JP5386718B2

JP5386718B2 - 樹脂組成物の押出装置及び樹脂組成物の製造方法

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Publication number: JP5386718B2
Application number: JP2009208421A
Authority: JP
Inventors: 滋宏森下; 雅文加賀
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: JP2011056762A

Description

本発明は、投入された樹脂組成物の原料を溶融混練して、ストランド状に押出成型する樹脂組成物の押出装置及び樹脂組成物の製造方法に係り、特に、樹脂組成物を製造する際に、ダイスカスの発生を抑制可能な樹脂組成物の押出装置及び樹脂組成物の製造方法に関するものである。

電線・ケーブルなどの絶縁体やシースに使用される樹脂組成物は、二軸押出機を用いて、原料を溶融混練し、これをストランド状に押し出すとともにペレット化して製造される。

図４に示すように、従来の樹脂組成物の製造装置４１は、二軸押出機４３と、二軸押出機４３で押出成型された樹脂組成物を冷却するための水槽６と、水槽６で冷却された樹脂組成物をペレット化するための造粒機７とを主に備えている。

この樹脂組成物の製造装置４１では、二軸押出機４３に、原料となる樹脂ペレット（メインペレット）をメイン原料用フィーダ４ａから、難燃剤などの粉体を粉体用フィーダ４ｂから投入し、これらを混練した後、反応剤を反応剤用フィーダ４ｃから投入し、二軸押出機４３内で化学反応を伴いながら混練し、二軸押出機４３のヘッド２に設けられたダイス１から、樹脂組成物をストランド状に押出成型する。その押出成型されたストランド（ストランド状の樹脂組成物）８は、送りローラ９でガイドされ、水槽６で冷却後、造粒機７でペレット状にされる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、従来の二軸押出機４３のヘッド２に設けられるダイス１の斜視図と側断面図である。

ダイス１には、樹脂組成物をストランド状に押出成型するための円形の穴（ダイス穴）２２が形成されており、このダイス穴２２から混練された樹脂組成物が押し出される。ダイス穴２２は一般に複数並んで設けられる。

特開２００３−１９７４０公報

しかしながら、上記樹脂組成物を二軸押出機４３を用いて製造する際には、二軸押出機４３内において混練された樹脂組成物の未反応成分や低分子量の残渣などが、ダイス穴２２付近に蓄積し成長してくる。ダイス１のダイス穴２２付近に蓄積される未反応成分や低分子量の残渣などをダイスカス６２と呼称する。

図６に示すように、ダイスカス６２は、ある程度蓄積してくるとドーナツ状の固まり６２ｂとなってストランド８に付着した状態で、水槽６を通して造粒機７まで送られる。ダイスカス６２が付着した部位のストランド８は外径が異なるため、送りローラ９での搬送ミスが生じたり、造粒機７において、ペレット化エラーが生じたりするおそれがある。

さらに、ダイスカス６２が、ペレット化された樹脂組成物に混合されるために、例えば、このペレット化された樹脂組成物を電線被覆工程に用いる場合、電線・ケーブルの特性劣化が懸念される。

このダイスカス６２を低減する方法として、材料面に着目すると、ポリメチルメタクリレートなどの滑剤を樹脂組成物に混練することが考えられる。しかし、滑剤を樹脂組成物に混練することにより、ダイスカス６２を低減することは可能であるが、完全に発生を抑えることは困難である。

また、装置面に着目して、特許文献１には、ダイス１を空気などの冷媒を吹きつけて冷却させる方法が提案されているが、この方法ではダイス１の温度が低下してしまい、ダイス穴２２からの樹脂組成物の押出吐出量が不安定になったり、樹脂組成物の外観荒れなどの問題が生じやすい。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ダイスカスの発生を抑制し、押出後のペレット化までエラーを発生させることなく製造することができ、電線・ケーブルの絶縁体又はシースに用いる場合に特性劣化のない、樹脂組成物を製造可能な樹脂組成物の押出装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、投入された樹脂組成物の原料を溶融混練して押し出すための押出機本体と、前記押出機本体のヘッドに設けられ、樹脂組成物をストランド状に押出成型するためのダイスと、を備えた樹脂組成物の押出装置において、前記ダイスの押出側の面に設けられ、ダイス穴と連続するとともに中空円筒状の先端先細の環状突起部を更に備え、前記環状突起部の先端角度が、３０°以上４５°以下である樹脂組成物の押出装置である。

前記環状突起部のダイス面からの突起長Ｌが、１ｍｍ〜１０ｍｍであるとよい。

前記ダイスの中心にねじ穴が形成され、前記環状突起部は、前記ダイスのねじ穴に螺合される雄ねじ部と、前記雄ねじ部に形成されたダイス穴と、前記ダイス穴と連続した吐出穴を有する中空円筒状の先端先細の円筒体と、からなってもよい。
また、本発明は、前記樹脂組成物の押出装置を用い、前記押出機本体内で樹脂組成物を混練した後、前記環状突起部から、その樹脂組成物をストランド状に押し出し、水槽で冷却後、造粒機でペレット化する樹脂組成物の製造方法である。

本発明によれば、ダイスの押出側の面に、ダイス穴と連続するとともに中空円筒状の先端先細の環状突起部を設けることにより、ダイスカスがストランドに付着するのを防止でき、これにより、電線・ケーブルに用いる場合に品質の安定した樹脂組成物を製造可能な樹脂組成物の押出装置及び樹脂組成物の製造方法を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る樹脂組成物の押出装置を用いた樹脂組成物の製造装置の概略図である。図１の樹脂組成物の押出装置のダイスを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側断面図である。本発明の一実施の形態に係る樹脂組成物の押出装置のダイスを示す側断面図である。従来の二軸押出機を用いた樹脂組成物の製造装置の概略図である。図４の従来の二軸押出機のダイスを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側断面図である。図４の従来の二軸押出機において、ストランドにダイスカスが付着することを説明するための説明図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る樹脂組成物の押出装置を用いた樹脂組成物の製造装置の概略図である。

図１に示すように、樹脂組成物の製造装置１１は、本発明の樹脂組成物の押出装置（以下、単に押出装置という）１３と、押出装置１３で押出成型された樹脂組成物を冷却するための水槽６と、水槽６で冷却された樹脂組成物をペレット化するための造粒機７とを備える。

本実施の形態に係る押出装置１３は、投入された樹脂組成物の原料を溶融混練して押し出すための押出機本体３と、押出機本体３のヘッド２に設けられ、樹脂組成物をストランド状に押出成型するためのダイス１２とを備えている。

押出機本体３は、投入された樹脂組成物の原料を混練するための二軸のスクリュ５ｂと、スクリュ５ｂを収容するためのシリンダ５ａとを備えている。つまり、押出装置１３は二軸押出機である。押出機本体３のシリンダ５ａには、樹脂組成物の原料（メインペレット）を投入するためのメイン原料用フィーダ４ａと、難燃剤などの粉体を投入するための粉体用フィーダ４ｂと、反応剤を投入するための反応剤用フィーダ４ｃとが設けられている。

押出装置１３としては、同方向回転二軸押出機を用いることが好ましい。二軸押出機の代表的な例としては、東芝機械社製ＴＥＭ、神戸製鋼所社製ＫＴＸ、日本製鋼所社製ＴＥＸ等が挙げられる。また、本実施の形態では押出装置１３を二軸押出機としているが、これに限定されない。例えば、二軸押出機以外では、同様の押出成型法をとる単軸押出機が有効である。また、四軸押出機などの多軸押出機でも本発明が有効であるのはいうまでもない。

図２（ａ）に示すように、押出機本体３のシリンダ５ａの先端部には、ヘッド２が形成される。ヘッド２の押出側の面（図２（ａ）では左手前の面）２ａには、ダイス１２が設けられる。本実施の形態では、ヘッド２とダイス１２とを一体に形成している。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ダイス１２には、樹脂組成物をストランド状に押出成型するための穴（ダイス穴）２２が形成されており、このダイス穴２２から混練された樹脂組成物を押し出すようにされる。本実施の形態では、正面視で円形のダイス穴２２を横一列に並んで７個形成している。

各ダイス穴２２は、その後端部（図２（ｂ）では左側）２２ａが、後端側から先端側に向けて縮径されたテーパー形状とされ、そのテーパー形状の後端部２２ａを介してシリンダ５ａ（ヘッド２）からの樹脂組成物をダイス穴２２内に導入するようにされる。

ダイス１２の押出側の面（ダイス面：図２（ｂ）では右側の面）１２ｃには、ダイス穴２２と連続するとともに中空円筒状の先端先細の環状突起部２１が設けられている。環状突起部２１は、各ダイス穴２２に設けられ、ダイス１２と一体に形成される。

環状突起部２１は、ダイス１２のダイス穴２２の内周面１２ｂと連続する内周面２１ａと、内周面２１ａの先端部（図２（ｂ）では右側）２１ｃから後方のダイス面１２ｃに延びるテーパー状の外周面２１ｂとを有し、全体として先端先細の中空円筒状に形成される。内周面２１ａと外周面２１ｂで挟まれた壁部２１ｄは、側断面視で外周面２１ｂを斜辺とする直角三角形状に形成される。内周面２１ａと外周面２１ｂとのなす角度を先端角度θとすると、先端角度θは、４５°以下であるとよく、好ましくは３０°以上４５°以下であるとよい。これは、先端角度θが４５°を越えるとダイスカスの発生を抑制する効果が十分に得られないおそれがあるためである。

本発明においては、突起の厚さ（壁部２１ｄの厚さ）が厚いとダイスカス低減効果がなく、薄いと機械的にもろくなってしまうことに鑑み、環状突起部２１を側断面視で直角三角形状に形成することにより、先端部で薄さを、根元部で強度をもたせることができ、ダイスカスを低減し、かつ、強度・耐久性のある突起部を形成することができる。

環状突起部２１の突起長Ｌ（ダイス１２の押出側の面１２ｃから先端部２１ｃまでの長さ）は、１ｍｍ〜１０ｍｍであるとよい。これは、突起長Ｌが１ｍｍ未満であると、ダイスカスの発生を抑制する効果が十分に得られず、また、ダイスサイズ、又はダイス穴サイズ、又はダイス穴間隔からの制約があり、突起長Ｌは１０ｍｍ以下が望ましいためである。

ダイス１２及び環状突起部２１の材質としては、従来用いられているものと同じでよく、例えば、ステンレス鋼、ダイス鋼、タングステン超合金鋼などの金属、又はセラミックスを用いるとよい。

本実施の形態では、環状突起部２１をダイス１２と一体に形成したが、これに限らず、別個に形成した環状突起部２１を後からダイス１２に接着するようにしてもよい。

樹脂組成物の製造装置１１を用いて樹脂組成物を製造する際は、メインペレットをメイン原料用フィーダ４ａから、難燃剤などを粉体用フィーダ４ｂから投入し混練した後、反応剤を反応剤用フィーダ４ｃから投入し、押出装置１３内で架橋反応を伴いながら混練し、環状突起部２１を設けたダイス１２のダイス穴２２から、樹脂組成物をストランド状に押し出し、水槽６で冷却後、造粒機７でストランド８をペレット状にする。一例として、電線被覆に用いる樹脂組成物を製造する場合には、メインペレットとしてシラングラフトされたエチレン−酢酸ビニル共重合体とエチレン−酢酸ビニル共重合体を混練したペレットを、難燃剤として水酸化マグネシウムを、反応剤としてエチレン−酢酸ビニル共重合体と混練してマスターバッチ化したジブチル錫ジラウレートを用いるようにすればよい。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る樹脂組成物の押出装置１３は、ダイス１２の押出側の面に、ダイス穴２２と連続するとともに中空円筒状の先端先細の環状突起部２１を設けている。

中空円筒状の先端先細の環状突起部２１を設けることにより、ダイス１２のダイス穴２２から樹脂組成物を押し出す際に、環状突起部２１で樹脂組成物が徐々に冷やされて固まり、環状突起部２１の出口でストランド８の表面がめくれてしまうことを抑制できる。よって、押し出した樹脂組成物の一部がダイス１２に付着してしまうことを抑制でき、ダイスカスの発生を抑制することができる。

また、押出装置１３では、環状突起部２１の先端角度θを４５°以下としているため、ダイスカスがダイス穴２２の出口により付着しにくくなる。すなわち、樹脂組成物が押し出されるダイス１２の先端角度θが鋭くなるため、樹脂組成物（ストランド８の表面）がめくれることなく、ダイス１２に樹脂組成物の未反応成分や低分子量の残渣などがより付着しにくくなる。

また、押出装置１３では、環状突起部２１のダイス面１２ｃからの突起長Ｌを１ｍｍ〜１０ｍｍとしているため、ダイスカスの発生を抑制する効果が十分に得られる。

また、本実施の形態に係る樹脂組成物の製造方法によれば、環状突起部２１から、樹脂組成物をストランド状に押し出す際に、ダイスカスを含まない、もしくは含んでも微量であるストランド８を作製できるため、水槽６で冷却、造粒機７でペレット化する工程においても、エラーを発生させることなく、樹脂組成物を製造することができる。

上記実施の形態では、ダイス１２と環状突起部２１を一体に形成する（あるいは別個に形成した環状突起部２１をダイス１２に接着する）場合を説明したが、これに限らず、例えば、環状突起部をねじ込み式にしてもよい。

図３に示すダイス３１は、ダイス３１の中心にねじ穴３１ｂが形成されており、環状突起部３２は、ダイス３１のねじ穴３１ｂに螺合される雄ねじ部３２ｂと、その雄ねじ部３２ｂに形成されたダイス穴２２と、そのダイス穴２２と連続した吐出穴を有する中空円筒状の先端先細の円筒体３２ｄとからなっている。

環状突起部３２は、円筒状の部材の一端に雄ねじ部３２ｂを形成するとともに、当該円筒状の部材の他端を先端先細に成形して円筒体３２ｄの先端部３２ｃを形成して作製される。円筒体３２ｄの先端部３２ｃの雄ねじ部３２ｂ側には、雄ねじ部３２ｂと先端部３２ｃを形成した円筒状の部材の残り部分である円筒部３２ａが形成される。

環状突起部３２の雄ねじ部３２ｂをねじ穴３１ｂに螺合させることで、円筒体３２ｄ（円筒部３２ａ、先端部３２ｃ）がダイス３１の押出側の面（図３では右側の面）３１ｃから突出するようにされる。

このように、環状突起部３２を着脱可能にすることにより、環状突起部３２の摩耗・破損に対しても容易な修復が可能となる。

ここでは、環状突起部３２を先端先細の中空円筒状に形成したが、これに限らず、レンチ等の工具を用いて環状突起部３２をねじ込みやすいように、環状突起部３２の円筒部３２ａを多角柱状に形成してもよい。

上記実施の形態では、押出装置１３としてストランド８を形成する二軸押出機を用いた場合を説明したが、これに限らず、押出装置１３として、例えば、電線・ケーブルなどの絶縁体やシース、樹脂ホース、チューブを形成するための押出機を用いた場合でも本発明と同様の効果が期待できることはいうまでもない。

また、上記実施の形態では、一例として、電線被覆に用いる樹脂組成物を製造する場合を説明したが、これに限らず、他の材料、例えば、押出機を用いダイスカスが発生するプラスチック材料や食品、化成品を製造する場合にも適用可能である。

次に本発明の一実施例を説明する。

押出装置１３は、スクリュ径４０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝６０）の同方向回転二軸押出機を用い、シリンダ５ａの設定温度は１８０℃に設定した。

メインペレットとして、シラングラフトされた酢酸ビニル含有量が４２ｍａｓｓ％のエチレン−酢酸ビニル共重合体と、酢酸ビニル含有量が１４ｍａｓｓ％のエチレン−酢酸ビニル共重合体を、それぞれ７０質量部／３０質量部混練したペレットを、メイン原料用フィーダ４ａから押出装置１３に投入した。

難燃剤として、メインペレット（シラングラフトされたエチレン−酢酸ビニル共重合体とエチレン−酢酸ビニル共重合体の合計）１００質量部に対して、水酸化マグネシウム４０質量部を、粉体用フィーダ４ｂから押出装置１３に投入した。

反応剤として、予めエチレン−酢酸ビニル共重合体と混練してマスターバッチ化したジブチル錫ジラウレートを反応剤用フィーダ４ｃから押出装置１３のサイドに投入した。

混練・反応した樹脂組成物は、押出装置１３のヘッド２に設けたダイス１２からストランド状に押し出した。

実施例１として、押出装置１３に用いたダイス１２は、ダイス穴径φが５ｍｍ、環状突起部２１を有し、ダイス面１２ｃからの突起長Ｌが２．５ｍｍ、環状突起部２１の先端角度θが４５°である。ダイス穴２２は複数個設けてある。

環状突起部２１のダイス面１２ｃからの突起長Ｌとしては、形成されるダイスカスよりも小さいと効果が見られなくなることが考えられるので、１ｍｍ以上が望ましい。また、突起長Ｌが長い方がダイスカス付着防止には有効であるが、突起長Ｌが長くなると、ダイスサイズ、又はダイス穴径φ、又はダイス穴間隔からの制約があるため、突起長Ｌは１０ｍｍ以下が望ましい。

環状突起部２１が設けられたダイス１２から押し出されたストランド８を、水槽６で冷却後、造粒機７でペレット状にした。

同様にして、先端角度θを３０°（実施例２）、６０°（比較例）、９０°（環状突起部なし：従来例）として、それぞれダイスを作製し、これを押出機本体３に取り付けて樹脂組成物の押出を行った。

表１に、環状突起部２１の先端角度θとダイス穴２２付近のダイスカス付着量の関係（実施例１，２、比較例、従来例）を示す。

表１において、ダイスカス付着量は、従来例（環状突起部２１を設けないダイスを用いた場合）の一定時間におけるダイスカス付着量を１０として記載されている。

また、上述のように環状突起部２１のないダイス（従来例）では、樹脂組成物の未反応成分や低分子量の残渣などがダイスのストランド出口付近に蓄積してダイスカスを形成し、ある程度ダイスカスが成長してきたところで、ダイスから離脱しドーナツ状の固まりとなって、ストランド８に絡みついたまま水槽６と造粒機７に送られる。そのため、ドーナツ状の固まりの移動の有無についても調べ、表１に併せて結果を示した。

表１に示すように、環状突起部２１の先端角度θが４５°，３０°のダイス１２を用いた実施例１，２では、ダイスカス付着量はほぼゼロであり、環状突起部２１の先端角度θが６０°のダイス１２を用いた比較例では、ダイスカス付着量は３〜６であった。

また、環状突起部２１の先端角度θが６０°のダイス１２を用いた比較例では、ダイスカス付着量を従来例と比較して３〜６と低減できるものの、従来例と同様に、時間の経過とともにダイスカスは成長していき、ある程度ダイスカスが成長してきたところで、ダイスカスがドーナツ状の固まりとなって、ストランド８に絡みついて移動していった。

したがって、環状突起部２１の先端角度θが６０°のダイス１２を用いた比較例では、ドーナツ状の固まりの発生の頻度は低減されるものの、ドーナツ状の固まりがストランド８と共に移動してしまうため、長時間の樹脂組成物の製造においては十分な効果が得られない。

これに対して、環状突起部２１の先端角度θが４５°，３０°のダイス１２を用いた実施例１，２では、ダイスカス付着量が殆ど認められず、長時間の樹脂組成物の製造においても、ダイスカスがドーナツ状の固まりとなって、ダイス１２から離脱し、ストランド８に付着して、造粒機７まで移動していくこともなかった。

以上の結果から、ダイス１２に設ける環状突起部２１を、先端角度θが４５°以下とすることで、ダイスカスを低減できることがわかった。

２ヘッド
３押出機本体
４ａメイン原料用フィーダ
４ｂ粉体用フィーダ
４ｃ反応剤用フィーダ
５ａシリンダ
５ｂスクリュ
６水槽
７造粒機
８ストランド
９送りローラ
１１樹脂組成物の製造装置
１２ダイス
１３樹脂組成物の押出装置
２１環状突起部
２２ダイス穴

Claims

投入された樹脂組成物の原料を溶融混練して押し出すための押出機本体と、
前記押出機本体のヘッドに設けられ、樹脂組成物をストランド状に押出成型するためのダイスと、
を備えた樹脂組成物の押出装置において、
前記ダイスの押出側の面に設けられ、ダイス穴と連続するとともに中空円筒状の先端先細の環状突起部を更に備え、
前記環状突起部の先端角度が、３０°以上４５°以下であることを特徴とする樹脂組成物の押出装置。
前記環状突起部のダイス面からの突起長Ｌが、１ｍｍ〜１０ｍｍである請求項１に記載の樹脂組成物の押出装置。
前記ダイスの中心にねじ穴が形成され、
前記環状突起部は、
前記ダイスのねじ穴に螺合される雄ねじ部と、
前記雄ねじ部に形成されたダイス穴と、
前記ダイス穴と連続した吐出穴を有する中空円筒状の先端先細の円筒体と、
からなる請求項１または２に記載の樹脂組成物の押出装置。
請求項１〜３いずれかに記載の樹脂組成物の押出装置を用い、
前記押出機本体内で樹脂組成物を混練した後、前記環状突起部から、その樹脂組成物をストランド状に押し出し、水槽で冷却後、造粒機でペレット化することを特徴とする樹脂組成物の製造方法。