JP5048793B2 - 造粒用ダイス、造粒装置、及び発泡性熱可塑性樹脂粒子の製造方法 - Google Patents
造粒用ダイス、造粒装置、及び発泡性熱可塑性樹脂粒子の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本願は、2008年2月20日に日本に出願された特願2008−39116号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
このホットカット法は、複数個のノズルが開口しているダイス先端面を循環する水流と接触させ、水流中に押し出された直後の高温の樹脂をカッターで切断する方法である。ホットカット法による造粒では、樹脂が十分に硬化していない状態で切断されるので、樹脂の粉体化が生じないうえ、球状の粒子が得られるなどの利点がある。
特許文献1には、円状に配置されたノズルの中心位置に、ノズルの樹脂流路と同方向に棒状ヒーターを配置した造粒用ダイスが開示されている。棒状ヒーターを配置することにより、ヒーターと各ノズルが等距離となり、各ノズルが均一に加熱される。そのため、ノズルの目詰まりが生じにくくなって、低圧力損失、並びに水中での押出スタートを可能とし、良質のペレットを得ることができる。
特許文献2には、ダイスより押し出した溶融樹脂を回転カッターにより切断して樹脂粒子とする熱可塑性樹脂粒子の製造方法において、ダイス表面に断熱材を設けた構造について開示されている。
なお、特許文献1、2ともに発泡剤を含有しない造粒を行なっている。
すなわち、押出機中で発泡剤を混合して、発泡性樹脂粒子を得ようとする場合、ダイスから吐出される発泡剤含有樹脂組成物の発泡を抑制する必要がある。そのため、カッティング室(チャンバー)内への循環水(冷却水)の水温は、非発泡樹脂粒子の場合(80〜90℃)より低くしなければならない(30〜40℃)。また、発泡剤により樹脂の溶融粘度が低下するため、ダイス表面にカッター刃を接触(押し付け)させないで造粒することは困難となっている。
特許文献1に開示された従来技術は、棒状ヒーターの先端がダイスの樹脂吐出面に近接するように棒状ヒーターを配置しているが、棒状ヒーターは、その構造上、ニクロム線を先端部まで設置できないため、ヒーター先端部は発熱しない。そのため、発泡性樹脂粒子を造粒する場合、このダイス構造では、最も加温が必要なダイス先端部の樹脂吐出面を十分に加温することが難しく、目詰まりを防止できない。
図1は本発明の実施の形態による造粒装置の構成図、図2は本発明の実施の形態による造粒用ダイスの概略構成を示す側断面図、図3は図2のダイス本体の樹脂吐出面を示す側面図、図4はノズルの配置状態を示す図である。
本造粒装置Tは、造粒用ダイス1が先端に取り付けられた押出機2(樹脂供給装置)と、造粒用ダイス1のノズル15から吐出される樹脂(本実施の形態では発泡剤含有樹脂20)を切断するカッター3が収容されるとともに、造粒用ダイス1の樹脂吐出面13に水流を接触させるためのチャンバー4とを備えている。チャンバー4には、循環水を流すための管路5が接続され、この管路5の一端(チャンバー4より上流側)が、送水ポンプ6を介して水槽7に接続されている。また、管路5の他端(チャンバー4より下流側)には、循環水から発泡性熱可塑性樹脂粒子を分離し、脱水・乾燥する脱水処理部8が設けられている。この脱水処理部8で分離され、脱水・乾燥した発泡性熱可塑性樹脂粒子は、容器9に送られる。そして、符号21はホッパー、22は発泡剤供給口、23は高圧ポンプである。
なお、造粒装置Tおよび造粒用ダイス1において、樹脂が吐出される側を「先方」、「先端」とし、その反対側を「後方」、「後端」として以下の説明では統一して用いる。
ダイホルダ11は、押出機2のシリンダに連通して設けられ、後端側から先端側に向けて後端側流路11a、先端側流路11bがその順で形成されている。ダイス本体10は、後端面中央部において、後方側に突出してなる円錐状凸部10aが形成され、ダイス本体10とダイホルダ11とが接続した状態で、ダイホルダ11の先端側流路11b内に、所定隙間をもって円錐状凸部10aが挿入されている。すなわち、ダイホルダ11の後端側流路11aを通過した発泡剤含有樹脂20は先端側流路11aにおいて円錐状凸部10aの周面に沿って流れ、ダイス本体10の後端面に開口する複数の樹脂流路14、14、…(後述する)に流入する。
カートリッジヒーター17および短ヒーター18は、従来周知のカートリッジヒーターの中からダイス本体10の大きさや形状に応じて適宜選択して使用できる。つまり、カートリッジヒーター17および短ヒーター18としては、例えば棒状のセラミックに巻き付けた発熱線(ニクロム線)をパイプ(耐熱ステンレス鋼)の中に挿入し、発熱線とパイプの隙間を高熱伝導性と高絶縁性に優れた材料(MgO)で封じ込めた、電力密度の高い棒状ヒーターを用いることができる。
カートリッジヒーター17及び短ヒーター18は、片側にリード線が2本付いたカートリッジヒーターでも、両側にリード線が1本づつ付いたカートリッジヒーター(シーズヒーター)でもよいが、片側にリード線が2本付いたカートリッジヒーターの方が電力密度がより高いので好ましい。
カートリッジヒーター17、17、…は、樹脂流路14の前記円周の周方向両側に配置されるとともに、長手方向を円周の径方向に向けてその円周を横切った状態で配置され、樹脂吐出面13の近傍において、樹脂吐出面13、ノズル15、及び樹脂流路14を加熱する機能を有している。本実施の形態のカートリッジヒーター17、17、…は、それぞれが円周方向に所定の中心角(ここでは、45°の角度)をもって8本設けられている。
つまり、個々のノズル15は、2本のカートリッジヒーター17、17によって前記円周の周方向から挟み込まれるようにして配置されている。
そして、カートリッジヒーター17の長さは、ダイス本体10の半径方向で、配置されるノズル15より中心側に延びる位置(すなわち、少なくともカートリッジヒーター17の先端部がノズル15より中心側となる位置)からダイス本体10の略外周までの位置とされる。
図1に示す造粒装置Tに用いる押出機2(樹脂供給装置)は、従来周知の各種押出機の中から造粒する樹脂の種類等に応じて適宜選択して使用でき、例えばスクリュを用いる押出機またはスクリュを用いない押出機のいずれも用いることができる。スクリュを用いる押出機としては、例えば、単軸式押出機、多軸式押出機、ベント式押出機、タンデム式押出機などが挙げられる。スクリュを用いない押出機としては、例えば、プランジャ式押出機、ギアポンプ式押出機などが挙げられる。また、いずれの押出機もスタティックミキサーを用いることができる。これらの押出機のうち、生産性の面からスクリュを用いた押出機が好ましい。また、カッター3を収容したチャンバー4も、ホットカット法において用いられている従来周知のものを用いることができる。
ポリスチレン系樹脂としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、エチルスチレン、i−プロピルスチレン、ジメチルスチレン、ブロモスチレン等のスチレン系モノマーの単独重合体又はこれらの共重合体等が挙げられ、スチレンを50質量%以上含有するポリスチレン系樹脂が好ましく、ポリスチレンがより好ましい。
また、前記ポリスチレン系樹脂としては、前記スチレンモノマーを主成分とする、前記スチレン系モノマーとこのスチレン系モノマーと共重合可能なビニルモノマーとの共重合体であってもよく、このようなビニルモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、ジメチルマレエート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、エチルフマレートの他、ジビニルベンゼン、アルキレングリコールジメタクリレートなどの二官能性モノマーなどが挙げられる。
また、ポリスチレン系樹脂が主成分であれば、他の樹脂を添加してもよく、添加する樹脂としては、例えば、発泡成形体の耐衝撃性を向上させるために、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン−非共役ジエン三次元共重合体などのジエン系のゴム状重合体を添加したゴム変性ポリスチレン系樹脂、いわゆるハイインパクトポリスチレンが挙げられる。あるいは、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などが挙げられる。
本発明の発泡性熱可塑性樹脂粒子において、熱可塑性樹脂としてポリスチレン系樹脂を用いた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、原料となるポリスチレン系樹脂としては、市販されている通常のポリスチレン系樹脂、懸濁重合法などの方法で新たに作製したポリスチレン系樹脂などの、リサイクル原料でないポリスチレン系樹脂(以下、バージンポリスチレンと記す。)を使用できる他、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体を再生処理して得られたリサイクル原料を使用することができる。このリサイクル原料としては、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体、例えば、魚箱、家電緩衝材、食品包装用トレーなどを回収し、リモネン溶解方式や加熱減容方式によって再生したリサイクル原料を用いることができる。また、使用することができるリサイクル原料は、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体を再生処理して得られたもの以外にも、家電製品(例えば、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、エアコンなど)や事務用機器(例えば、複写機、ファクシミリ、プリンターなど)から分別回収された非発泡のポリスチレン系樹脂成形体を粉砕し、溶融混練してリペレットしたものを用いることができる。
発泡剤含有樹脂20は、押出機2の先端からダイホルダ11を経て、造粒用ダイス1のダイス本体10の樹脂流路14に送られる。樹脂流路14を通って送られた発泡剤含有樹脂20は、ダイス本体10の各ノズル15から吐出され、カッター3の回転刃によりチャンバー4の水流中(冷却媒体中)で直ちに切断される。
図3に示すように、造粒用ダイス1の温度調整方法では、ダイス本体10を樹脂吐出面13付近の上下左右に設けられた測温体19A、19B、19C、19Dに対応する2つまたは4つのエリアに分割し、各測温体19で測定された測定値が等しくなるように、エリア内のカートリッジヒーター17を個別にオンオフ制御する温度調整を行うことで、ダイス本体10を所定温度で一定に保持することができる。ここで、エリア内のカートリッジヒーターとは、4つのエリアの場合は、測温体19に接近している2本のカートリッジヒーター17、17である。
ダイス本体10を2つのエリアに分割した場合は、例えば冷却水の上流側に位置する測温体19Bの測定温度が、予め設定されている所定温度より低い場合には、上流側に位置するカートリッジヒーター17の4本をオンにして加熱状態として温度を上げる。或いは下流側に位置する測温体19Aの測定温度が、予め設定されている所定温度より高い場合には、下流側に位置するカートリッジヒーター17の4本をオフにして加熱状態を解除して温度を下げるように制御する。
このような温度調整を行うことで、チャンバー4内でカッター3の回転による循環水の当たり具合によって生じる温度差を小さくすることができ、ダイス本体10(樹脂吐出面13)において温度が一様となり、より均一な粒径の粒子を成形することができる。
図5は本実施の形態の変形例によるノズルの配置状態を示す図であって、図4に対応する図である。
図5に示す変形例による樹脂流路14Aは、その断面形状が台形状をなし、その台形状の範囲内に複数の単体ノズル15a、15b、15c、…が任意に配置されたノズル15が設けられている。そして、樹脂流路14Aの外郭をなす斜面14a、14b(直線部)がカートリッジヒーター17の長手方向と略平行に配置された構成となっている。本変形例では、台形状をなす断面の樹脂流路14Aの斜面14a、14bがカートリッジヒーター17に対して等距離となっているので、カートリッジヒーター17によって均等に加熱される面積が増え、円形断面の樹脂流路と比べて均等に加熱され、ノズルの詰まりをより低減させることができる。
実施例1では、図1に示した造粒装置Tに、図2および図3に示した造粒用ダイス1を取り付けて、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造した。ただし、測温体19Aのみを用いて、全てのカートリッジヒーター17をオンオフ制御して、ダイス1の温度調整を行った。
口径90mm(L/D=35)の単軸押出機に、図2に示す構造の造粒用ダイス、すなわち、直径0.6mm、ランド長さ3.0mmのノズルを15個もつ目皿(ノズルユニット)が8個樹脂吐出面の円周上に配置され、樹脂吐出面側にノズルユニットに通じる各樹脂流路を両側から挟むように8本のカートリッジヒーター(直径12mm)がヒーター深さ(樹脂吐出面からの距離、図2の符号Lに相当)15mmの位置に前記円周を横切って放射状に配置され、表面中央部に断熱材を装着したダイスを取り付け、ポリスチレン樹脂(東洋スチレン社製、商品名「HRM10N」)100質量部に微粉末タルク0.3質量部を予めタンブラーミキサーにて均一に混合したものを、毎時130kgの割合で押出機内へ供給した。押出機内の最高温度を220℃に設定し、樹脂を溶融させた後、発泡剤として樹脂100質量部に対して6質量部のペンタン(イソペンタン/ノルマルペンタン=20/80混合物)を押出機途中より圧入した。
そして、押出機内で樹脂と発泡剤を混練しつつ、押出機先端部での樹脂温度が170℃となるように冷却しながら、押出機の先端に取り付けた280℃に保持した前記ダイスを通して、30℃の冷却水が循環するチャンバー内に押し出すと同時に、円周方向に10枚の刃を有する高速回転カッターをダイスに密着させて、毎分3300回転で切断し、脱水乾燥して球形の発泡性ポリスチレン樹脂粒子を得た。この時の発泡性スチレン樹脂粒子の吐出量は138kg/hであった。
この実施例1では、押出開始1時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は17.0MPa、乾燥後の樹脂粒子100粒の質量は0.0724gであり、ダイスの開孔率は80.2%と良好であった。
押出開始48時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は17.3MPa、100粒の質量は0.0741g、ダイスの開孔率は78.4%であり、48時間以上安定して押出可能なことが確認できた。
押出48時間目に採取した発泡性スチレン樹脂粒子について、後述する方法にて嵩発泡倍数50倍(嵩密度0.02g/cm3)の予備発泡粒子を作製し、この予備発泡粒子を用いて発泡倍数50倍(密度0.02g/cm3)の発泡成形体を製造した。得られた発泡成形体を目視により観察して、予備発泡粒子の成形金型への充填性を評価した。
開孔率(ダイス表面の吐出ノズルの押出時開孔率)=開孔数/ダイス全ノズル数×100(%)。
吐出量(kg/h)=1hあたり、カッターで切り出される全発泡性粒子の総質量
=開孔数×切り出し個数×1粒質量
=開孔数×カッター刃数×カッター回転数×1粒質量。
開孔数=吐出量(kg/h)/〔カッター刃数×カッター回転数(rph) ×1粒質量(kg/個)〕となるため、開孔率は次式で算出できる。
開孔率(E)= 開孔数/全吐出ノズル数×100(%)
=〔Q/(N×R×60×(M/100)/1000)〕/H×100(%)
(式中、Qは吐出量(kg/h)、Nはカッター刃の枚数、Rはカッター回転数(rpm)、Mは100粒質量(g)(発泡性粒子から任意の100粒を選び、最小目盛0.0001gの電子天秤で計量した値を100粒質量とした)、Hはダイスの全ノズル数をそれぞれ表す。)
開孔率(E)は、以下の基準で評価した(後述する表1参照)。
◎:50%≦E、
○:40%≦E<50%、
△:30%≦E<40%、
×:E<30%。
<発泡成形体の製造>
前述の様にして押出48時間目に得られた発泡性スチレン樹脂粒子を20℃で1日放置した。その後、発泡性スチレン樹脂粒子100質量部に対して、ステアリン酸亜鉛0.1質量部、ヒドロキシステアリン酸トリグリセライド0.05質量部、ステアリン酸モノグリセライド0.05質量部を添加、混合して樹脂粒子表面に被覆した後、小型バッチ式予備発泡機(内容積40L)に投入して、撹拌しながら、吹込み圧0.05MPa(ゲージ圧)の水蒸気により加熱して、嵩発泡倍数50倍(嵩密度0.02g/cm3)の予備発泡粒子を作製した。
続いて、得られた予備発泡粒子を23℃で1日熟成させた後、外形寸法300×400×100mm(肉厚30mm)で内部に肉厚5mm、10mm、25mmの中仕切部を有する金型を取り付けた自動成形機(積水工機製作所製、ACE−3SP型)を用いて、下記成形条件で成形して発泡倍数50倍(密度0.02g/cm3)の発泡成形体を得た。
成形条件(ACE−3SP QS成形モード)
成形蒸気圧 0.08MPa(ゲージ圧)
金型加熱 3秒
一方加熱(圧力設定) 0.03MPa(ゲージ圧)
逆一方加熱 2秒
両面加熱 12秒
水冷 10秒
設定取出し面圧 0.02MPa
<予備発泡粒子の金型充填性の評価基準>
上記発泡成形体を目視により観察し、下記により金型充填性を評価した。
◎:肉厚5mm中仕切部分まできっちり充填されている。
○:肉厚5mm中仕切部分の充填が甘く過大発泡粒が認められるが、 中仕切部は形成されている。
△:肉厚5mm中仕切部分に、充填不良による粒子欠損が見られ、中仕切部が完全には形成されていない。
×:肉厚5mm中仕切部分は充填不良であり、中仕切部が全く形成されていない。
<粒子100粒の合計質量>
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子においては、任意に選んだ粒子100粒の合計質量が0.02〜0.09gの範囲であることが好ましい。0.09gを超えると、成形金型細部への充填が困難となり、成形可能な金型が単純形状のものに限定される可能性がある。また、0.02g未満では粒子の生産性が劣る可能性がある。より好ましい範囲は0.04〜0.06gである。なお、ポリスチレン系樹脂以外の樹脂では、上記範囲に樹脂の比重を乗じた値が好ましい粒子100粒の合計質量の範囲となる。
<予備発泡粒子の嵩発泡倍数の測定方法>
十分乾燥した予備発泡粒子をメスシリンダー(例500ml容量)内に、漏斗を用いて自然落下させた後、予備発泡粒子の容積が一定となるまで、メスシリンダーの底をたたいて予備発泡粒子を充填した。そのときの予備発泡粒子の容積と質量を測定し次式により算出した。なお容積は1ml単位で読みとり、質量は最小目盛0.01gの電子天秤にて測定した。スチレン系樹脂の樹脂比重は1.0として計算し、嵩発泡倍数は小数点以下1桁目を四捨五入した。
嵩発泡倍数(倍)=予備発泡粒子の容積(ml)/予備発泡粒子の質量(g)×樹脂比重
<発泡成形体の発泡倍数の測定方法>
十分に乾燥させた発泡成形体から、測定用試験片(例300×400×30mm)を切出し、この試験片の寸法と質量を測定し、測定した寸法を基に試験片の体積を算出し、次式により算出した。なお、スチレン系樹脂の樹脂比重は1.0とした。
発泡倍数(倍)=試験片体積(cm3)/試験片質量(g)×樹脂比重
実施例2では、実施例1で用いたダイスのノズルユニットへ連通する樹脂流路を拡張(断面積が増加)し、ノズルユニットあたりのノズル数を15個から25個に増加させたダイスを取り付けた以外は、実施例1と同様にして、吐出量138kg/hで球形の発泡性スチレン樹脂粒子を得た。
この実施例2では、押出開始1時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は14.0MPa、乾燥後の樹脂粒子100粒の質量は0.0465gであり、ダイスの開孔率は75.0%と良好であった。
押出開始48時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は14.0MPa、100粒の質量は0.0465g、ダイスの開孔率は75.0%であり、48時間以上安定して押出可能なことが確認できた。
押出48時間目に採取した発泡性スチレン樹脂粒子について、実施例1と同様にして嵩発泡倍数50倍(嵩密度0.02g/cm3)の予備発泡粒子を作製し、この予備発泡粒子を用いて発泡倍数50倍(密度0.02g/cm3)の発泡成形体を製造した。得られた発泡成形体を目視により観察して、予備発泡粒子の成形金型への充填性を評価した。
実施例3では、実施例2で用いたダイスに、ダイス温度測定用センサー(図3に示す測温体19のうち上下位置に配置される19B(流入側)と19A(流出側)の2本)を用いて、ダイスの循環水流入側(下側、図2の符号4a側)のヒーター4本と循環水流出側(上側、図2の符号4b側)のヒーター4本にエリアを2分割して制御して、ダイスを280℃に保持した以外は、実施例2と同様にして、吐出量138kg/hで球形の発泡性スチレン樹脂粒子を得た。
この実施例3では、押出開始1時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は、13.3MPa、乾燥後の樹脂粒子100粒の質量は0.0425gであり、ダイスの開孔率は82.0%と良好であった。
押出開始48時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は13.3MPa、100粒の質量は0.0425g、ダイスの開孔率は82.0%であり、48時間以上安定して押出可能なことが確認できた。
押出48時間目に採取した発泡性スチレン樹脂粒子について、実施例1と同様にして嵩発泡倍数50倍(嵩密度0.02g/cm3)の予備発泡粒子を作製し、この予備発泡粒子を用いて発泡倍数50倍(密度0.02g/cm3)の発泡成形体を製造した。得られた発泡成形体を目視により観察して、予備発泡粒子の成形金型への充填性を評価した。
実施例4では、実施例2で用いたダイスのヒーター深さを15mmから30mmに変更したダイスを用いた以外は、実施例2と同様にして、吐出量138kg/hで球形の発泡性スチレン樹脂粒子を得た。
この実施例4では、押出開始1時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は16.1MPa、乾燥後の樹脂粒子100粒の質量は0.0524gであり、ダイスの開孔率は66.5%と良好であった。
押出開始48時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は16.8MPa、100粒の質量は0.0581g、ダイスの開孔率は60.0%であり、48時間以上安定して押出可能なことが確認できた。
押出48時間目に採取した発泡性スチレン樹脂粒子について、実施例1と同様にして嵩発泡倍数50倍(嵩密度0.02g/cm3)の予備発泡粒子を作製し、この予備発泡粒子を用いて発泡倍数50倍(密度0.02g/cm3)の発泡成形体を製造した。得られた発泡成形体を目視により観察して、予備発泡粒子の成形金型への充填性を評価した。
実施例5では、実施例2で用いたダイスのヒーター深さを15mmから45mmに変更したダイスを用いた以外は、実施例2と同様にして、吐出量138kg/hで球形の発泡性スチレン樹脂粒子を得た。
この実施例5では、押出開始1時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は16.9MPa、乾燥後の樹脂粒子100粒の質量は0.0670gであり、ダイスの開孔率は52.0%と良好であった。
押出開始48時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は18.1MPa、100粒の質量は0.0871g、ダイスの開孔率は40.0%であり、48時間以上安定して押出可能なことが確認できた。
押出48時間目に採取した発泡性スチレン樹脂粒子について、実施例1と同様にして嵩発泡倍数50倍(嵩密度0.02g/cm3)の予備発泡粒子を作製し、この予備発泡粒子を用いて発泡倍数50倍(密度0.02g/cm3)の発泡成形体を製造した。得られた発泡成形体を目視により観察して、予備発泡粒子の成形金型への充填性を評価した。
[実施例6]
実施例6では、発泡剤としてイソペンタンのみを用いた以外は、実施例2と同様にして、吐出量138kg/hで球形の発泡性スチレン樹脂粒子を得た。
この実施例6では、押出開始1時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は、15.1MPa、乾燥後の樹脂粒子100粒の質量は0.0458gであり、ダイスの開孔率は76.1%と良好であった。
押出開始48時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は15.0MPa、100粒の質量は0.0461g、ダイスの開孔率は75.6%であり、48時間以上安定して押出可能なことが確認できた。
押出48時間目に採取した発泡性スチレン樹脂粒子について、実施例1と同様にして嵩発泡倍数50倍(嵩密度0.02g/cm3)の予備発泡粒子を作製し、この予備発泡粒子を用いて発泡倍数50倍(密度0.02g/cm3)の発泡成形体を製造した。得られた発泡成形体を目視により観察して、予備発泡粒子の成形金型への充填性を評価した。
図6Aは比較例1で用いたダイスの断面図、図6Bはダイスの樹脂吐出面を示す側面図である。
比較例1では、図6A及び図6Bに示す公知の構造のダイス20、すなわち、直径0.6mm、ランド長さ3.0mmのノズルを15個もつ16個のノズルユニット(符号15)が円周上に配置され、樹脂吐出面13側にカートリッジヒーターが無い(つまり短ヒーター18のみが配置された)ダイスに変えた以外は、実施例1と同様にして、吐出量138kg/hで球形の発泡性スチレン樹脂粒子を得た。
この比較例1では、押出開始1時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力が21.7MPaと高く、100粒の質量は0.1322g、ダイスの開孔率は22.0%であった。
経時に伴って樹脂導入部の圧力上昇が認められ、押出開始6時間目にダイスの耐圧上限値(25MPa)に到達したため、6時間で押出を打ち切った。
図7Aは比較例2で用いたダイスの断面図、図7Bはダイスの樹脂吐出面を示す側面図である。
比較例2では、図7A及び図7Bに示す構造のダイス30、すなわち、樹脂吐出面13側にカートリッジヒーター17、17、…(直径12mm)を4本、ヒーター深さ15mmの位置にノズルユニットが並ぶ円周を横切って十字に配置し、表面中央部に断熱材16を装着したダイスに変えた以外は、実施例1と同様にして、吐出量138kg/hで球形の発泡性スチレン樹脂粒子を得た。
この比較例2では、押出開始1時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力が20.0MPaとやや高く、100粒の質量は0.1030g、ダイスの開孔率は28.2%であった。
経時に伴って樹脂導入部の圧力上昇が認められ、押出開始10時間目にダイスの耐圧上限値(25MPa)に到達したため、10時間で押出を打ち切った。
図8Aは比較例3で用いたダイスの断面図、図8Bはダイスの樹脂吐出面を示す側面図である。
比較例3では、図8A及び図6Bに示す公知の構造のダイス40、すなわち、断熱材がなく、ダイスにオイルの流路41が設けられており、ダイス上下41a、41aから高温のオイルを流入させ、中央の環状流路を通して左右41b、41bに流出させオイル加熱器に戻す構造のダイスに変えて、オイルを熱媒体とした間接加熱によりダイスを280℃に保持した以外は、実施例1と同様にして、吐出量138kg/hで球形の発泡性スチレン樹脂粒子を得た。
この比較例3では、押出開始1時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力が18.0MPa、100粒の質量は0.0907g、ダイスの開孔率は32.0%であった。
押出開始48時間目のダイスへの樹脂導入部の圧力は21.8MPa、100粒の質量は0.0994g、ダイスの開孔率は29.2%となった。
押出48時間目に採取した発泡性スチレン樹脂粒子について、実施例1と同様にして嵩発泡倍数50倍(嵩密度0.02g/cm3)の予備発泡粒子を作製し、この予備発泡粒子を用いて発泡倍数50倍(密度0.02g/cm3)の発泡成形体を製造した。得られた発泡成形体を目視により観察して、予備発泡粒子の成形金型への充填性を評価した。
そして、ヒーター深さが45mmの実施例5では、ヒーター深さが30mmの実施例4と比べて開孔率が落ちていることから、ヒーター深さとしては、10〜50mmが好ましく、15〜30mmがより好ましいことがいえる。
比較例3は、実施例1〜6に比べると、ダイス内に環状オイル流路を設ける分、ダイスの構造が複雑となり、オイルの加熱器及び循環ポンプが必要で、オイルを循環させる配管には保温が必要等、設置コストが高い。また、劣化したオイルや異物により流路が詰まったり、流れ難くなると加熱バランスがくずれ、ダイスの温度を均一に保持できなくなる等の欠点を有している。
例えば、本実施の形態では樹脂流路14が8箇所とし、カートリッジヒーター17、短ヒーター18をそれぞれ8本としているが、この数量に限定されることはなく、造粒用ダイス1の大きさ、熱可塑性樹脂の粒子の成形量などの条件に応じて最適な数量に設定することができる。要は、樹脂流路14の円周の周方向両側にカートリッジヒーターが配置される構成となっていればよい。
そして、測温体19を4つとしているが、これに限定されることはなく、例えば測温体19が上下の位置に2つあってもよい。
また、押出機2、カッター3、チャンバー4、ダイホルダ11、ダイス本体10などの形状、大きさ、その他の構成については特に制限されることはなく、任意に設定することができる。例えば、本実施の形態では樹脂供給装置として、押出機を採用しているが、この他に、スタティックミキサー、ギアポンプなどを使用することができる。
Claims (11)
- 冷却媒体に接触して設けられた樹脂吐出面と、
樹脂供給装置に連通する複数の樹脂流路と、
前記樹脂流路と連通して前記樹脂吐出面に開口するノズルと、
前記樹脂吐出面の近傍に設けられた複数のカートリッジヒーターと、
を備え、
前記樹脂流路が前記樹脂吐出面上における仮想円の円周に沿って配置され、
前記カートリッジヒーターは、前記樹脂流路の前記円周の周方向両側に配置されるとともに、長手方向を前記円周の径方向に向けて前記円周を横切った状態で配置されている造粒用ダイス。 - 前記カートリッジヒーターは、8本以上設けられており、
それぞれの中心角が45°以下である請求項1に記載の造粒用ダイス。 - 前記カートリッジヒーターは、前記樹脂吐出面から10〜50mmの位置に設けられている請求項1記載の造粒用ダイス。
- 前記樹脂流路の断面形状は、その外郭に直線部を有し、
前記直線部が前記カートリッジヒーターの長手方向と略平行に配置されている請求項1に記載の造粒用ダイス。 - 前記樹脂流路には、その前記断面形状に沿って複数個のノズルが設けられている請求項1に記載の造粒用ダイス。
- 少なくとも前記冷却媒体の水流方向の上流側と下流側に温度センサーが設けられ、
前記温度センサーの測定温度に基づいて、前記カートリッジヒーターを個別にオンオフ制御するように構成されている請求項1に記載の造粒用ダイス。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の造粒用ダイスと、
前記造粒用ダイスを先端に取り付けた樹脂供給装置と、
前記造粒用ダイスのノズルから吐出される樹脂を切断するカッターが収容されるとともに、前記造粒用ダイスの樹脂吐出面に冷却媒体を接触させるチャンバーと、を具備する造粒装置。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の造粒用ダイスを取り付けた樹脂供給装置に熱可塑性樹脂を供給して溶融混練させる工程と、
前記熱可塑性樹脂を前記造粒用ダイスに向けて移動させながら前記熱可塑性樹脂に発泡剤を注入して発泡剤含有樹脂を形成する工程と、
前記造粒用ダイスのノズルから吐出される前記発泡剤含有樹脂をカッターにより冷却媒体中で切断して発泡性熱可塑性樹脂粒子を得る工程と、
を有する発泡性熱可塑性樹脂粒子の製造方法。 - 少なくとも冷却媒体の水流方向の上流側と下流側のダイス温度を測定し、それぞれの測定値が等しくなるように、各カートリッジヒーターを個別にオンオフ制御する請求項8に記載の発泡性熱可塑性樹脂粒子の製造方法。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の造粒用ダイスを取り付けた樹脂供給装置に熱可塑性樹脂を供給して溶融混練させる工程と、
前記熱可塑性樹脂を前記造粒用ダイスに向けて移動させながら、前記熱可塑性樹脂に発泡剤を注入して発泡剤含有樹脂を形成する工程と、
前記造粒用ダイスのノズルから吐出される前記発泡剤含有樹脂をカッターにより冷却媒体中で切断して発泡性熱可塑性樹脂粒子を得る工程と、
前記発泡性熱可塑性樹脂粒子を予備発泡して熱可塑性樹脂発泡粒子を得る工程と、
を有する熱可塑性樹脂発泡粒子の製造方法。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の造粒用ダイスを取り付けた樹脂供給装置に熱可塑性樹脂を供給して溶融混練させる工程と、
前記熱可塑性樹脂を前記造粒用ダイスに向けて移動させながら、前記熱可塑性樹脂に発泡剤を注入して発泡剤含有樹脂を形成する工程と、
前記造粒用ダイスのノズルから吐出される前記発泡剤含有樹脂をカッターにより冷却媒体中で切断して発泡性熱可塑性樹脂粒子を得る工程と、
前記発泡性熱可塑性樹脂粒子を加熱して予備発泡させ熱可塑性樹脂発泡粒子を得る工程と、
前記熱可塑性樹脂発泡粒子を型内発泡成形して熱可塑性樹脂発泡成形体を得る工程と、を有する熱可塑性樹脂発泡成形体の製造方法。
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