JP5457933B2 - 押出成形用複合ペレットの製造方法,及び前記方法で製造された押出成形用の複合ペレット - Google Patents
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Description
熱可塑性樹脂と木粉を含む原料を押出機42により溶融混練して得た溶融材料を,前記押出機42の先端に取り付けたダイノズル43に多数設けたノズル孔43aを介してストランド状に押し出し,前記ノズル孔の直径以下の直径を有する前記溶融材料のストランドを所定の長さ毎に切断してペレットを形成するに際し,
次式で規定する線速度(υd)が12〜50の範囲となるように,前記押出機42の押出量Q,各ノズル孔43aの直径D及び前記ノズル孔43aの数nを設定することを特徴とする(請求項1)。
υd = (Q×1000/3600)/〔(D/20)2π・ρm・n〕
ここで,
υd=線速度(cm/sec)
Q = 押出機の押出量(kg/Hr)
D = 各ノズル孔の直径(mm)
n = ノズル孔の数
ρm = 溶融樹脂の密度(g/cm3)
木質成形品の押出成形に使用する本発明の複合ペレットは,熱可塑性樹脂と木粉とを主原料とし,これに必要に応じてタルク等の充填材,着色用の顔料,強化剤,パラフィンワックス,その他の副資材を添加して製造する。
本発明の複合ペレットの主原料の一つである熱可塑性樹脂としては,各種の熱可塑性樹脂を使用可能であるが,好ましくはポリプロピレン(PP),ポリエチレン(PE)等のポリオレフィン樹脂,及び前記ポリオレフィン樹脂を主成分とする樹脂(以下,ポリオレフィン樹脂及びポリオレフィン樹脂を主成分とする樹脂を総称して「ポリオレフィン系樹脂」という。)を好適に使用することができる。
成形材料の主成分の他方である木粉は,一般に市販されている各種の木粉の他,例えば未使用の木材,使用済みの建築廃材,木材加工の際に発生したオガ屑等の廃材等をクラッシャ,カッタ,ミルを使用して破砕する等して得ても良い。
本発明の成形材料の原料としては,前述の木粉,熱可塑性樹脂の他,タルク等の充填材,着色用の顔料,強化剤,及びパラフィンワックス等を添加することができる。
複合ペレット製造装置
複合ペレットの構成原料である木粉,熱可塑性樹脂,及び必要に応じて添加されるタルク等の充填剤,顔料,強化剤,パラフィンワックス等の副資材は,これらを押出機により均一な分散状態となるように溶融混練すると共に,溶融混練によって得た溶融材料を整粒して複合ペレットを製造する。
以上のように構成された複合ペレット製造装置40において,ダイノズル43に設けた個々のノズル孔43a内を溶融樹脂が1秒間にどれだけの距離を移動するかを表した線速度υdが,12〜50cm/sec,より好ましくは16〜45cm/secの範囲となるように押出機の押出量(Q),各ノズル孔の直径(D)及び前記ノズル孔の数(n)を調整する。
ここで,
Q = 押出機の押出量(kg/Hr)
D = 各ノズル孔の直径(mm)
n = ノズルの孔の数
ρm = 溶融樹脂の密度(g/cm3)
とすると,
押出機の1秒間の押出量(g/sec)は,
Q×1000/3600
ノズル孔の幅方向の断面積(cm2)は,
(D/20)2π
よって,個数nのノズル孔の幅方向の断面積の総和は,
(D/20)2π・n
となる。
以上より,前述の線速度υdは,
υd(cm/sec) = (Q×1000/3600)/〔(D/20)2π・ρm・n〕
≒ 35.4Q/D2ρm・n
となる。
υd = (Q×1000/3600)/〔(D/20)2π・ρm・n〕≒ 35.4Q/D2ρm・nより,
υd=(35.4×400)/(42×1.15×n)=14160/18.4n
よって,12≦ υd ≦50のυdに14160/18.4nを代入すると,
12≦ 14160/18.4n ≦50
ここで,ノズル孔43a内を通過する溶融材料の線速度υdが,本願所定の範囲である12〜50cm/secを下回る速度(υd<12)である場合,この溶融材料の流れによる木粉の配向作用は小さい。
以上のようにして得られた複合ペレットは,一例として以下のようにして木質成形品の成形に使用する。
以上のようにして得られた複合ペレットは,そのまま,又はこれを発泡剤と共に押出(発泡)成形を経て,所定形状の木質成形品に成形される。
前述したように,本発明の方法で得た複合ペレットを押出発泡成形に使用する場合,この複合ペレットを発泡剤と共に押出成形用の押出機に投入する。
木質発泡成形体の製造に使用する押出成形装置としては,各種のものを使用することができるが,一例として本発明の複合ペレットを使用した押出成形に使用した押出成形装置11の構成例を,図に基づいて説明する。
前述の定量供給装置14は,前述のようにして得られた本発明の複合ペレットを定量ずつ押出機12に供給するフィーダ14aと,このフィーダ14aによって押出機12に向かって搬送される複合ペレットに本実施形態にあってはマスタバッチである発泡剤を定量ずつ合流させる発泡剤フィーダ14bが設けられており,前記各フィーダ14a,14bに設けたホッパ内にそれぞれ複合ペレットと発泡剤を投入しておくことで,このホッパの下部に設けられたモータMによる搬送スクリュ(図示せず)の回転によって,成形材料である複合ペレットと発泡剤とが所定の配合比で押出機12に供給できるようになっている。
このようにして,複合ペレット及び発泡剤が投入される押出機12は,成形材料である複合ペレットと発泡剤との混合材料を加熱混練して溶融可塑化し,この溶融可塑化した成形生地を押し出すスクリュ15を備えるスクリュ式の押出機12である。なお,本実施形態においては押出成形装置11として2軸型のスクリュ型押出機12を適用した例について説明しているが,1軸型,多軸型,それらを組み合わせたスクリュ型押出機等の各種のスクリュ型押出機を使用しても良い。
以上のようにして押出機12より押し出された成形生地は,押出ダイ20に導入されて所定の形状に賦形され,押出ダイ20を通過して押し出された成形生地は,成形ダイ30を通過する際に冷却固化されて木質成形品となり,この木質成形品が引取機50によって所定の引取速度で引き取られることにより長尺の木質成形品,図示の実施形態にあっては木質合成板が製造される。
1−1.試験例1
(1)試験の目的
複合ペレット製造装置に設けた押出機の押出量Q(kg/Hr),ノズル孔の直径D(mm),ノズル孔の数n(個)を変化させることにより線速度υd(cm/sec)を変化させ,得られた複合ペレットの形状や特性に表れる変化を確認する。
(2−1)原料の組成
試験1で使用した原料の組成を下記の表1に示す。
100/ρm = (40/ρPP)+(45/ρWP)+(10/ρta)+(5/ρot)
ここで,
ρPPはポリプロピレン(PP)の比重
ρWPは木粉の真比重
ρtaはタルクの真比重
ρotはその他の物質の比重 である。
上記の例で使用した材料において,
ρPP=0.9,ρWP=1.3,ρta=2.7,ρot=1.17 である。
よって,
100/ρm = (40/0.9)+(45/1.3)+(10/2.7)+(5/1.17)≒ 87.04
ρm= 100/87.04 ≒ 1.15(g/cm3)
装置の概要を,図5に示す。
各実施例(実施例1〜4)及び比較例(比較例1〜3)における押出量Q,ダイノズルのノズル孔の直径D及び数nの各条件,及びこれらの条件に基づく線速度υdの変化,及び,前記線速度υdの変化に伴い製造された複合ペレットに生じた形状や特性の変化を表2に示す。
(1)試験の目的
使用するダイノズルのノズル孔の直径Dと孔数nを一定とし,押出量Q(kg/Hr)を変化させることにより線速度υd(cm/sec)を変化させ,線速度υdが本願発明の数値範囲における下限値付近にあるときの複合ペレットの形状及び性質の変化を確認する。
(2−1)原料の組成
実験に使用した原料の組成を下記の表3に示す。
本試験例において使用した複合ペレット製造装置は,図5に示すものと同じく二軸押出機である。
上記試験例2に基づく各実施例(実施例5,6)における押出量Qと線速度υdの各条件,及びこれらの条件で得られた複合ペレットの形状と特性を観察した結果を下記の表4に示す。
以上の試験結果から,本願所定の線速度υd(cm/sec)の範囲で得られた複合ペレット(実施例1〜4)は,個々のペレットの形状が均一で,且つ,ペレット相互に融着の発生もなく,嵩密度も比較的高いものが得られた〔実施例1〜3につき図7,図8,図9参照〕。
2−1.試験の目的
本願所定の線速度υdの範囲内で得られた複合ペレット(前掲の実施例2,4)と,本願所定の線速度υdを下回る線速度で得られた複合ペレット(前掲の比較例1,2)を使用して,発泡木質合成板を製造し,複合ペレットの相違が,最終製品である木質成形品(発泡木質合成板)の性能に如何なる影響を及ぼすかを確認する。
押出成形装置を使用して,前掲の実施例2,4及び比較例1,2で得た複合ペレットを使用して押出発泡成形を行った。
上記方法で行った木質発泡成形板の製造試験結果を,下記の表5に示す。
(1)金型圧力の変化幅
実施例2,4で得たペレットを使用して押出発泡成形を行った例では,比較例1,2で得たペレットを使用して押出発泡成形を行った場合に比較し,押出ダイ内における圧力の変化幅が小さくなっていることが確認された。
また,実施例2,4の複合ペレットを使用して押出発泡成形を行った例では,密度0.82〜0.85g/cm3の発泡成形品(板材)を,0.8mass%の発泡剤の添加によって安定して得ることができた。
以上のように,本願発明で規定する条件で製造された複合ペレットを使用して押出成形,特に押出発泡成形を行う場合には,製品の成形加工性が向上するだけでなく,密度が小さく軽量でありながら,空洞(ボイド)の発生が無い等,得られる製品の性質についても向上させることができることが確認できた。
12 (スクリュ式)押出機
13 シリンダ
13a 出口(シリンダ13の)
13b 投入口(シリンダ13の)
14 定量供給装置
14a フィーダ(複合ペレット用)
14b 発泡剤フィーダ
15 スクリュ(押出機12の)
16 アダプタ
20 押出ダイ
20a 入口(押出ダイ20の)
20b 出口(押出ダイ20の)
21 流路(押出ダイ20の)
22 ブレーカプレート
26 抵抗体
30 成形ダイ
33 導入部
34 加熱部
35 混練部
36 定量給送部
40 複合ペレット製造装置
41 定量供給装置
42 押出機
42a シリンダ
42b スクリュ
42c スクリュエレメント
43 ダイノズル
43a ノズル孔
44 カッタ
44a カッタ刃
45 遠心分離機
47 乾燥機
50 引取機
Claims (7)
- 熱可塑性樹脂と木粉を主成分とする木質成形品の押出成形に際して成形材料として使用する複合ペレットの製造方法において,
熱可塑性樹脂と木粉を含む原料を押出機により溶融混練して得た溶融材料を,前記押出機の先端に取り付けたダイノズルに多数設けたノズル孔を介してストランド状に押し出し,前記ノズル孔の直径以下の直径を有する前記溶融材料のストランドを所定の長さ毎に切断してペレットを形成するに際し,
次式で規定する線速度(υd)が12〜50の範囲となるように,前記押出機の押出量(Q),各ノズル孔の直径(D)及び前記ノズル孔の数(n)を設定することを特徴とする押出成形用複合ペレットの製造方法。
υd = (Q×1000/3600)/〔(D/20)2π・ρm・n〕
ここで,
υd=線速度(cm/sec)
Q = 押出機の押出量(kg/Hr)
D = 各ノズル孔の直径(mm)
n = ノズル孔の数
ρm = 溶融樹脂の密度(g/cm3) - 前記熱可塑性樹脂と前記木粉の配合比を,熱可塑性樹脂30〜70mass%に対し,木粉70〜30mass%としたことを特徴とする請求項1記載の押出成形用複合ペレットの製造方法。
- 前記溶融材料を170〜250℃で前記ノズル孔に導入することを特徴とする請求項1又は2記載の押出成形用複合ペレットの製造方法。
- 前記溶融材料のストランドを,2〜5mmの長さに切断することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の押出成形用複合ペレットの製造方法。
- 請求項1〜4いずれか1項に記載の方法により製造された押出成形用の複合ペレット。
- 所定容積の容器内に非加圧状態で充填した際の嵩密度が0.60g/cm 3 以上である請求項5記載の押出成形用の複合ペレット。
- 木質成形品を押出成形するための押出成形装置に設けた押出機のシリンダ内に,成形材料と発泡剤とを投入して行う押出発泡成形に際し,前記成形材料として使用される請求項5記載の押出発泡成形用の複合ペレット。
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