JP5554546B2 - 二軸スクリュ式押出機の混練方法及び装置 - Google Patents
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Description
図20において符号1で示されるものは、副原料分散用二軸スクリュ式押出機2のシリンダであり、このシリンダ1の上流側には、主原料3を供給するための主原料供給部4が設けられ、この主原料供給部4の下流側には、副原料5を供給するための副原料供給部6が設けられている。
前記各スクリュ7により、前記副原料分散用二軸スクリュ式押出機2は、その上流側から下流側へ向けて、第1輸送部8、第1混練部9、第2輸送部10、第2混練部11及び第3輸送部12が順に形成されている。
前記副原料供給部6から供給された副原料5は、前記主原料3と共に第2輸送部10により第2混練部11へ輸送され、この第2混練部11で剪断を付加されることで、前記主原料3中に均一分散されつつ下流側へ輸送され、前記第3輸送部により先端のダイス(図示せず)側から外部へ吐出される。
前述のように、ディスク幅DWの広い混練用スクリュ14を用いることにより、原料がディスク山頂部とシリンダ内面の間を通過しやすくなり、副原料の分散性の効率を向上させている。
すなわち、前述の従来構成による副原料分散方法では、その原料によっては過剰な剪断力が負荷され、原料の温度が上昇し、原料の分解により品質が低下することになっていた。
また、モータへの負荷も大きくなるため、イニシャルコスト及びランニングコストが増加することになっていた。
すなわち、加熱冷却可能なシリンダ内に一対のスクリュを内設し、前記各スクリュを駆動機にて同方向回転させ、少なくとも輸送部と混練部とを有する前記シリンダ内に供給した主原料と副原料を分散させる領域において、幅広のフライト山頂部を有し、前記輸送部における輸送用スクリュのように上流から下流にかけてフライトを連続的に順方向に捻り、かつ、フライト山頂部の一部が削られてなることにより形成されたダムフライトスクリュを用いて前記主原料と副原料の混練を行うことにより、副原料の分散領域に幅の広いフライト山頂部を有した輸送スクリュを配備しているため、副原料を円滑に分散させて混練することが可能であり、フライト山頂部を削り段差を設けていることにより、低温で副原料を混練させることができ、モータへの負荷を低減できる。
また、前記ダムフライトスクリュはフライト山頂部の一部が前述のように削られてなることにより、低温での副原料の分散が可能である。
また、前記ダムフライトスクリュは、軸直角断面において、前記スクリュのスクリュ中心点をO、前記フライト山頂部の第1〜第3フライト頂点をA,B,Cとした場合、フライトPの幅は∠AOCの第1角度a=99.4°で形成され、前記フライトPの上流側は原料を輸送するための輸送フライトQ、その下流側には原料を混練する混練フライトRで形成され、前記輸送フライトQの幅は∠AOBの第2角度b≧16.8°で形成され、前記混練フライトRの幅は∠BOCの第3角度cは≦82.6°で形成され、前記輸送フライトQと混練フライトRの段差δは0D<δ≦0.09D(Dはシリンダ内径)であることにより、混練時における溶融樹脂の温度を下げ、分散性も向上させることができる。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を用いて説明する。
図1において、符号1で示されるものは、副原料分散用二軸スクリュ式押出機2のシリンダであり、このシリンダ1の上流側には、主原料3を供給するための主原料供給部4が設けられ、この主原料供給部4の下流側には、副原料5を供給するための副原料供給部6が設けられている。
前記各スクリュ7により、前記シリンダ1は、その上流側から下流側へ向けて、第1輸送部8、第1混練部9、第2輸送部10、第2混練部11及び第3輸送部12が順に形成されている。
実験に使用した副原料分散用二軸スクリュ式押出機2については、図1に示される構成を使用し、一対のスクリュ7が互いに噛み合って同方向回転している構成であり、図1の第2混練部11にて前記主原料3と副原料5を分散混練させ、図6、図8、図10、図12の各スクリュを用いた場合について実験を行った。
主原料;LDPE(MI=2)
副原料;カーボンマスターバッチ
シリンダ内径;69φmm
処理能力;200〜300kg/h(カーボンは1phr供給)
スクリュ回転速度;150〜450rpm
実験で使用したスクリュのうち、第1実験例として、図6、図7に示す一般的な輸送用スクリュであるフルフライトスクリュ30を第2混練部11に6.0D組み込み、その最下流に抵抗となる混練翼を0.5Dシールリングを組込んだ構成である。
第3、第4実験例は、図10と図11及び図12と図13に示すように、第2混練部11に混練性能と輸送性能を有したダムフライトスクリュ13Bを6.0D組込み、その直後に0.5Dのシールリングを組込んだ構成である。
その他の領域のシリンダ1内のスクリュについては、全て同じ形状構成とし、第2混練部11の違いによる性能比較を実施した。
図14〜図17は各スクリュ形状における副原料であるカーボンマスターバッチの分散性を示しており、二軸スクリュ式押出機2の出口で採取したサンプルを厚さ0.3mmにカットし、顕微鏡にて100倍の倍率で撮影した結果である。濃い黒い領域がカーボンの凝集物を示している。1条幅広スクリュ13Aとダムフライトスクリュ13Bはカーボンの凝集体が少ないため、良く分散できていることが分かる。一方、フルフライトスクリュ30はカーボンの凝集体が多いことから、分散性は悪いことが分かる。
図19に各スクリュ形状における比エネルギー(Esp.)を示す。1条幅広スクリュ13Aは最もEsp.が高い。一方、ダムフライトスクリュ13Bは、1条幅広スクリュ13AよりEsp.が約8.5%(0.017kWh/kg)低下しており、フルフライトスクリュ30とほぼ同程度であった。
以上のように、この発明によれば、副原料分散領域に幅の広いフライト山頂部を有した輸送スクリュを配備することで、副原料を混練することが可能であり、フライト山頂部を削り段差を設けることで、低温で副原料を混練させることができ、かつモータへの負荷を低減できることが確認できた。
2 副原料分散用二軸スクリュ式押出機
3 主原料
4 主原料供給部
5 副原料
6 副原料供給部
7 スクリュ
8 第1輸送部
9 第1混練部
10 第2輸送部
11 第2混練部
12 第3輸送部
13 スクリュピース
13A 1条幅広スクリュ
13B ダムフライトスクリュ
13a 幅広のフライト山頂部
P フライト幅
Q 輸送フライト
R 混練フライト
30 フルフライトスクリュ
Claims (4)
- 加熱冷却可能なシリンダ(1)内に一対のスクリュ(7)を内設し、前記各スクリュ(7)を駆動機にて同方向回転させ、少なくとも輸送部と混練部とを有する前記シリンダ(1)内に供給した主原料(3)と副原料(5)を分散させる領域において、幅広のフライト山頂部(13a)を有し、前記輸送部における輸送用スクリュのように上流から下流にかけてフライトを連続的に順方向に捻り、かつ、フライト山頂部(13a)の一部が削られてなることにより形成されたダムフライトスクリュ(13B)を用いて前記主原料(3)と副原料(5)の混練を行うようにしたことを特徴とする二軸スクリュ式押出機の混練方法。
- 前記ダムフライトスクリュ(13B)は、軸直角断面において、前記スクリュ(7)のスクリュ中心点をO、前記フライト山頂部(13a)の第1〜第3フライト頂点をA,B,Cとした場合、フライトPの幅は∠AOCの第1角度a=99.4°で形成され、前記フライトPの上流側は原料を輸送するための輸送フライトQ、その下流側には原料を混練する混練フライトRで形成され、前記輸送フライトQの幅は∠AOBの第2角度b≧16.8°で形成され、前記混練フライトRの幅は∠BOCの第3角度cは≦82.6°で形成され、前記輸送フライトQと混練フライトRの段差δは0D<δ≦0.09D(Dはシリンダ内径)であることを特徴とする請求項1記載の二軸スクリュ式押出機の混練方法。
- 加熱冷却可能なシリンダ(1)内に一対のスクリュ(7)を内設し、前記各スクリュ(7)を駆動機にて同方向回転させ、少なくとも輸送部と混練部とを有する前記シリンダ(1)内に供給した主原料(3)と副原料(5)を分散させる領域において、幅広のフライト山頂部(13a)を有し、前記輸送部における輸送用スクリュのように上流から下流にかけてフライトを連続的に順方向に捻り、かつ、フライト山頂部(13a)の一部が削られてなることにより形成されたダムフライトスクリュ(13B)を用いて前記主原料(3)と副原料(5)の混練を行うようにしたことを特徴とする二軸スクリュ式押出機の混練装置。
- 前記ダムフライトスクリュ(13B)は、軸直角断面において、前記スクリュ(7)のスクリュ中心点をO、前記フライト山頂部(13a)の第1〜第3フライト頂点をA,B,Cとした場合、フライトPの幅は∠AOCの第1角度a=99.4°で形成され、前記フライトPの上流側は原料を輸送するための輸送フライトQ、その下流側には原料を混練する混練フライトRで形成され、前記輸送フライトQの幅は∠AOBの第2角度b≧16.8°で形成され、前記混練フライトRの幅は∠BOCの第3角度cは≦82.6°で形成され、前記輸送フライトQと混練フライトRの段差δは0D<δ≦0.09D(Dはシリンダ内径)であることを特徴とする請求項3記載の二軸スクリュ式押出機の混練装置。
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