JP4528095B2

JP4528095B2 - 異方向回転型２軸押出成形機

Info

Publication number: JP4528095B2
Application number: JP2004330871A
Authority: JP
Inventors: 武久菅谷
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-11-15
Also published as: JP2006137151A

Description

この発明は、硬質ポリ塩化ビニルなどの成形に適した押出成形機に関するものである。

一般に、押出成形は、ホッパーを通して加熱シリンダ内に供給された成形樹脂を溶融させ、スクリューを介して加熱シリンダの先端に連結された金型から押し出し、金型にて賦形した後、賦形された製品を冷却固化させるものであり、フィルム、シート、パイプ、チューブなどの長尺物を連続成形することができる。そして、押出成形に使用される押出機は、１軸押出機と２軸押出機に大別される。このうち、熱安定性、流動性の悪いポリ塩化ビニルなどの成形樹脂を押し出すには、１軸押出機に比較して成形樹脂の搬送が確実で分散混合もよく、滞留時間が小さく、発熱や温度分布が小さいため、２軸押出機が広く使用されている。また、ポリ塩化ビニル製パイプには、混練作用の大きい同方向回転型２軸押出機よりも、剪断発熱が小さく、低温押出が可能な異方向回転型２軸押出機が主に使用されている（例えば、非特許文献１参照）。
実用プラスチック成形加工事典編集委員会，「実用プラスチック成形加工事典」，初版第３刷，株式会社産業調査会事典出版センター，１９９７年６月３０日，ｐ１８７−１８８

ところで、前述した異方向回転型２軸押出機を用いて硬質ポリ塩化ビニルを成形する場合において、粘度が低く、壁面での滑り比率が高い硬質ポリ塩化ビニルによって肉厚が大きな製品を成形するとき、成形樹脂の局部的な偏流が発生する場合が多く見受けられる。成形樹脂の局部的な偏流が発生すると、最終的な製品の肉厚分布の形で品質に直接影響を与えるものとなる他、場合によっては、長期の安定生産が不可能な状況に陥るおそれがある。

このような成形樹脂の局部的な偏流は、異方向回転型２軸押出機を採用するが故の成形樹脂の上下の温度差や流速差の他、肉厚が大きいため、もしくは、成形樹脂の粘度が低く、壁面での滑りが大きいために、発生圧力が小さく、圧力による流量調整機構が働きにくい、といった理由で引き起こされると考えられている。

このような現象に対して、操業条件、例えば、温度、スクリュー回転数などの変更や、滑剤の微調整などの成形樹脂のマイナーチェンジで対策してきたが、必ずしも満足する結果を得ることができなかった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、異方向回転型２軸押出機、金型および成形樹脂を変更することなく、異方向回転型２軸押出機で発生する成形樹脂の流速分布および温度分布を矯正し、広い操業条件で肉厚分布が適正な押出成形品を得ることのできる異方向回転型２軸押出成形機を提供するものである。

本発明は、ホッパーを備えた加熱シリンダ内に２本のスクリューが互いに異なる方向に回転自在に軸支されてなる押出機と、加熱シリンダの先端に設けられた金型と、からなる異方向回転型２軸押出成形機において、流路を形成した連結部材が加熱シリンダと金型との間に配設され、該連結部材の流路は、入口流路と中間流路と出口流路とからなり、入口流路の断面形状は、連結部材入口開口から中間流路開口にかけて、上方に偏位しつつ、先窄まり斜円錐台状に形成され、中間流路の断面形状は、中間流路開口から出口流路開口にかけて、斜上方に円筒状に形成され、出口流路の断面形状は、出口流路開口から連結部材出口開口にかけて、下方に偏位しつつ、先広がり斜円錐台状に形成され、連結部材の入口開口中心と連結部材の出口開口中心は同軸上に形成され、連結部材の入口開口中心が押出機の中心に対して上方に偏位されていることを特徴とする異方向回転型２軸押出成形機である。

また、本発明は、前記連結部材は、前記入口流路と前記中間流路からなる第１連結部材と、前記出口流路からなる第２連結部材とが接合されて形成され、前記中間流路開口の軸方向位置は、連結部材の軸方向長さの中間位置に設定されていることを特徴とする請求項１記載の異方向回転型２軸押出成形機である。

本発明によれば、異方向回転型２軸押出機特有の下側高温、高流量の成形樹脂を連結部材の入口開口から中間開口にかけての先窄まりの流路によって矯正することができる。

本発明において、異方向回転型２軸押出機としては、２軸が平行であるパラレルタイプでも、斜軸であるコニカルタイプであっても構わないが、温度、流速分布の観点からは、コニカルタイプを用いることが好ましい。

本発明において、金型としては、パイプ、シート、プロファイルのいずれであってもよいが、異方向回転型２軸押出機特有の上下の偏流が顕著に現れるのは、パイプの金型であり、特に、パイプの肉厚および口径が大きなパイプの金型を用いる場合に適用することが好ましい。

本発明において、連結部材における流路の入口開口中心と押出機の中心との偏位量および連結部材における流路の入口開口から中間開口にかけての傾斜角は、大きいほど効果が現れるが、あまり大きくなると、流路の急変によって圧力降下や発熱が大きくなり、効果を打ち消すことになる。このため、偏位量としては５０ｍｍ、傾斜角としては４５度を上限とすることが望ましい。

また、連結部材における流路の中間開口断面積と入口開口断面積との比は、小さいほど効果が現れるが、あまり小さくなると、流路の急変によって圧力降下や発熱が大きくなり、効果を打ち消すことになる。このため、連結部材における流路の中間開口断面積と入口開口断面積との比は、０．０５を下限とすることが好ましい。

本発明において、樹脂の粘度、滑り速度については、出願人の出願に係る特開２００３−１２１３３０号公報に記載された滑り速度測定用金型で計測されたものであり、実際の成形状態に則した樹脂特性である。

ここで、粘度が低く、滑り速度の大きい成形樹脂は、金型での圧力降下が小さく、押出機から押し出された成形樹脂の流速分布や温度分布が矯正され難いため、連結部材の流路で温度分布や流速分布の矯正機能が有効に発揮され、流速や温度の偏りが矯正される。

なお、連結部材の流路には、硬質クロムメッキ、カニゼンメッキなどの表面コーティングを施すことが望ましい。また、連結部材の周囲にヒーターを設けて温度調整を施すことも、効果をさらに引き出すことになる。

本発明によれば、異方向回転型２軸押出機、金型および成形樹脂を変更することなく、異方向回転型２軸押出機で発生する成形樹脂の流速分布および温度分布を矯正し、広い操
業条件で肉厚分布が適正な押出成形品を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２には、本発明の押出成形機１の一実施形態が示されている。

この押出成形機１は、押出機２と、金型３と、押出機２および金型３間に配設された連結部材４と、から構成される。

押出機２は、ホッパ２１を備えた加熱シリンダ２２内にスクリュー２３を回転自在に軸支した公知のものであり、本実施形態においては、異方向回転型２軸押出機が採用されている。

連結部材４は、第１流路４１１が形成された第１連結部材４１と、第２流路４２１が形成された第２連結部材４２を接合して形成され、第１連結部材４１の第１流路４１１における入口開口４１ａの中心と、第２連結部材４２の第２流路４２１における出口開口４２ｂの中心とは、同一軸心上に位置するように設定され、また、第１連結部材４１の第１流路４１１における出口開口４１ｃおよび第２連結部材４２の第２流路４２１における入口開口４２ａは、同一断面積であって、それらの中心が同一軸心上に位置するように設定されている。

第１連結部材４１の第１流路４１１は、その入口開口４１ａから出口開口４１ｃ近傍の中間開口４１ｂにかけて先窄まりの斜円錐台状に形成され、その中間開口４１ｂから出口開口４１ｃにかけて斜円筒状に形成されている。また、第１連結部材４１の第１流路４１１における入口開口４１ａの中心に対して中間開口４１ｂの中心は、一定距離偏位されている。

ここで、第１連結部材４１の第１流路４１１における中間開口４１ｂは、第１連結部材４１および第２連結部材４２を接合して連結部材４を形成した際、その長さ方向の略中間に位置するように設定されている。

第２連結部材４２の第２流路４２１は、その入口開口４２ａから出口開口４２ｂにかけて先広がりの斜円錐台状に形成され、その入口開口４２ａの中心に対して出口開口４２ｂの中心は、一定距離偏位されている。

なお、第１連結部材４１の入口開口４１ａ側が押出機２の加熱シリンダ２２の後端に接続され、第２連結部材４２の出口開口４２ｂ側が金型３の前端に接続される。また、この実施形態の連結部材３における入口開口４１ａの断面積に対する中間開口４１ｂの断面積の割合は、０．０８４である。さらに、入口開口４１ａから中間開口４１ｂにかけての傾斜角は、４３度である。

このように構成された押出成形機１において、連結部材４の第１連結部材４１における第１流路４１１の入口開口４１ａの中心を押出機２の中心に対して上方に４０ｍｍ偏位させて連結部材４を押出機と金型３との間に配設した場合の金型３の出口における成形樹脂の流動状態と、比較例としての円筒状の通常ノズルの中心と押出機２の中心とを同一軸心上に位置させて通常ノズルを押出機２と金型３との間に配設した場合の金型３の出口における成形樹脂の流動状態とを、市販の汎用的な樹脂流動解析ソフト（ＲＦＬＯＷ社製ＲＦＬＯＷ）に解析条件を入力して解析した。

解析条件としては、成形品の外径３８６．３ｍｍ、肉厚１８．２ｍｍ、押出量２４０ｋｇ／ｈ、金型温度１８５℃、流入成形樹脂温度（上側）１８５℃、同（下側）１９５℃、樹脂特性（粘度）ｌｎη＝Ｃ１＋Ｃ２＊ｌｎγ＋Ｃ３＊Ｔ＋Ｃ４＊（ｌｎγ）²＋Ｃ５＊ｌｎγ＊Ｔ＋Ｃ６＊Ｔ²において、Ｃ１＝１７０．６、Ｃ２＝−１．３４５、Ｃ３＝−１．６１１、Ｃ４＝０．０６６６５、Ｃ５＝０．００１７２２、Ｃ６＝０．００４０３、（比熱容量）１２１０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、（熱伝導率）０．１７４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、（密度）１３１１ｋｇ／ｍ³を用いた。

この解析結果である金型３の出口における厚み方向中心の周方向の速度分布および温度分布を周方向に３２分割して図４および図５に示す。

さらに、本発明の押出成形機１によって実際に成形樹脂を押出成形して得られた成形品の偏肉度（最大肉厚−最小肉厚）およびその時系列の流動変化と、通常ノズルを用いた押出成形機によって実際に成形樹脂を押出成形して得られた成形品の偏肉度および時系列の流動変化を表１に示す。

この表１に示すように、本発明の押出成形機によれば、粘度が低く、壁面での滑り比率が高い成形樹脂によって肉厚が大きな製品を成形するとき、成形品を均一な肉厚に成形するとともに、長時間にわたって安定した成形状態を維持するのに非常に有効であることが明らかである。

以上のように本発明によれば、粘度が低く、壁面での滑り比率が高い成形樹脂によって肉厚が大きな製品を成形するときであっても、操業条件や成形樹脂の調整などを行うことなく偏肉度の適正な成形品を長時間にわたって安定して成形することができることから、生産効率を大きく向上させることができる。

本発明の押出成形機を示す概略図である。図１の押出成形機の連結部材を示す断面図である。本発明の押出成形機によって押出成形される成形樹脂のＲＦＬＯＷによる解析モデルの斜視図および側面図である。本発明の押出成形機によって押出成形される成形樹脂の金型出口における肉厚中心の周方向の流速分布と、通常ノズルの中心と押出機の中心を一致させた押出成形機によって押出成形される成形樹脂の金型出口における肉厚中心の周方向の流速分布を示すＲＦＬＯＷによる解析図である。本発明の押出成形機によって押出成形される成形樹脂の金型出口における肉厚中心の周方向の温度分布と、通常ノズルの中心と押出機の中心を一致させた押出成形機によって押出成形される成形樹脂の金型出口における肉厚中心の周方向の温度分布を示すＲＦＬＯＷによる解析図である。

符号の説明

１押出成形機
２押出機
２２加熱シリンダ
２３スクリュー
３金型
４連結部材
４１ａ入口開口
４１ｂ中間開口

Claims

ホッパーを備えた加熱シリンダ内に２本のスクリューが互いに異なる方向に回転自在に軸支されてなる押出機と、
加熱シリンダの先端に設けられた金型と、からなる異方向回転型２軸押出成形機において、
流路を形成した連結部材が加熱シリンダと金型との間に配設され、
該連結部材の流路は、入口流路と中間流路と出口流路とからなり、
入口流路の断面形状は、連結部材入口開口から中間流路開口にかけて、上方に偏位しつつ、先窄まり斜円錐台状に形成され、
中間流路の断面形状は、中間流路開口から出口流路開口にかけて、斜上方に円筒状に形成され、
出口流路の断面形状は、出口流路開口から連結部材出口開口にかけて、下方に偏位しつつ、先広がり斜円錐台状に形成され、
連結部材の入口開口中心と連結部材の出口開口中心は同軸上に形成され、
連結部材の入口開口中心が押出機の中心に対して上方に偏位されている
ことを特徴とする異方向回転型２軸押出成形機。
前記連結部材は、前記入口流路と前記中間流路からなる第１連結部材と、
前記出口流路からなる第２連結部材とが接合されて形成され、
前記中間流路開口の軸方向位置は、連結部材の軸方向長さの中間位置に設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の異方向回転型２軸押出成形機。