置に関する。混合装置は、複数のフライトを形成するようにスクリューシャフトの周りに螺旋状に配置されたねじ山を有するスクリューシャフトを備えたスクリューを含む。スクリューは、３つのゾーン、すなわち、供給ゾーン、圧縮ゾーン、および計量ゾーンを有し、また、使用中、スクリューが中空バレル内で回転するのを可能にする、好ましくは滑らかな円筒形内壁を有する円筒形中空バレル内に取付けられている。混合されているポリマーの過度の圧縮または剪断を誘起せずにポリマー混合を向上させるために、スクリューの計量ゾーン内に混合エレメントが組入れられている。

本願明細書で用いられる際の「供給ゾーン」という用語は、材料が導入され、かつ完全に溶融していない、スクリューのゾーンを指す。ポリマーがポリマーペレットの形態で導入される場合、ポリマーペレットは、溶融していないバルク形態で、供給ゾーン内に存在する。

「圧縮ゾーン」という用語は、材料が圧縮され、溶融している、スクリューのゾーンを指す。ポリマーペレットの場合、たとえば、ポリマーペレットは、圧縮ゾーン内に、バルク形態と溶融形態との間の混合状態で存在する。中でスクリューが回転する中空バレルの壁が、圧縮ゾーン内で加熱され、スクリューによって混合されているポリマーを溶融する。

「計量ゾーン」という用語は、材料が完全に溶融し、溶融ポリマーが均質化された、スクリューのゾーンを指す。樹脂ペレットの場合、樹脂ペレットは、完全に溶融した形態で存在する。ポリマー溶融物の温度を維持するのを助けるために、中空バレルの壁を計量ゾーン内で加熱してもよい。

スクリューのフライトは、スクリューシャフトより上のフライトの高さと定義されるその深さ、その幅、およびフライト長さ（スクリューシャフト上のフライトの２つの隣接した巻き間の距離）プラス１つのフライトの幅と定義されるそのピッチによって特徴づけられる。フライトのピッチが２５ｍｍである場合、それは、スクリューを１回回転させると、フライト内のポリマーがスクリュー内で軸方向に２５ｍｍ移動することを意味する。

スクリューの隣接したフライト間の「流れ断面積」は、スクリューシャフト２３と中空バレル１９の内面との間の環状空間の深さをピッチ幅で乗じたものに等しい。ピッチ幅（Ｗ）は、次の式で計算することができ、
Ｗ＝Ｐ（ｃｏｓθ）−ｅ
ここで、「θ」は、スクリューの長手方向の軸に垂直な方向に対するフライトの角度であり、「Ｐ」はピッチであり、「ｅ」はフライトの厚さである。

本発明の混合装置において、スクリューは、溶融ポリマーが搬送されるスクリューのゾーン内に、少なくとも１つの混合エレメントを含む。混合エレメントは、ポリマーの通過を制限しないが、同時に、非常に高い程度のポリマー混合を誘起する。本発明の好ましい実施形態において、混合エレメントは、スクリューの計量ゾーン内に配置されている。混合エレメントは、好ましくは、圧縮ゾーンがスクリューの計量ゾーンに出会うところで、またはその近くに配置されている。あるいは、混合エレメントを、計量ゾーンの最も下流の３分の１を含む、計量ゾーン内の他のところに配置してもよい。本発明の代替実施形態において、スクリューは、供給ゾーンと圧縮ゾーンとを有するが、計量ゾーンがなく、混合エレメントが、ポリマーが溶融している圧縮ゾーンの端部に配置されたものであってもよい。本発明の別の代替実施形態において、供給ゾーン、次に圧縮ゾーン、次に、１以下のフライトの非常に短い計量ゾーンで、混合エレメントをこの非常に短い計量ゾーンの端部に配置して、スクリューを製造することができる。

本発明の混合装置の混合エレメントの好ましい実施形態が、図３および図４に示されている。混合エレメント４０は、隆起ランド４６で隔てられた表面溝４２および４４を備えた、表面が機械加工されるか成形された、細長いシリンダである。表面溝４２および４４は、好ましくは、丸い断面または図４に示された放物線状溝断面などの曲がった断面を有する。入力溝４２は、ポリマーがスクリューによって混合エレメントに供給される、エレメント４０の端部に面する混合エレメントの端部で開いており、入力溝４２は、混合エレメントの反対側の端部で閉じている。出力溝４４は、ポリマーが排出されるエレメント４０の端部に面する混合エレメントの端部で開いており、出力溝４４は、混合エレメントの反対側の端部で閉じている。ランド４６は、入力溝４２と出力溝４４との間のバリヤを形成するが、ランドの上部とバレル１９の内面との間にクリアランスがある。混合エレメントのシリンダは、スクリューシャフト２３の回転とともに回転し、スクリューシャフト２３の回転によって駆動される。スクリューの回転により、溶融ポリマーを、混合エレメント４０の入力溝４２内に、ランド４６の上部とバレル１９の内側との間のクリアランスを通ってランド４６の上部の上に、および出力溝４４を通って外に、押しやる。

本発明の代替実施形態によれば、混合エレメントの表面上の溝およびランドを、混合エレメントおよびスクリューの回転軸に対してある角度で配列してもよい。たとえば、入力溝、出力溝、および入力溝を出力溝から隔てるランドは、混合エレメントの表面の周りを螺旋状に巻くことができる。本発明の別の代替実施形態によれば、入力溝４２の幅は、それらの開端の方により広く、それらの閉端の方により狭くすることができ、出力溝４４も、それらの開端の方により広く、それらの閉端の方により狭いように、相補的にすることができ、ランド４６は、長さに沿ってほぼ均一な幅を維持することができる。

本発明の混合装置において、ランド４６の上部と中空バレル１９の内面との間のクリアランスは、０．５ｍｍ未満、より好ましくは０．３ｍｍ未満であるが、０．０５ｍｍより大きい。この低い程度のクリアランスにより、ポリマーがランド４６の上を通過するときに、ポリマーの高い程度の剪断が発生する。この高剪断により、ポリマーがランド４６と中空バレルの内側との間で圧搾されるときに、ポリマーの全部分を迅速に加熱し、混合する。過熱および可能なポリマー劣化を防止するために、ランド４６の厚さを、２ｍｍ未満、より好ましくは１．４ｍｍ未満、さらに好ましくは１ｍｍ未満に維持する。この狭いクリアランスおよび非常に薄いランド幅により、非常に短い時間の間、ポリマーの非常に高い程度の剪断を誘起することができる。高剪断状態の短い持続期間により、そうでなければ、混合されているポリマーの劣化を引起すかもしれない過熱から、ポリマーを防ぐ。

好ましくは、入力溝４２および出力溝４４は、ランド４６とバレル１９との間のクリアランスの３倍を超えて深い。入力溝４２および出力溝４４が、ランド４６の厚さより少なくとも４倍広いことがさらに好ましい。入力溝４２および出力溝４４は、一般に、スクリューのサイズによって、深さが１から６ｍｍであり、幅が４から１５ｍｍである。たとえば、実施例１に開示されたスクリューにおいて、入力溝４２および出力溝４４は、各々、深さが２．８ｍｍであり、幅が１１ｍｍであり、一方、バレル１９に面する各ランドの上部は、厚さが０．７ｍｍであり、ランド４６の上部とバレルの内面との間のクリアランスは、０．２５ｍｍであった。

混合エレメントの「剪断面積」は、ランド４６と中空バレル１９の内側との間のクリアランスを、ランド長さ（図３の「Ｌ」）で乗じ、入力溝の数の２倍で乗じたものと定義する。本発明の好ましい実施形態によれば、スクリューに組入れられた各混合エレメントの剪断面積は、ポリマーが、混合エレメントに入る直前に通過する、スクリューの隣接したフライト間の流れ断面積の９５％以上である。より好ましくは、各混合エレメントの剪断面積は、ポリマーが、混合エレメントに入る直前に通過する、スクリューの隣接したフライト間の流れ断面積以上である。本発明の最も好ましい実施形態によれば、各ミキサの剪断面積は、ポリマーが、混合エレメントに入る直前に通過する、スクリューの隣接したフライト間の流れ断面積の１００％から１２０％である。ほぼ流れ断面積以上の剪断面積を有する混合エレメントを提供することによって、混合エレメントは、スクリューのポリマー処理率を制限しない。

本発明の混合装置が、スクリューが、体積圧縮比が低いものである場合に、効果的であることがわかっている。圧縮比は、処理中にスクリューがポリマー樹脂を圧縮または圧搾する量の表現である。体積圧縮比は、供給セクション内のスクリューのフライトの体積をスクリューの計量セクション内のフライトの体積で割ったものである。実際に、一定のピッチを有するスクリューの場合、圧縮比は、次の単純な式で計算することができる。

結晶性または半結晶性ポリマー材料に一般に使用される高圧縮スクリューは、圧縮比が、約２．５より大きい。アモルファス材料を処理するのに一般に使用される標準圧縮スクリューは、圧縮比が約１．８から２．５である。圧縮比が１．８未満のスクリューは、圧縮比が低いとみなされる。

低体積圧縮スクリューを、（特許文献３）の原理に従って設計し、射出成形されているポリマー樹脂のためにカスタマイズすることができる。そのようなスクリューにおいて、圧力ピークのない、スクリューに沿った一定の圧力増加があるように、ポリマー樹脂のマスフローは、スクリューの長さに沿ってバランスがとられている。

本発明の混合装置を使用して、広範囲のポリマーおよびポリマー添加剤を混合することができる。発明のスクリューを、押出機、または射出吹込成形機などの射出成形機に使用してもよい。このスクリューは、多数のポリマーのブレンドを押出し、射出成形するのに特に有用であることがわかっている。本発明を、１つのスクリューと１つの混合エレメントとを有するスクリューで説明したが、本発明の範囲は、２以上の上記のような混合エレメントを有するスクリュー、または２以上のそのようなスクリューを有する装置を含む。本発明を、１つのフライトを有するスクリューと関連して説明したが、本発明の範囲は、１を超えるフライトを有するスクリューを含む。

本発明を次の実施例でさらに説明する。実施例は、例示のためにすぎず、本発明を限定することは意図されない。本発明の範囲から逸脱することなく詳細の修正を行ってもよい。

（実施例１および比較例２）
実施例１において、本発明によるスクリューを製造し、ポリアセタール熱可塑性樹脂を射出成形するのに使用した。ポリアセタール樹脂を、直径が約２から４ｍｍの粒状ペレットの形態で、供給ゾーンに導入した。ポリアセタール樹脂は、デルリン（Ｄｅｌｒｉｎ）（登録商標）５００Ｐ、すなわち、添加された熱安定剤および潤滑剤約１重量％と混合され、融点が１７７℃であり（ＩＳＯ３１４６方法Ｃ２）、２．１６Ｋｇの重量で、１９０℃の温度における、標準技術（ＩＳＯ１１３３）によるメルトフローレートが１５ｇ／１０分であり、本願特許出願人から入手可能なポリアセタール樹脂であった。

実施例１のスクリューは、供給ゾーンと、圧縮ゾーンと、計量ゾーンとを有し、かつ、（特許文献４）に開示されたような低い体積圧縮比を有した。スクリューは、図３および図４に関して上述されたような１つの混合エレメントを組入れた。混合エレメントは、圧縮ゾーンが計量ゾーンに出会う計量ゾーンの始めに配置された。スクリューは、全体が窒化鋼からなり、８３ＨＲＡの硬度と、以下に記載される寸法とを有した。

比較例２において、スクリューを、混合エレメントを含まない以外は、実施例１のスクリューと同様に製造し、このスクリューを、実施例１で使用されたのと同じポリアセタール熱可塑性樹脂を射出成形するのに使用した。

実施例１および比較例２で使用されたスクリューは、次の寸法を有した。

実施例１および比較例２の両方において、スクリューを、１５０トンのクランプ力を有し、直径３０ｍｍのバレルを備えた射出成形機に使用した。バレルを、容積が約４０ｃｍ³の、２つのキャビティモールド工具に連結した。約１分の成形サイクル時間を用いた。各サイクルの間、スクリューを、約４秒間、１９０ｒｐｍの速度で回転させ、溶融ポリマーを、スクリューの端部とモールドキャビティとの間に配置されたバレルのアキュムレータ部分内に移動させた。次に、スクリューを６．７ｃｍのストロークにわたって前進させ、蓄積したポリマーをモールドキャビティ内に注入した。ポリマーを、約５５秒間、モールドキャビティ内で結晶化させた後、成形物品をモールドキャビティから取出し、サイクルを繰返した。総スクリュー出力は、５５ｋｇ／時であった。バレル温度を、供給ゾーン内で２００℃、圧縮ゾーン内で２１０℃、計量ゾーンおよびアキュムレータセクション内で２１５℃に設定した。モールドの温度を９０℃に設定した。実施例１において、スクリューから出るポリマーの温度は、バレル温度より２℃未満高く、これは、混合エレメントを実施例１で使用した場合でも、混合プロセスにより、ポリマー溶融物のわずかな付加的な加熱が引起されたことを示す。

２つのキャビティモールド工具内で、１分あたり約１成形操作の速度で、犬用の骨形の引張試験バーを射出成形した。引張バーは、ＩＳＯ２９４に従って準備され、全長が１６．６ｃｍであり、長さ８ｃｍ、幅１ｃｍ、および厚さ４ｍｍの限られた部分を有した。各成形操作の間、回転スクリューは、最初にポリマー溶融物を投与した後、停止し、軸方向に６．７ｃｍ突進み、ポリマーをモールドキャビティ内に押込んだ。

ＩＳＯ５２７−１に従う引張試験のために、各スクリューで成形された１０の引張バーをランダムに選択した。試験されたバーの機械的特性は、次のとおりであった。

破断点伸びの結果の一貫性は、バーを製造するのに使用されたポリマー溶融物の均質性の良好な指標である。本発明のスクリューで製造されたバーの最小伸びが、比較例２のスクリューで製造されたバーより１８％大きいことがわかる。本発明のスクリューで得られた増大した一貫性が、試験バーの引張強度を低減したであろうポリマーの劣化という犠牲で、得られなかったことがわかる。

（実施例３、４、および比較例５）
実施例３および４において、実施例１で上述されたような、混合エレメントを備えたスクリューを、実施例１の射出成形機に使用して、同じ配合のポリアセタール熱可塑性樹脂組成物を射出成形したが、それを異なった形態でスクリューの供給セクションに導入した。実施例３において、射出成形前に、別個の混合操作で、組成物の成分を予め混合した。実施例４において、前の予めの混合操作を伴わずに、組成物の成分を射出成形スクリューに直接導入した。比較例５において、実施例３および４で使用された射出成形機を、実施例４の多数の成分樹脂を射出成形するのに使用したが、使用されたスクリューは、混合エレメントを含まない、比較例２のスクリューであった。

実施例４および比較例５において、ポリアセタール樹脂は、平均直径が０．２５ｍｍであり、粒度のガウス分布が０．０６ｍｍから０．５０ｍｍである、マイクロビーズの形態のポリオキシメチレンホモポリマーであった。回転混合ブレードを有するホッパー内で、微細粉末形態の熱安定剤および潤滑剤をポリアセタールマイクロビーズと混合して、約１％の添加された熱安定剤および潤滑剤からなる混合物全体を形成した。

実施例３において、使用された熱可塑性樹脂は、デルリン（登録商標）５００Ｐポリアセタール樹脂、すなわち、約１重量％の添加された熱安定剤および潤滑剤と予め混合され、本願特許出願人から入手可能なポリオキシメチレンホモポリマーであった。この予め混合された樹脂は、直径が約２から４ｍｍの粒状ペレットの形態であり、融点が１７７℃（ＩＳＯ３１４６方法Ｃ２）であり、２．１６Ｋｇの重量で、１９０℃の温度における、標準技術（ＩＳＯ１１３３）によるメルトフローレートが１５ｇ／１０分であった。熱安定剤および潤滑剤の予めの混合は、単軸スクリューポリマー押出機を使用して、従来の態様で行った。実施例３の組成物中に存在するポリオキシメチレンホモポリマー、熱安定剤、および潤滑剤は、実施例４および比較例５で使用されたものと同じであり、これらの成分は、実施例３の予め混合された組成物中に、実施例４および比較例５で用いられたのと同じ割合で存在した。

実施例３、４、および比較例５において、１５０トンのクランプ力を有し、直径３０ｍｍのバレルを備えた射出成形機で、樹脂を射出成形した。バレルを、容積が４０ｃｍ³の、２つのキャビティモールド工具に連結した。約１分の成形サイクル時間を用いた。各サイクルの間、スクリューを、約４秒間、１９０ｒｐｍの速度で回転させ、溶融ポリマーを、スクリューの端部とモールドキャビティとの間に配置されたバレルのアキュムレータ部分内に移動させた。次に、スクリューを６．７ｃｍのストロークにわたって前進させ、蓄積したポリマーをモールドキャビティ内に注入した。ポリマーを、約５５秒間、モールドキャビティ内で結晶化させた後、成形物品をモールドキャビティから取出し、サイクルを繰返した。実施例３、４、および比較例５の総スクリュー出力は、５５ｋｇ／時であった。

実施例３、４、および比較例５において、バレル温度を、供給ゾーン内で２００℃、圧縮ゾーン内で２１０℃、計量ゾーンおよびアキュムレータセクション内で２１５℃に設定した。モールドの温度を９０℃に設定した。各実施例において、スクリューから出るポリマーの温度は、バレル温度より４℃未満高く、これは、混合エレメントを実施例３および４で使用した場合でも、混合プロセスにより、ポリマー溶融物のわずかな付加的な加熱が引起されたことを示す。

２つのキャビティモールド工具内で、１分あたり約１成形操作の速度で、犬用の骨形の引張試験バーを射出成形した。引張バーは、ＩＳＯ２９４に従って準備され、全長が１６．６ｃｍであり、長さ８ｃｍ、幅１ｃｍ、および厚さ４ｍｍの限られた部分を有した。

ＩＳＯ５２７−１に従う引張試験のために、各スクリューで成形された１０の引張バーをランダムに選択した。試験されたバーの機械的特性は、次のとおりであった。

実施例３ 実施例４ 比較例５
引張強度−平均 ７２Ｍｐａ ７２Ｍｐａ ６９．９Ｍｐａ
モジュラス−平均 ３．３Ｇｐａ ３．３Ｇｐａ ３．１Ｇｐａ
破断点伸び−最小 ４４％ ４０％ １８％
破断点伸び−最大 ６５％ ７１％ ５３．５％
破断点伸び−平均 ５１．０％ ５８．７％ ４３．３％

破断点伸びの結果の一貫性は、バーを製造するのに使用されたポリマー溶融物の均質性の良好な指標である。本発明のスクリューでは、混合工程をなくし、かつ、同じ成分を射出成形スクリューに直接供給した場合（実施例４）、予め混合された組成物（実施例３）の最小伸びが著しく低減しなかったことがわかる。しかし、本発明による混合エレメントのないスクリューを比較例５で使用し、かつ、同じ成分を射出成形スクリューに直接供給した場合、破断点最小伸びが２０％を超えて減少した。樹脂配合物の成分を予め混合しない場合でも、本発明のスクリューで、増大した一貫性が得られることがわかる。

個別の成分からの直接の射出成形の１つの利点は、樹脂配合物の成分をすべて組合せるために、別個の押出混合操作が必要でないことである。混合は、射出成形ユニットで行われる。このプロセスでは、予め混合された樹脂を使用して製造できるものと同等の機械的特性を有する成形物品を製造する。本発明の前は、注入されて引張バーにされた、溶融していないか混合されていない粒子によって、機械的特性、特に破断に対する平均伸びが、より低かった。驚いたことに、ポリアセタールと、熱安定剤と、潤滑剤との粗混合物から直接製造された成形物品の破断に対する伸びが、同じ組成物の予め混合されたペレットから製造された成形物品とほぼ同じであることがわかる。

従来のスクリューの側面図である。 スクリュー上の従来の混合エレメントの部分の側面図である。 本発明によるスクリュー上の混合エレメントの側面図である。 図３に示された混合エレメントの断面図である。

Claims (3)

1. 内面を持つ中空空間をほぼ円形の断面および長手方向の軸線と共に有するバレルと、
   このバレルの中空空間に回転可能に取り付けられると共にこの中空空間の長手方向の軸線と同軸に取り付けられ、回転させた場合にポリマー材料を前記中空空間の入口端部からこの中空空間を通って当該中空空間の出口端部へと送るために取り付けられ、螺旋状に延在して複数のフライトを形成するねじをその周りに持ったスクリュー軸および溶融ポリマーが搬送される区域を有するスクリューと
   を具えたポリマー溶融物を押出す装置であって、
   前記スクリューは隣接するフライト間に流れ断面積を有し、これはスクリュー軸の上に突出する隣接フライトのねじ山の半径方向高さに対し、隣接フライト間の幅を乗じたものと等しく、
   前記スクリューは、溶融ポリマーが搬送される前記区域内にねじ山のない部分を有し、前記スクリュー軸は前記中空空間の入口端部の方を向く入口端部および前記中空空間の出口端部の方を向く出口端部を有する混合要素を形成し、この混合要素は、
   前記スクリュー軸の上に突出し、かつ前記スクリュー軸と同軸のドラム形表面を具え、
   このドラム形表面は、ほぼ軸線方向に延在して前記混合要素の出口端部に達する前に終わる複数の入力溝を前記混合要素の入口端部にある溝開口部と共にこのドラム形表面の上に有し、
   前記ドラム形表面は、ほぼ軸線方向に延在して前記混合要素の入口端部に達する前に終わる複数の出力溝を前記混合要素の出口端部にある溝開口部と共にこのドラム形表面の上に有し、これら複数の入力溝は前記複数の出力溝と互い違いとなって前記入力および出力溝が前記混合要素の表面の一部に亙り相互に隣接し、
   前記入力溝と前記出力溝との間に延在して前記入力溝を前記出力溝から隔てるランドを具え、各ランドの長さは隣接する入力および出力溝の隣接部分の長さとほぼ同じであり、前記ランドのそれぞれは前記入力溝と前記出力溝との間の厚さが２ｍｍ未満であり、前記ランドの全長に延在する上面を有し、これらランドの各上面が、前記中空空間の内面と接触せずにこの内面の方に延在し、前記ランドの各上面と前記中空空間の内面との間の空隙が０．５ｍｍ未満であり、
   各ランドに対応し、かつランドの長さに対してランドの上面と前記中空空間の内面との間の空隙を乗じたものに等しいランド剪断断面積があり、前記混合要素の全ランドのランド剪断断面積の合計は、ポリマーが前記混合要素に入る直前に通過する前記スクリューの隣接フライト間の流れ断面積の９５％以上であることを特徴とする装置。
2. 前記混合要素の全ランドのランド剪断断面積の合計は、ポリマーが前記混合要素に入る直前に通過する前記スクリューの隣接フライト間の流れ断面積の１００％以上であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記ランドの全長に延在するランドの各上面は、前記入力溝と前記出力溝との間の厚さが０．２ｍｍから１．４ｍｍであり、前記ランドの上面と前記中空空間の内面との間の前記空隙が、０．１ｍｍから０．３ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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