JP5572034B2

JP5572034B2 - 熱可塑性樹脂を用いた中空押出し成形品の製造方法および製造装置

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Publication number: JP5572034B2
Application number: JP2010189368A
Authority: JP
Inventors: 季夫田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-08-26
Also published as: JP2012045804A

Description

本発明は、電子写真装置における中間転写ベルトのような中空押出し成形品の製造方法および製造装置に関する。

従来、中空形状の樹脂成形品の製造方法として、熱可塑性樹脂を押出し成形装置にて押し出し、環状ダイを通過させることにより中空形状を得る成形方法が広く用いられている。中空円筒押出し成形の装置構成としては、環状ダイの押出し方向下流側に冷却固化用マンドレルを設けることが多く、環状ダイ、冷却マンドレル、樹脂成形品によって密閉された空間が形成される。使用する熱可塑性樹脂中に、成形温度で揮発する成分が含まれる場合、この密閉空間に充満した揮発成分が成形品の内面に付着し、中空押出し成形品を汚染することがあった。すなわち、揮発成分を含む熱可塑性樹脂を用いた中空押出し成形においては、図２に示すように、環状ダイより熱可塑性樹脂が押し出されると共に揮発成分が放出され、環状ダイ１８、接続治具１９、冷却マンドレル２０、樹脂成形品２１により形成される空間２２内に揮発成分が充満する。空間２２内の揮発成分が、沸点以下まで冷却される、あるいは飽和蒸気圧を超え液化する際に、樹脂成形品の内面に液滴として付着し、内面を汚染する。さらに、上記液滴の体積がある程度以上に大きい場合、冷却マンドレル２０と樹脂成形品２１との間に侵入し、樹脂成形品２１を内面側から押し上げるため、表面に局所的な凸形状が形成されるといった外観不良が発生することがあった。
特許文献１は、フィルムシート等帯状物を溶融押出し成形する際に、原料中に含まれる添加剤や、低粘度・低分子量原料などが空気中に飛散して冷却され、それらが帯状物の表面に付着して帯状物の品位を低下させてしまうという課題を開示している。そして、かかる課題について、口金の近傍に設けた吸引装置により、口金から押し出された帯状物から揮発する揮発分を吸引する方法を開示している。

実開平04-137820

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法を、中空形状の樹脂成形品の押出し成形に適用しようとした場合には、以下の課題が存在することを本発明者等は知見した。すなわち、中空形状の樹脂成形品の溶融押出し成形の揮発成分が充満するのは、環状ダイ、冷却マンドレル、樹脂成形品によって密閉された空間である。かかる密閉空間内の気体を単に排出するだけでは、当該密閉空間の内部圧力が低下し、樹脂成形品２１の形状を変形させてしまうことが考えられる。
そこで、本発明の目的は、揮発成分の付着を抑え、かつ、形状安定性に優れた、高品位な中空押出し成形品を安定して製造することのできる中空押出し成形品の製造方法およびそれに用いる製造装置を提供することにある。

本発明によれば、熱可塑性樹脂を含む中空押出し成形品の製造装置であって、押出し成形機に接続された環状ダイと、該環状ダイから押出された中空形状の溶融樹脂を外周部に接触させて冷却するための冷却マンドレルと、押出し成形機に接続された環状ダイから溶融樹脂を中空形状に押し出し、押し出された該中空形状の溶融樹脂を冷却マンドレルの外周部に接触させて冷却する工程において、該環状ダイと、該冷却マンドレルと、該溶融樹脂とにより形成される空間から外部空間に気体を排出するための排気手段とを具備し、更に、該冷却マンドレルには、該空間と外部空間とを連通させるための貫通孔が配設されていることを特徴とする中空押出し成形品の製造装置が提供される。

また、本発明によれば、熱可塑性樹脂を含む中空押出し成形品の製造方法であって、上記の中空押出し成形品の製造装置の押出し成形機に接続された環状ダイから溶融樹脂を中空形状に押し出し、押し出された該中空形状の溶融樹脂を冷却マンドレルの外周部に接触させて冷却する工程を有し、該工程は、環状ダイ、冷却マンドレル及び中空形状の溶融樹脂によって形成される空間の内部の気体を、排気手段を用いて外部空間に排出しつつ行う工程と、該空間の内部から排気した気体と同量の外気を、該冷却マンドレルに配設された、該空間と外部空間とを連通させるための貫通孔から導入する工程とを含むことを特徴とする中空押し出し成形品の製造方法が提供される。

本発明によれば、揮発成分の付着を抑え、かつ、形状安定性に優れた、高品位な中空押出し成形品を安定して製造することができる。

本発明に係る中空押出し成形品の製造装置の説明図である。従来の中空押出し成形機を説明するための概略的な側断面図である。本発明の実施例の形態を表す概略的な側断面図である。本発明の比較例の形態を示す概略的な側断面図である。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る中空押出し成形装置の断面図を示す。
まず、図１により本発明の中空押出し成形装置を説明する。図示されない押出し成形機から押出された溶融樹脂は、押出し機に接続された環状ダイ１およびダイリップ４を経ることで、中空形状に成形される。ダイリップ４より吐出された溶融状態の中空成形品８は、ダイリップ下部に設置された接続治具２により、ダイリップ４と同軸上に接続された冷却マンドレル３の外周部と接触することにより、冷却固化される。固化された中空成形品８は、冷却マンドレル３下部に設置された支持棒５により冷却マンドレル３と同軸上に接続された内径支持用のインナーローラ７および、インナーローラ７と対向する位置に設置された引取装置６により、中空成形品の内面および表面から挟み込まれる。引取装置６を任意の回転数で回転させることで、インナーローラおよび引取装置により支持された中空成形品８が、押出し方向下流側へ向かい連続的に引き取られる。引き取られた中空成形品８は、引取装置に設置された円筒切断機９により、中空形状を維持したまま、所定の長さに輪切りされる。

前記環状ダイ１は、上下端を接続する貫通孔を有しており、環状ダイ１下方側の貫通孔は、ダイリップ４、接続治具２を経て、冷却マンドレル上部へと接続され連通孔１７を形成する。環状ダイ１上方側の貫通孔は、温度調整配管１１、ろ過装置１２を経て排気装置１３へと接続される。排気装置１３を作動させることにより、空間１０内部の気体は、大気連通孔１７内を輸送され、温度調節配管１１、ろ過装置１２、配管１６を経て排気機構を有する排気装置１３により、外部空間である製造装置外部へと排出される。

前記冷却マンドレル３およびインナーローラ７にも、それぞれの上下端を接続する貫通孔１４、貫通孔１５が配設されている。中空成形品８は、円筒切断機９により中空形状を維持したまま切断されるため、切断部にて、中空成形品８内部は大気開放される。前記排気装置１３により、前記空間１０内の気体が外部空間へ排出されるが、冷却マンドレル３およびインナーローラ７に配設されている貫通孔により、排気した気体と同量の外気が導入されるため、前記空間１０内部の圧力は、常に大気圧を維持することができる。

［実施例１］
本発明の実施例を、図３に基づいて説明する。
まず、製造装置構成の詳細について述べる。熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を用いた。この樹脂を、内径40mmの単軸押出し機２３と、吐出口径260mmの環状ダイ１を用い、チューブ状に成形した。樹脂材料２４の供給に関しては、重量フィーダ２５を用いて供給量を制御した。樹脂材料２４の供給量を制御することにより、スクリュの最上流部に樹脂を溜めない、ハングリーフィード状態を維持した。スクリュ２７は、L（スクリュ長さ）/D（スクリュ径）＝32のフルフライト形状、圧縮比3.0とした。単軸押出し機２３と環状ダイ１との間に、ギアポンプ２８を設け、環状ダイ１からの溶融樹脂の吐出量を安定化させた。

環状ダイ１の下方には、熱媒による温度調節が可能な冷却マンドレル３を設置し、さらにその下方には、樹脂成形品８を内側から支持する、複数の従動ローラを周方向に配するインナーローラ７を設置した。冷却マンドレルおよびインナーローラには、上下方向に貫通孔14および15を有する形状とした。

インナーローラ７と対向する位置に、引取装置６を設置し、インナーローラ７および引取装置６がそれぞれ有するローラにより、樹脂成形品を把持しつつ、引取装置のローラが回転することにより、樹脂成形品を下方に向かい、引き取っていく。引取装置６より下方には、切断装置９が設置されており、この切断装置９により所定の長さに中空成形品８を切断することで、製品の形状を得ることが出来る。

環状ダイ１上方には、環状ダイ１、冷却マンドレル３、溶融樹脂により形成される空間と大気連通孔により接続されている、温度制御配管１１、ろ過装置１２、排気装置１３が設置されている。ろ過装置１２と排気装置１３との間に、流量計２９を設け、排気流量の監視を行った。

次に、製造装置の運転条件について述べる。温度設定は、押出し機のシリンダ部２６の最上流部が３６０℃、最下流部が３８０℃となるよう段階的に温度上昇する設定とした。シリンダ部の先端から順次接続されるギアポンプ２８、環状ダイ1に関しては、全て３８０℃とした。溶融樹脂を冷却・固化する冷却マンドレル３の温度制御用熱媒の温度は、１２０℃とした。

その他の運転条件としては、重量フィーダ２５からの樹脂材料２４の供給量を４.０ｋｇ/ｈ、スクリュ２７の回転数を、２０ｒｐｍ、引取速度を２０ｍｍ/sec、排気流量を２．５L/minとした。

これによって中空成形品８は、５０時間以上の連続成形を行った場合でも、内面への揮発成分の付着による汚染が無く、品質を維持したままの連続製造が可能となった。また、ろ過装置により回収された揮発成分は、分析によりポリエーテルエーテルケトンを重合する際に溶媒として用いるジフェニルスルホンであることが判った。

［比較例１］
使用する樹脂材料、装置構成は、実施例１と同じとした。運転条件は、排気装置の排気流量を０L/minとし、その他の条件は、実施例１と同じとした。
成形開始から４時間後、中空成形品の表面に局所的な凸形状が現れた。凸形状部の裏面には、ジフェニルスルホンが付着していた。また、冷却マンドレル表面にもジフェニルスルホンの付着が確認された。

［比較例２］
使用する樹脂材料、運転条件は、実施例１と同じとした。装置構成は、図４に示すように、上下に貫通孔を持たない冷却マンドレル30を用いること以外は、実施例１と同じとした。

成形開始から６時間後、中空成形品の表面に局所的な凸形状が現れた。凸形状部の裏面には、ジフェニルスルホンが付着しており、冷却マンドレル３０表面にもジフェニルスルホンの付着が確認された。また、環状ダイ1、冷却マンドレル３０、溶融樹脂により形成される空間３１の気体が排気されることで、空間内部の圧力が低下し、溶融樹脂が半径方向に収縮された。これにより、冷却マンドレル３０と溶融樹脂との摺動性が悪化し、引取速度が不安定となり、成形品表面軸方向に波うちが発生した。

以上、記述した実施例および比較例に関し、製造条件および不良発生状況の対比を表１にまとめた。

1 環状ダイ
2 接続治具
3 冷却マンドレル
4 ダイリップ
5 支持棒
6 引取装置
7 インナーローラ
8 樹脂成形品
9 円筒切断装置
10 空間
11 温度調節配管
12 ろ過装置
13 排気装置
14 貫通孔（冷却マンドレル）
15 貫通孔（インナーローラ）
16 配管
17 連通孔

Claims

熱可塑性樹脂を含む中空押出し成形品の製造装置であって、
押出し成形機に接続された環状ダイと、
該環状ダイから押出された中空形状の溶融樹脂を外周部に接触させて冷却するための冷却マンドレルと、
押出し成形機に接続された環状ダイから溶融樹脂を中空形状に押し出し、押し出された該中空形状の溶融樹脂を冷却マンドレルの外周部に接触させて冷却する工程において、該環状ダイと、該冷却マンドレルと、該溶融樹脂とにより形成される空間から外部空間に気体を排出するための排気手段とを具備し、
更に、該冷却マンドレルには、該空間と外部空間とを連通させるための貫通孔が配設されていることを特徴とする中空押出し成形品の製造装置。
熱可塑性樹脂を含む中空押出し成形品の製造方法であって、
請求項１に記載の中空押出し成形品の製造装置の押出し成形機に接続された環状ダイから溶融樹脂を中空形状に押し出し、押し出された該中空形状の溶融樹脂を冷却マンドレルの外周部に接触させて冷却する工程を有し、
該工程は、
環状ダイ、冷却マンドレル及び中空形状の溶融樹脂によって形成される空間の内部の気体を、排気手段を用いて外部空間に排出しつつ行う工程と、
該空間の内部から排気した気体と同量の外気を、該冷却マンドレルに配設された、該空間と外部空間とを連通させるための貫通孔から導入する工程とを含むことを特徴とする中空押し出し成形品の製造方法。