JP5878974B2 - 脱架橋及び脱硫のための超音波ホーンを有する単軸及び2軸スクリュー押出機 - Google Patents
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Description
ジクミルペルオキシドによって架橋した低密度ポリエチレン(LDPE)フィルム膜を、本明細書で教示される超音波処理ゾーンを含む単軸スクリュー押出機で脱架橋した。製造業者から得た私有の廃棄架橋LDPEフィルムを、撹拌型2軸スクリュー送給機によって、1ポンド(約453.6グラム)/時間の送給速度で、本発明の単軸スクリュー押出機のホッパーの中へ送給し、100rpmの速度でスクリューを回転させることによって、超音波処理ゾーンに進行させた。弧状の超音波処理流路において、ホーンの湾曲の頂点とスクリューに組み込まれたシャフトの頂点との間の空隙は、2.5mmであった。この流速及び流路断面で、超音波処理ゾーンにおける滞留時間は、7.0秒であった。ホーンは、20kHzの周波数及び10μmの振幅で動作させた。バレルの温度は、送給区間で160℃に、また、全ての他のゾーンで180℃に設定した。LDPEを過熱させることを回避するために、ホーンの温度は、2500cc/分の流速を伴う80℃の水で冷却することによって調整した。LDPEは、弧状の超音波処理流路を進行させ、そこで、超音波処理を受けさせ、シャフトの回転動作によって剪断した。超音波処理ゾーンの前後の超音波電力消費、押出圧力、及び温度は、データ取得システムを通してコンピュータによって記録した。トルクは、押出機のモーターの電力消費から読み出した。
1%のジクミルペルオキシドで架橋した高密度ポリエチレン(HDPE)を粉砕して、本発明に従う超音波処理ゾーンを有する2軸スクリュー押出機に送給した。粉砕HDPEは、2軸スクリュー送給機によって、1.1lb(約499g)/時間の送給速度で、超音波2軸スクリュー押出機のホッパーの中へ送給した。2軸スクリュー押出脱硫処理は、図3及び図4で概略的に表される。使用した2軸スクリュー押出機は、モジュール式の共回転2軸スクリュー押出機(Prism)である。それは、16mmの直径及びL/D=25を有する。HDPEは、送給機によって入口区間に送給し、200rpmの速度で共回転するスクリューによって進行させた。この押出機は、温度及び回転速度の正確な制御を提供し、ホーン温度は、45℃の温度でサーモスタットから送達される水によって制御される。2軸スクリュー押出機の送給区間を通過させた後に、HDPEには、超音波処理ゾーンを通過させ、そこで、40kHzの周波数及び10μmの振幅を伴う超音波を受けさせた。この区間では、HDPEを脱架橋し、次いでさらに可塑化し、そして円形穴を有するダイを通して押し出した。バレルの中の温度設定は、送給区間で190℃、また、ダイ領域を含む全ての他の区間で200℃であった。応力−歪み結果は、図10で示され、処理したプラスチックを未使用のプラスチックと比較する。
粉末状の全タイヤ加硫ゴムを、本発明に従う超音波処理ゾーンを有する2軸スクリュー押出機で脱硫した。40及び200のメッシュサイズの粉末を使用し、粉末は、製造業者(Lehigh Technologies、耐用年数を経過したタイヤに由来する、微粉化されたゴム粉末)から得た。200メッシュの粉末を、2軸スクリュー送給機によって、1.5lb(約680.4g)/時間の送給速度で、超音波2軸スクリュー押出機のホッパーの中へ送給した。2軸スクリュー押出脱硫処理は、図3及び図4で概略的に表される。使用した2軸スクリュー押出機は、モジュール式の共回転2軸スクリュー押出機(Prism)である。それは、16mmの直径及びL/D=25を有する。全タイヤゴム粉末は、送給機によって入口区間に送給した。粉末は、200rpmの速度で共回転するスクリューによって進行させた。この押出機は、温度及び回転速度の正確な制御を提供し、ホーン温度は、90℃の温度でサーモスタットから送達される水によって制御される。2軸スクリュー押出機の送給区間を通過した後に、タイヤゴム粉末には、超音波処理ゾーンを通過させ、そこで、3.5、5、7.5、10、及び13μmの種々の振幅で40kHzの周波数を伴う超音波を受けさせた。この区間では、ゴム粉末を脱硫し、次いでさらに可塑化し、そして円形穴を有するダイを通して押し出した。バレルの中の温度設定は、送給区間で150℃、また、ダイ領域を含む全ての他の区間で180℃であった。興味深いことに、超音波の印加を伴わない、円形ダイを出たゴムは、元々のゴム粉末と類似した粉末形態であった。3.5μmの超音波振幅で、200メッシュのタイヤゴム粉末に関して行った実験は、粉末が、流動性材料に変換されることを示し、ダイを出た押出物は、粗く、非常に変形した表面を呈する。超音波振幅を5μmまで増加させると、表面の凸凹が減少し、最終的には、7.5、10、及び13μmの振幅で、表面の凸凹が予想外に小さくなり、よって、脱硫ゴムは、未使用の未加硫ゴム化合物に典型的な、連続した滑らかな押出物としてダイを出た。
Claims (17)
- 架橋プラスチックを脱架橋するための、又は加硫ゴムを脱硫するための処理において、
バレルの中にスクリューを有するスクリュー押出機に架橋プラスチック又は加硫ゴムを送給するステップであって、前記スクリューが軸を有する、送給するステップと、
前記スクリューの回転によって、前記バレルの中の超音波処理ゾーンに前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップであって、前記超音波処理ゾーンは、
そこを貫通してボア軸を画定する円筒ボアを有する本体であって、前記円筒ボアと連通しているホーン通路も有する本体と、
それとともに回転するように前記スクリューに組み込まれる円筒シャフトであって、前記シャフトの回転によって前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるのではなく、前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを前記超音波処理ゾーンの中へ押し込む前記スクリューの回転によって進行させるように、前記本体の前記ボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、シャフトと、
前記ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、前記円筒シャフトの上に整列され、前記円筒シャフトから離間された遠位端部を有し、前記遠位端部が弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように前記シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、を含む、進行させるステップと、
前記弧状の超音波処理流路を通して前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップと、
前記超音波ホーンによって発生される超音波によって、前記弧状の超音波処理流路で、前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを超音波で処理するステップと、
を含む、処理。 - 前記本体の中の前記円筒ボアは、チャネルが全くない、請求項1に記載の処理。
- 前記超音波ホーンの前記遠位端部は、前記弧状の超音波処理流路を通して前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させる前記ステップにおいて、前記弧状の超音波処理流路を通して進行させる架橋プラスチック又は加硫ゴムの容積が、前記超音波処理ゾーンにおいてより均一な平均滞留時間を経験するように、断面が矩形である、請求項2に記載の処理。
- 前記超音波処理ゾーンはさらに、前記本体の前記ボア内の前記シャフトの周囲に部分的に延在する固定インサートを備え、前記弧状の超音波処理流路は、前記シャフトと、前記固定インサートと、前記超音波ホーンの前記遠位端部と、前記ホーン通路との間に画定される、請求項1に記載の処理。
- 前記超音波の周波数は15kHz〜1000kHzである、請求項1に記載の処理。
- 前記超音波の振幅は2ミクロン〜100ミクロンである、請求項4に記載の処理。
- 前記弧状の超音波処理流路における前記架橋プラスチック又は加硫ゴムの前記滞留時間は、60秒未満である、請求項5に記載の処理。
- 前記弧状の超音波処理流路における前記架橋プラスチック又は加硫ゴムの前記滞留時間は、5秒未満である、請求項5に記載の処理。
- 架橋プラスチックを脱架橋するための、又は加硫ゴムを脱硫するための処理において、
バレルの中に第1のスクリュー及び第2のスクリューを有する2軸スクリュー押出機に、架橋プラスチック又は加硫ゴムを送給するステップであって、前記第1のスクリューが第1の軸を有し、前記第2のスクリューが第2の軸を有する、送給するステップと、
前記第1のスクリュー及び前記第2のスクリューの回転によって、前記バレルの中の超音波処理ゾーンに前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップであって、前記超音波処理ゾーンは、
本体であって、
前記第1のスクリューの前記軸と同軸であるボア軸を有する、前記本体を通る第1のボア、
前記第2のスクリューの前記軸と同軸であるボア軸を有する、前記本体を通る第2のボアであって、前記第1のボア及び第2のボアが2軸ボアを形成するように重なる、第2のボア、
前記2軸ボアの前記第1のボア及び前記第2のボアと連通しているホーン通路、を含む、本体と、
それとともに回転するように前記第1のスクリューに組み込まれる第1の円筒シャフトであって、前記第1の円筒シャフトの回転によって前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるのではなく、前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを前記超音波処理ゾーンの中へ押し込む前記第1のスクリュー及び第2のスクリューの回転によって進行させるように、前記本体の前記第1のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、第1の円筒シャフトと、
それとともに回転するように前記第2のスクリューに組み込まれる第2の円筒シャフトであって、前記第2の円筒シャフトの回転によって前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるのではなく、前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを前記超音波処理ゾーンの中へ押し込む前記第1のスクリュー及び第2のスクリューの回転によって進行させるように、前記本体の前記第2のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、且つ前記第1の円筒シャフトに互いに接触する第2の円筒シャフトと、
前記ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、前記第1のシャフト及び第2のシャフトの上に整列され、前記第1のシャフト及び前記第2のシャフトから離間された遠位端部を有し、前記遠位端部が二重弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように前記第1のシャフト及び前記第2の円筒シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、を含む、進行させるステップと、
前記二重弧状の超音波処理流路を通して前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させるステップと、
前記超音波ホーンによって発生される超音波によって、前記二重弧状の超音波処理流路で、前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを超音波で処理するステップと、
を含む、処理。 - 前記本体の前記第1のボア及び前記第2のボアは、チャネルが全くない、請求項9に記載の処理。
- 前記超音波ホーンの前記遠位端部は、前記二重弧状の超音波処理流路を通して前記架橋プラスチック又は加硫ゴムを進行させる前記ステップにおいて、前記二重弧状の超音波処理流路を通して進行させる架橋プラスチック又は加硫ゴムの容積が、より均一な超音波処理時間分布を経験するように、断面が矩形である、請求項9に記載の処理。
- 前記超音波処理ゾーンはさらに、前記本体の前記第1のボア内の前記第1のシャフト及び前記第2のボア内の前記第2のシャフトの周囲に部分的に延在する1つ以上の固定インサートを備え、前記二重弧状の超音波処理流路は、前記第1のシャフトと、前記第2のシャフトと、前記1つ以上の固定インサートの少なくとも1つと、前記超音波ホーンの前記遠位端部と、前記ホーン通路との間に画定される、請求項9に記載の処理。
- 前記超音波の周波数は15kHz〜1000kHzである、請求項9に記載の処理。
- 前記超音波の振幅は2ミクロン〜100ミクロンである、請求項13に記載の処理。
- 前記弧状の超音波処理流路における前記架橋プラスチック又は加硫ゴムの前記滞留時間は、5秒未満である、請求項14に記載の処理。
- バレルの中にスクリューを有し、前記スクリューが軸を有する、単軸スクリュー押出機において、前記単軸スクリュー押出機は前記バレルの中に超音波処理ゾーンを含み、前記超音波処理ゾーンは、
そこを貫通してボア軸を画定する円筒ボアを有する本体であって、前記円筒ボアと連通しているホーン通路も有する本体と、
それとともに回転するように前記スクリューに組み込まれる円筒シャフトであって、前記本体の前記ボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、シャフトと、
前記ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、前記円筒シャフトの上に整列され、前記円筒シャフトから離間された遠位端部を有し、前記遠位端部が弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように前記シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、
を備えることを特徴とする、単軸スクリュー押出機。 - バレルの中に第1のスクリュー及び第2のスクリューを有し、前記第1のスクリューが第1の軸を有し、前記第2のスクリューが第2の軸を有する、2軸スクリュー押出機において、前記2軸スクリュー押出機は前記バレルの中に超音波処理ゾーンを含み、前記超音波処理ゾーンは、
本体であって、前記第1のスクリューの軸と同軸であるボア軸を有する、前記本体を通る第1のボアと、前記第2のスクリューの軸と同軸であるボア軸を有し、前記第1のボアとで2軸ボアを形成するように重なる、前記本体を通る第2のボアと、前記2軸ボアの前記第1のボア及び前記第2のボアと連通しているホーン通路とを含む、本体と、
それとともに回転するように前記第1のスクリューに組み込まれる第1の円筒シャフトであって、前記本体の前記第1のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、第1の円筒シャフトと、
それとともに回転するように前記第2のスクリューに組み込まれる第2の円筒シャフトであって、前記本体の前記第2のボアの中で回転し、いかなるねじ山も備えない、且つ前記第1の円筒シャフトに互いに接触する第2の円筒シャフトと、
前記ホーン通路の中へ延在する超音波ホーンであって、前記第1のシャフト及び第2のシャフトの上に整列され、前記第1のシャフト及び前記第2のシャフトから離間された遠位端部を有し、前記遠位端部が二重弧状の超音波処理流路の一部分を画定するように前記第1の円筒シャフト及び前記第2の円筒シャフトに対して相補的に成形加工される、超音波ホーンと、
を備えることを特徴とする、2軸スクリュー押出機。
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