JP4563739B2

JP4563739B2 - 押出成形品の製造方法および製造装置

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Publication number: JP4563739B2
Application number: JP2004202680A
Authority: JP
Inventors: 英雄大藪; 昌吉時久
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: JP2006021460A

Description

本発明は、熱可塑性樹脂あるいはその混合物からな固体状態の押出材料を二軸スクリュ押出機の加熱シリンダの上流側に供給してスクリュを回転駆動して溶融すると共に、超臨界状態の不活性流体を注入し、不活性流体が溶解・分散した溶融状態の押出材料を加熱シリンダの下流端に設けられているダイから連続的に押し出して、押出成形品を得る押出成形品の製造方法およびこの製造方法の実施に使用される押出成形品の製造装置に関するものである。

熱可塑化樹脂の連続的な可塑化装置としては、スクリュ押出機が知られている。スクリュ押出機は、周知のように、軸方向に所定長さの加熱シリンダと、この加熱シリンダ内で回転駆動されるスクリュとからなっている。このようなスクリュ押出機は、スクリュが１本の単軸押出機と、２本の二軸スクリュ押出機とに大別できるが、スクリュはいずれも材料の供給側から製品の押出側に向かって、概略、材料供給部、圧縮部、メタリング部等からなっている。そして、単軸押出機の場合は、スクリュの軸方向の長さをＬ，加熱シリンダの径をＤとすると、加熱シリンダに供給される熱可塑性樹脂は３〜７Ｌ／Ｄから溶融が始まり、１５〜２０Ｌ／Ｄのところで終了する。すなわち、溶融に長いスクリュを必要とする。これに対し、二軸スクリュ押出機の溶融領域すなわち圧縮部は、通常の成形加工条件下では１〜３Ｌ／Ｄに過ぎず、迅速且つ効率的に溶融するという特徴を有する。
一方、スクリュ押出機の混練効果、特に分散混合には、最も大きな剪断応力を発生するスクリュの溶融領域が大きな役割を担っている。しかし、単軸押出機は溶融領域が長く、しかも剪断応力の発生は溶融領域の短い二軸押出機に比べると非常に緩慢で、かつかなり低い値である。したがって、熱可塑性樹脂およびその混合物に対する分散混合作用は、二軸スクリュ押出機の方が優れ、コンパウンディング操作など高混練が要求される成形加工には二軸スクリュ押出機が多用されている。

ところで、熱可塑性樹脂の成形加工に要するエンタルピーの大半は、熱可塑性樹脂材料の可塑化あるいは溶融のために消費されている。このようなエネルギの消費も、非特許文献１に示されているように、超臨界状態の不活性流体を注入すると、軽減できる。また、溶融樹脂材料の粘度も低下する。

ポリマー混練・分散技術および具体的な不良要因とその対策（２００３年１２月２５日、技術情報協会発行）特開２００２−２７３７７７特開２００２−３２２２８８

このような押出機を使用した熱可塑性樹脂の成形加工時に、加熱シリンダに不活性流体を注入する押出成形方法あるいは押出成形装置は、特許文献１、２にも示されている。すなわち、特許文献１には、二軸スクリュ押出機と、超臨界流体発生装置と、流量調整弁とからなり、超臨界流体発生装置により得られる不活性流体を二軸スクリュ押出機のスクリュの混練・混合部に対応する箇所に注入するように構成された押出成形装置が示されている。また、特許文献２には、２種以上の熱可塑性樹脂を溶融状態で混合して熱可塑性樹脂組成物を製造するとき、熱可塑性樹脂の合計量１００重量部に対して、例えば超臨界状態の二酸化炭素を２〜２０重量部の割合で添加する熱可塑性樹脂組成物の製造方法が示されている。

特許文献１、２に記載されている発明によると、超臨界状態の不活性流体が注入されるので、熱可塑性樹脂の種類に制約を受けずに、難成形性の樹脂も連続成形が可能である利点は認められる。しかしながら、問題点あるいは改良すべき点も認められる。例えば、特許文献１に記載されている発明によると、超臨界状態の不活性流体は、混練・混合部に対応する箇所に注入するようになっているが、このような部位では注入される不活性ガスが上流側のホッパの方へ逆流する恐れがある。したがって、特許文献１に記載の発明では、その上流側に逆流防止手段が設けられ、構造が比較的複雑になっている。また、注入される不活性流体の量は、流量調整弁で調整されるようになっているが、注入する最適量の制御は行われていない。一方、特許文献２に記載の発明によると、熱可塑性樹脂は不活性流体の供給部に至るまでに溶融するようになっているので、溶融した熱可塑性樹脂が上流側に位置してシールの作用を奏し、シールリング、ゲート等の逆流防止装置が格別に設けられていなくても、注入される不活性流体の逆流を防止することができる利点は認められる。しかしながら、注入される不活性ガスの省エネ効果が充分には得られているとはいえない。すなわち、最も大きな剪断応力を発生するスクリュの溶融領域ではなく、溶融された後の領域に注入されているからである。また、二酸化炭素の注入割合は一応選定されてはいるが、液状の二酸化炭素を所定流量になるように質量流量計で確認しながら二酸化炭素定量ポンプを制御するようになっているので、注入量に過不足が生じる可能性があり、製品の品質にバラツキが生じる恐れがある。

本発明は、前記したような改良すべき点あるいは問題点を解消した、押出成形品の製造方法および製造装置を提供することを目的とし、具体的には、低温度で熱可塑性樹脂を溶融することができ、溶融に要するエンタルピを大幅に低減化できると共に分散混合作用を向上させることができる、押出成形品の製造方法および製造装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記発明の目的を達成するために、熱可塑性樹脂およびその混合物に対する分散混合作用に優れている二軸スクリュ押出機が適用される。そして、二軸スクリュ押出機の加熱シリンダには超臨界状態の不活性流体が注入される。スクリュは、押出材料の供給側の上流側から、第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっていて、混練部において押出材料が固体から融体になる近傍で固体プラグが形成されるが、この固体プラグの下流側すなわち熱可塑性樹脂およびその混合物が固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に注入するように構成される。注入される不活性流体の量が少ないと、充分な低温成形、省エネ化、混合物の混練向上、微細セルの発泡体の製造等の効果は得られない。これに対し、注入量が多すぎると相分離を起こし、気相と液相とに分離する。その結果、例えば混合・混練不良が生じ、また発泡体を得るときには気泡セルに不揃いが生じる。そこで、本発明では不活性流体の注入量は、その飽和溶解度以下で制御される。溶融状態の熱可塑性樹脂あるいはその混合物の粘性は、飽和点に達するまでは不活性ガスの注入量に比例する。したがって、本発明は、連続的に測定可能な粘度計例えばレオメトリック社製のＰＣＲ６２０により溶融状態の熱可塑性樹脂あるいはその混合物の粘度を連続的に測定し、飽和溶解度以下で制御される。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、熱可塑性樹脂あるいはその混合物からなる固体状態の押出材料を二軸スクリュ押出機の加熱シリンダの上流側に供給して、押出材料の供給側の上流側から第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっているスクリュを回転駆動して溶融すると共に、超臨界状態の不活性流体を加熱シリンダから注入し、不活性流体が溶解・分散した溶融状態の押出材料を加熱シリンダの下流端部に設けられているダイから連続的に押し出して、発泡成形品を得るとき、超臨界状態の不活性流体は、前記スクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に注入し、その注入量は前記加熱シリンダの下流端寄りに設けられている粘度計により計測される溶融状態の押出材料の粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御するように構成される。請求項２に記載の発明は、熱可塑性樹脂あるいはその混合物からなる固体状態の押出材料を二軸スクリュ押出機の加熱シリンダの上流側に供給して、押出材料の供給側の上流側から第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっているスクリュを回転駆動して溶融すると共に、超臨界状態の不活性流体を加熱シリンダから注入し、不活性流体が溶解・分散した溶融状態の押出材料から不活性流体を脱気して加熱シリンダの下流端部に設けられているダイから連続的に押し出して、ソリッドな成形品を得るとき、超臨界状態の不活性流体は、前記スクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に注入し、その注入量は前記加熱シリンダの下流端寄りに設けられている粘度計により計測される溶融状態の押出材料の粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御するように構成される。請求項３に記載の発明は、熱可塑性樹脂あるいはその混合物からなる固体状態の押出材料を二軸スクリュ押出機の加熱シリンダの上流側に供給して、押出材料の供給側の上流側から第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっているスクリュを回転駆動して溶融すると共に、超臨界状態の不活性流体を加熱シリンダから注入し、不活性流体が溶解・分散した溶融状態の押出材料をその下流側に直列的に配置されているスクリュ押出機に供給し、前記スクリュ押出機のシリンダバレルの下流端部に設けられているダイから連続的に押し出して、発泡成形品を得るとき、超臨界状態の不活性流体は、前記二軸スクリュ押出機のスクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に注入し、その注入量は前記加熱シリンダの下流端部寄りに設けられている粘度計または前記シリンダバレルの下流端部寄りに設けられている粘度計により計測される溶融状態の押出材料の粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御するように構成される。
請求項４に記載の発明は、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内に回転駆動されるように設けられている２本のスクリュとを備えた二軸スクリュ押出機からなり、前記二軸スクリュ押出機のスクリュは、押出材料の供給側の上流側から第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっており、前記加熱シリンダの上流側には、熱可塑性樹脂あるいはその混合物からなる固体状態の押出材料が供給される供給口が設けられ、下流端部にダイが設けられている製造装置であって、前記加熱シリンダの、前記スクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に対応した位置には、超臨界状態の不活性流体を注入する不活性流体注入口が設けられていると共に、前記加熱シリンダの下流端寄りには超臨界状態の不活性流体が溶解・拡散された溶融状態の押出材料の粘度を測定する粘度計が設けられ、不活性流体の注入量は、前記粘度計により計測される溶融状態の押出材料の粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御されるように構成され、請求項５に記載の発明は、加熱シリンダと該加熱シリンダ内に回転駆動されるように設けられている２本のスクリュとを備えた二軸スクリュ押出機と、該二軸スクリュ押出機に直列に配置されているスクリュ押出機とからなり、前記二軸スクリュ押出機のスクリュは、押出材料の供給側の上流側から第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっており、前記二軸押出機の加熱シリンダの上流側には、熱可塑性樹脂あるいはその混合物からなる固体状態の押出材料が供給される供給口が設けられ、前記スクリュ押出機のシリンダバレルの下流端部にはダイが設けられている製造装置であって、
前記加熱シリンダの、前記スクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に対応した位置には、超臨界状態の不活性流体を注入する不活性流体注入口が設けられていると共に、前記加熱シリンダの下流端寄りまたは前記スクリュ押出機のシリンダバレルの下流端寄りには不活性流体が溶解・拡散された溶融状態の押出材料の粘度を測定する粘度計が設けられ、不活性流体の注入量は、前記粘度計により計測される溶融状態の押出材料の粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御されるように構成される。

以上のように、本発明によると、超臨界状態の不活性流体を、スクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に加熱シリンダから注入するので、溶融物の溶融粘度が低下し、したがって、低温成形で高混練成形ができる。また、成形温度が低いので冷却時間が短縮される。冷却時間が短くても温度が低いので、発泡体は微細な発泡体となる。さらには、温度が低いので熱分解、熱劣化が起こらない。また、粘度が低下するので、スクリュの駆動力が小さく省エネ成形あるいは溶融に要するエンタルピの低減かができ、微粒子の混合・混練は促進される。以上のような数々の効果が得られるが、特に本発明によると、押出材料が固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に注入し、そして注入量は加熱シリンダの下流端寄りに設けられている粘度計により計測される粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御するので、超臨界状態の不活性流体は逆流することなく過不足なく注入され、過剰注入による液相と気相の相分離の問題、発泡セルの不揃いの問題、注入不足による混合・混練不良の問題等が回避され、安定した製品が得られるという本発明に特有の効果が得られる。

最初に、図１、２により本発明の第１の実施の形態に係わる押出成形品の製造装置について説明する。本実施の形態係わる製造装置１は、架台２に支持されている二軸スクリュ押出機３から構成されている。二軸スクリュ押出機３は、従来周知のように双胴型の加熱シリンダ４を備え、この加熱シリンダ４内には軸方向に一対のボアが形成され、外周部には個々に発熱温度が制御される複数個のヒータ５、５、…が設けられている。

このように構成されている加熱シリンダ４の、図１において右方の上流側に、加熱シリンダ４のボアに達する材料供給シュート６が取り付けられている。本実施の形態によると、２種の熱可塑性樹脂例えばポリエチレンとポリスチレンが適用されるようになっているので、材料供給シュート６に関連して、スクリュあるいはロータリフイーダのような機械的な定量供給フイーダを備えた第１、２の２個のホッパ７、７が設けられている。これらホッパ７、７の下流端部は材料供給シュート６内に臨んでいる。また、加熱シリンダ４の下流端部寄りには、不活性流体が溶融、拡散された溶融押出材料の粘度を連続的に測定する粘度計１０が取り付けられている。そして、下流端部に従来周知のようなダイ１２が取り付けられている。本実施の形態によると、発泡体以外の成形品も得ることができるが、そのために粘度計１０とダイ１２の間には、溶融押出材料から不活性流体を排気する脱気口１１が設けられている。この脱気口１１は、詳しくは後述するが発泡体を得るときは閉鎖される。

双胴型の加熱シリンダ４内には、２本のスクリュ７が異方向あるいは同方向に回転駆動可能に設けられている。スクリュ７は加熱シリンダ４の長さに対応した長さで、図２の（イ）はスクリュ７を取り出して模式的に示す図であるが、同図に示されているように上流側から下流側に向かって順リードフルフライトスクリュａ、ニーディングディスク（順ズラシ、９０°ズラシ、逆ズラシ）ｂ、順リードフルフライトスクリュｃ、順ズラシニーディングディスクｄ、９０°ズラシニーディングディスクｅのように構成されている。そして、順リードフルフライトスクリュａの上流寄りに対応した位置にホッパ７が設けられている。

このように構成されているスクリュ７を備えた二軸スクリュ押出機の、株式会社日本製鋼所の解析ソフトTEX-FANで解析した結果が、図２に示されている。同図において、スクリュ７の順リードフルフライトスクリュａの下流よりの位置Ｓでは押出成形材料は１００％固体状であるが、その下流の位置Ｆでは押出成形材料は１００％溶融している。このＳ位置とＦ位置との間の位置Ｐ近傍で固体プラグが形成される。本実施の形態によると、この固体プラグが形成される位置Ｐの下流側近傍の加熱シリンダ４に超臨界状態の不活性流体を注入するための不活性流体注入口１５が設けらている。さらに詳しくは、押出形成材料が固体状態と半溶融状態で存在する溶融位置あるいは溶融領域Ｐに不活性流体注入口１５が設けられている。この不活性流体注入口１５は、本実施の形態によると、図１に示されているように、軸方向に所定の間隔をおいて複数個設けられている。そして、これらの不活性流体注入口１５は、流量制御弁１６が介装されている流体供給管１７により不活性流体製造装置１８に接続されている。この不活性流体製造装置１８は、不活性ガスを加圧するコンプレッサ、加熱するヒータ等から構成され、不活性ガスが例えば二酸化炭素の場合は、臨界温度が３１.１℃、臨界圧力は７.３８ＭＰａで、窒素ガスの場合は臨界温度が−１４７℃、臨界圧力は３.４ＭＰａであるので、これらの値以上に加圧および加熱されて超臨界状態の不活性流体が製造される。

本実施の形態によると、制御装置３０も備えている。制御装置３０は、アナログ−デジタル変換機能、演算機能、記憶機能、比較機能等の各種の機能を備え、また押出成形に必要な各種の値を設定する設定手段も備えている。そして、図１に示されている実施の形態によると、粘度計１０とは信号ラインｘで、流量制御弁１６とは信号ラインｙでそれぞれ接続されている。図３の（イ）は不活性流体が注入された溶融押出材料の粘度と不活性流体の注入量との関係を示す図であるが、同図に示されているように注入量を増やしていくと、粘度は小さくなっていくが、注入量がＡ点に達すると、それ以上注入しても粘度は下がらない。このＡ点が飽和溶解点で、この飽和溶解点あるいは飽和溶解度が制御装置３０の記憶手段に記憶されている。そして、本実施の形態によると、不活性流体の注入量は飽和溶解度以下の所定範囲に収まるように制御される。

次に、上記実施の形態に係わる作用について説明する。第１、２のホッパ７、７に成形材料例えばポリエチレンとポリスチレンとをそれぞれ蓄える。そして、所定量当て加熱シリンダ４に供給する。一方、加熱シリンダ４をヒータ５、５、…により設定温度に加熱する。また、不活性流体製造装１８から不活性流体を供給する。発泡体を得るために、脱気口１１を閉鎖しておく。加熱シリンダ４に供給された成形材料は、スクリュの順リードフルフライトスクリュａの下流側において固体から融体になる近傍Ｐで固体プラグが形成される。その下流側近傍の固体状態の成形材料と半溶融状態の成形材料が混在する溶融領域Ｐに、不活性流体注入口１５、１５、…から不活性流体を多段に注入する。

不活性流体が注入されるので、成形材料の溶融温度は低下し、固体状の成形材料は急激に溶融し、超臨界状態の不活性流体は成形材料中に溶解、拡散する。また、溶融領域における分散・混合作用は加速され、混合物の混練は向上し拡散律速的な多くの化学反応速度が向上する。また、不活性流体が溶解されるので、粘度が低下し、比較的低剪断力で溶融・混練される。このようにして、超臨界状態の不活性流体が溶解、拡散された成形材料は、ダイ１２から大気中に押し出されて発泡する。このとき、溶融温度は比較的低いので、微細な発泡セルからなる発泡体が得られる。。

上記のようにして、不活性流体が溶解、拡散した溶融状態の押出成形材料の粘度は、粘度計１０で連続的に計測され、そして制御装置３０に入力される。制御装置３０において、計測される粘度と記憶されている粘度とが比較され、飽和溶解度以下の所定範囲に収まるように注入量が演算され、そして流量制御弁１６が制御される。これにより、過不足なく注入され、気液の相分離を起こすようなことがない。したがって、効果的な混合・混練が行われ、またセル径の揃った発泡体が得られる。上記のようにして発泡体を得ることができるが、脱気口１１を開放し、不活性流体を抜くと、発泡セルのない押出成形品すなわちソリッドの成形品が得られることは明らかである。

図３の（ロ）により、本発明の第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態に係わる押出成形品の製造装置１’は、概略的には第１の実施の形態に係わる二軸スクリュ押出機３の下流側に、単軸スクリュ押出機３３が直列に接続された形になっている。したがって、第１の実施の形態に係わる製造装置１の構成要素と同じ要素には同じ参照数字を付けて、また同じような構成要素には同じ参照数字にダッシュ「’」を付けて重複説明はしない。単軸スクリュ押出機３３は、溶融状態の押出成形材料の冷却効果を増すためのもので、従来周知のように、シリンダバレルと、このシリンダバレル内にギヤードモータ３４により回転駆動されるスクリュとか構成されている。このような従来周知の形態をした単軸スクリュ押出機３３の上流側は、二軸スクリュ押出機３と輸送管３５により接続されている。また、下流端部寄りには粘度計１０が設けられ、下流端部にダイ１２が設けられている。さらには、単軸スクリュ押出機３３の下流端には、圧力計３６が、またダイ１２には圧力計３７と温度計３８とがそれぞれ取り付けられている。そして、これの計測器１０、３６、３７、３８で計測される各種の値は、アナログ−デジタル変換器４０によりデジタル信号に変換され、そしてコンピュータＰＣに入力されるようになっている。また、本実施の形態に係わる製造装置１’は、デイスプレイＴＶも備え、ビデオカメラ４１により撮影される発泡状態と、マイクロスコープ４２により検査される発泡体のセルサイズがデイスプレイＴＶで表示されるようになっている。

第２の実施の形態に係わる製造装置１’も、略同様に作用する。すなわち、二軸スクリュ押出機３により、前述したようにして超臨界状態の不活性流体が注入され、超臨界状態の不活性流体が溶解、拡散された溶融状態の押出成形材料は輸送管３５から単軸スクリュ押出機３３に供給される。単軸スクリュ押出機３３はギヤードモータ３４により回転駆動されるので、超臨界状態の不活性流体が溶解、拡散された溶融状態の押出成形材料は、連続的にダイ１２から押し出されて発泡する。これにより、連続的に発泡体ＨＰが得られる。このとき、不活性流体が溶解、拡散した溶融状態の押出成形材料の粘度は、粘度計１０で連続的に計測され、そしてアナログ−デジタル変換器４０を介してコンピュータＰＣに入力される。コンピュータＰＣにおいて、前述したようにして、計測される粘度と記憶されている粘度とが比較され、飽和溶解度以下の所定範囲に収まるように注入量が演算され、そして流量制御弁１６が制御される。これにより、過不足なく注入され、気液の相分離を起こすようなことがない。したがって、効果的な混合・混練が行われ、またセル径の揃った発泡体が得られる。発泡状態と発泡体ＨＰのセルサイズは、デイスプレイＴＶに表示される。

本実施の形態によると、単軸スクリュ押出機３３により、超臨界状態の不活性流体が溶解、拡散された溶融状態の押出成形材料が冷却されるので、微細なセルを有する発泡体が得られる。すなわち、押出成形材料の温度が高いと、セル径が大きくなるが、温度を下げることでセル径の小さい発泡体が得られる。

第２の実施の形態によると、粘度計１０が単軸スクリュ押出機３３の方に設けられているので、超臨界状態の不活性流体の注入量の制御に遅れを生じることもあり得る。そこで、二軸スクリュ押出機３の方に設けることもできる。なお、二軸スクリュ押出機３、輸送管３５あるいは単軸スクリュ押出機にベント口を設けて、不活性流体をガスとして排気し、ソリッドな押出成形品を得ることもできることは明らかである。また、単軸スクリュ押出機に代えて二軸スクリュ押出機で実施できることも明らかである。

解析結果、実施例等：図１に示されているスクリュ７を備えた株式会社日本製鋼所製の二軸スクリュ押出機の、株式会社日本製鋼所の解析ソフトTEX-FANによる解析結果が、図２に示されている。同図の（ハ）から、スクリュ７を駆動する動力は、押出成形材料の溶融が始まると増加するが、不活性流体を注入すると、増加が抑えられることが理解される。同様に図２の（ニ）、（ホ）から不活性流体を注入すると、加熱シリンダ４内の温度および圧力上昇が抑えられ、安定化することが分かる。

図１に示されているような二軸スクリュ押出機あるいは単軸スクリュ押出機を使用して二酸化炭素を注入した実施例１と注入しなかった比較例１、２、３を行った。
実施例１：
製造装置：二軸スクリュ押出機に株式会社日本製鋼所製のＴＥＸ３０を使用した。粘度計には、レオメトリック社製のＰＣＲ６２０を使用した。
押出材料：ポリプロピレンと、このポリプロピレン１００に対する１重量％のスメクタイトとからなる混合物。
成形条件：注入した超臨界状態の二酸化炭素流体の量は３重量％であった。
結果：得られた成形品を微粒子分散画像解析した結果を図４の「Ｅ」に示す。

比較例１：
製造装置：単軸スクリュ押出機に株式会社日本製鋼所製のＰ５０を使用した。
押出材料：ポリスチレンと、このポリスチレン１００に対する１重量％のミクロマイカとからなる混合物。
成形条件：二酸化炭素流体を注入しない。
結果：得られた成形品を微粒子分散画像解析した結果を図４の「Ｔ１」に示す。
比較例２：
製造装置：二軸スクリュ押出機に株式会社日本製鋼所製のＴＥＸ３０を使用した。
押出材料：ポリスチレンと、このポリスチレン１００に対する１重量％のミクロマイカとからなる混合物。
成形条件：二酸化炭素流体を注入しない。
結果：得られた成形品を微粒子分散画像解析した結果を図４の「Ｔ２」に示す。
比較例３：
製造装置：二軸スクリュ押出機に株式会社日本製鋼所製のＴＥＸ３０を使用した。
押出材料：ポリスチレンと、このポリスチレン１００に対する１重量％のスメクタイトとからなる混合物。
成形条件：二酸化炭素流体を注入しない。
結果：得られた成形品を微粒子分散画像解析した結果を図４の「Ｔ３」に示す。

以上の実施例１と比較例１〜３とから、二酸化炭素流体を飽和溶解度の３０〜９５％を注入すると、注入しない場合に比較して、スクリュ押出機および押出成形材料による影響は小さく、微粒子の数および抽出面積率で約３倍、微粒子の単位面積当の個数換算で約４倍以上の混合混練性能の向上が認められた。

ポリプロピレンと、このポリプロピレン１００に対する１重量％のスメクタイトとからなる混合物に対する二酸化炭素流体の飽和溶解度は温度によっても異なるが約８〜１０重量％であるので、それ以下の６重量％の実施例２、それ以下の３重量％の実施例３、さらに以下の１.５重量％の実施例４を行った。また、比較のために飽和溶解度以上の１２重量％の比較例４をテストした。
なお、製造装置には、前述した株式会社日本製鋼所製の二軸スクリュ押出機（ＴＥＸ３０）と単軸スクリュ押出機（Ｐ５０）を、また粘度計には、レオメトリック社製のＰＣＲ６２０を使用した。その結果を表１に示す。
表１

なお、＊１：この場合、MFR(Melt Flow Rate)は、数値が大きいほど粘度が低いことを表している。
＊２：下流側の単軸スクリュ押出機Ｐ５０の電流値（Ａ）を示す。
以上の実施例２〜４および比較例４から、飽和溶解度の３０〜９５％程度注入すると、微細な発泡セルを有する発泡体が得られ、また粘度は非注入時の「３」、６重量％注入時の「５」のように粘度としては低く、圧力および温度上昇が抑えられることが判明した。また、飽和溶解度以上の１５重量％注入すると、発泡が不均一になり、実施する上で問題があることが判明した。なお、粘度は小さくなる筈であるが、気液分離が生じるので粘度の測定はできない。

本発明の第１の実施の形態に係わる押出成形品の製造装置を模式的に示す側面図である。その（イ）はスクリュを模式的に示す側面図、その（ロ）はスクリュに対応した位置における押出成形材料の状態を、その（ハ）は押出成形材料の圧力、そしてその（ニ）は押出成形材料の温度を概略的にそれぞれ示す図である。本発明の実施の形態を示す図で、その（イ）は超臨界状態の不活性流体の注入量と溶融状態の押出成形材料の粘度との関係を示す図、その（ロ）は本発明の第２の実施の形態に係わる押出成形品の製造装置の全体を模式的に示す正面図である。本発明の実施例および比較例を示す図である。

符号の説明

１、１’ 熱可塑性樹脂およびその混合物の製造装置
３二軸スクリュ押出機１０粘度計
１１脱気口１２ダイ
１５不活性流体注入口１８不活性流体製造装置
３３単軸スクリュ押出機３５輸送管

Claims

熱可塑性樹脂あるいはその混合物からなる固体状態の押出材料を二軸スクリュ押出機の加熱シリンダの上流側に供給して、押出材料の供給側の上流側から第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっているスクリュを回転駆動して溶融すると共に、超臨界状態の不活性流体を加熱シリンダから注入し、不活性流体が溶解・分散した溶融状態の押出材料を加熱シリンダの下流端部に設けられているダイから連続的に押し出して、発泡成形品を得るとき、
超臨界状態の不活性流体は、前記スクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に注入し、その注入量は前記加熱シリンダの下流端寄りに設けられている粘度計により計測される溶融状態の押出材料の粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御することを特徴とする、押出成形品の製造方法。
熱可塑性樹脂あるいはその混合物からなる固体状態の押出材料を二軸スクリュ押出機の加熱シリンダの上流側に供給して、押出材料の供給側の上流側から第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっているスクリュを回転駆動して溶融すると共に、超臨界状態の不活性流体を加熱シリンダから注入し、不活性流体が溶解・分散した溶融状態の押出材料から不活性流体を脱気して加熱シリンダの下流端部に設けられているダイから連続的に押し出して、ソリッドな成形品を得るとき、
超臨界状態の不活性流体は、前記スクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に注入し、その注入量は前記加熱シリンダの下流端寄りに設けられている粘度計により計測される溶融状態の押出材料の粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御することを特徴とする、押出成形品の製造方法。
熱可塑性樹脂あるいはその混合物からなる固体状態の押出材料を二軸スクリュ押出機の加熱シリンダの上流側に供給して、押出材料の供給側の上流側から第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっているスクリュを回転駆動して溶融すると共に、超臨界状態の不活性流体を加熱シリンダから注入し、不活性流体が溶解・分散した溶融状態の押出材料をその下流側に直列的に配置されているスクリュ押出機に供給し、前記スクリュ押出機のシリンダバレルの下流端部に設けられているダイから連続的に押し出して、発泡成形品を得るとき、
超臨界状態の不活性流体は、前記二軸スクリュ押出機のスクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に注入し、その注入量は前記加熱シリンダの下流端部寄りに設けられている粘度計または前記シリンダバレルの下流端部寄りに設けられている粘度計により計測される溶融状態の押出材料の粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御することを特徴とする、押出成形品の製造方法。
加熱シリンダと、該加熱シリンダ内に回転駆動されるように設けられている２本のスクリュとを備えた二軸スクリュ押出機からなり、
前記二軸スクリュ押出機のスクリュは、押出材料の供給側の上流側から第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっており、前記加熱シリンダの上流側には、熱可塑性樹脂あるいはその混合物からなる固体状態の押出材料が供給される供給口が設けられ、下流端部にダイが設けられている製造装置であって、
前記加熱シリンダの、前記スクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に対応した位置には、超臨界状態の不活性流体を注入する不活性流体注入口が設けられていると共に、前記加熱シリンダの下流端寄りには超臨界状態の不活性流体が溶解・拡散された溶融状態の押出材料の粘度を測定する粘度計が設けられ、
不活性流体の注入量は、前記粘度計により計測される溶融状態の押出材料の粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御されることを特徴とする、押出成形品の製造装置。
加熱シリンダと該加熱シリンダ内に回転駆動されるように設けられている２本のスクリュとを備えた二軸スクリュ押出機と、該二軸スクリュ押出機に直列に配置されているスクリュ押出機とからなり、
前記二軸スクリュ押出機のスクリュは、押出材料の供給側の上流側から第１の輸送部、混練部、第２の輸送部となっており、前記二軸押出機の加熱シリンダの上流側には、熱可塑性樹脂あるいはその混合物からなる固体状態の押出材料が供給される供給口が設けられ、前記スクリュ押出機のシリンダバレルの下流端部にはダイが設けられている製造装置であって、
前記加熱シリンダの、前記スクリュの第１の輸送部の下流側において形成される固体プラグの下流側の、固体状態と半溶融状態で混在する溶融領域に対応した位置には、超臨界状態の不活性流体を注入する不活性流体注入口が設けられていると共に、前記加熱シリンダの下流端寄りまたは前記スクリュ押出機のシリンダバレルの下流端寄りには不活性流体が溶解・拡散された溶融状態の押出材料の粘度を測定する粘度計が設けられ、
不活性流体の注入量は、前記粘度計により計測される溶融状態の押出材料の粘度により、不活性流体の飽和溶解度以下の範囲になるように制御されることを特徴とする、押出成形品の製造装置。