JPH03142203A - 樹脂の加熱溶融加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、樹脂の加熱溶融加工装置に関し、さらに詳し
くは、耐蝕性及び耐摩耗赤４性に優れた樹脂の加熱溶融
加工装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、ポリエチレン及びポリ塩化ビニル等と称す）
によって、繊維、フィルム、板、容器、電気部品、及び
自動車用部品等様々な成形品となって、我々の生活に供
されている。

さらに近年、エンジニアリングプラスチックスに代表さ
れる様に、耐熱性樹脂が盛んに研究、開発されて来、そ
れに応じて、その加工成形条件、特に加熱溶融成形温度
が、従来の加工温度より１００〜２００℃も高くなって
来ている。この高熱化に伴って、樹脂及び成形助剤等の
熱分解も顕著となり、分解時に発生する分解ガスによる
加工装置の腐蝕は著しく促進され、また、高熱、高圧条
件下における、樹脂の摩擦による加工装置の摩耗も顕著
となって来ている。具体的には、例えば塩素化塩化ビニ
ル樹脂や、含フツ素樹脂等、熱分解すると極めて腐蝕性
の著しい分解ガスを発生する樹脂が新たに開発され、加
工装置の腐蝕は、さらに促進される様になって来ている
。

これに対し、加工装置において、樹脂と実質的に接触し
、且つ樹脂を加熱する機能を有する部分（以後、これを
「部分（Ａ）」と称す）、例えば、加熱溶融押出加工機
におけるシリンダー内面部は、従来通り、高炭素鋼及び
窒化鋼が主に使用され、スクリュー表面部、ダイス、カ
レンダーロール及び金型表面部等には、主に硬質クロム
メツキが施されている程度であるため、上記樹脂を加熱
溶融加工するとその寿命は極めて短かく、業界からは、
耐蝕性及び耐摩耗性に優れた加工装置の開発が強く要望
されていた。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、従来技術が有していた前述の問題点を
解決しようとするものであり、従来全く知られていなか
った耐蝕性及び耐摩耗性に優れた、加工装置を提供する
ことにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであり
、樹脂と実質的に接触し、且つ樹脂を加熱する機能を有
する部分（Ａ）のうち少くとも１ケ所がサーメット及び
／又はセラミックスからなることを特徴とする樹脂の加
熱溶融加工装置を提供するものである。

本発明でいう「加工装置」とは、樹脂を加熱溶融加工成
形する装置及び樹脂を加熱溶融加工成形する前工程に使
用する加工装置をいう。上記の「樹脂を加熱溶融加工成
形する装置」とは、例えば、加熱溶融押出加工成形機（
以下「押出機」と称す）、射出成形機、プロー成形機、
カレンダー成形機、積層成形機、真空成形機、圧縮成形
機、スラッシュ成形機、及び粉末成形機等であり、中で
も、押出機、射出成形機及びカレンダー成形機が好しく
、特に押出機が好適である。

また「樹脂を加熱溶融成形する前工程で使用する加工装
置」とは、樹脂と成形助剤、副資材とを混合しさらに、
粉砕する加工装置で、例えばニダー、バンバリーミキサ
−、ヘンシェルミキサー及び造粒機等である。

また本発明でいう「部分（Ａ）」とは、前記加工装置に
おいて、樹脂と実質的に接触し、且つ樹脂を加熱する機
能を有する部分であって、例えば、押出機、射出成形機
及びブロー成形機においては、シリンダー内面部、スク
リュー　スクリーン、ブレーカ−プレート、アダプター
　ダイス及び金型等であり、本発明においては、シリン
ダー内面部、スクリュー　ダイス及び金型に好適であり
、特にダイスに好適である。カレンダー成形機において
は、カレンダーロール表面部である。

また本発明でいう「サーメット」とは、セラミック（ｃ
ｅｒａａ＋ｉｃ）と金属（ｍｅｔａｌ）との結合紙であ
り、具体的には主にＩＶａ〜ＶＩａ族に属する元素の炭
化物、窒化物、炭窒化物及びこれらを主体とした混合物
であり、これに鉄属金属を含有しても良い。

ＩＶａ〜■ａ族に属する元素とは例えばＴｉ、Ｚｒ。

Ｌａ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷ等で
あり、中でも、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ。

ＭｏおよびＷであり、炭化物としては、例えばＴｉｃ、
ＴａＣ，ＮｂＣ，ＨｆＣ，Ｍｏ２Ｃ。

ｗｃ、ｖｃ及びＺｒＣ等があり、中でもＴｉｃが好まし
い。窒化物系としては、例えばＴ　ｉ　Ｎ。

ＨｆＮ、ＴａＮ及びＮｂＮ等があり、中でもＴｉＮが好
ましい。炭窒化物としては例えばＴ１ＣＮ及びＴａＣＮ
等があり、中でもＴ１ＣＮが好適に使用される。鉄属金
属としては、Ｎｉ。

ＣＯ及びＦｅがあり、Ｎｉ及びＣｏが好適である。

さらに、本発明でいう「セラミックス」とは、酸化物系
セラミックスと非酸化物系セラミックスとがあり、酸化
物系セラミックスが好適に使用される。酸化物系セラミ
ックスとは、例えば、アルミナ（Ａｇ２０３）、ステア
タイト（ＭｇＯ−８ｉＯ２）、フォルステライト（２Ｍ
ｇｏ・５ｉＯ２）、ジルコニア（Ｚ　ｒ　Ｏ２）　、ジ
ルコン（ＺｒＯ−８ｉＯ２）、ベリリア（Ｂｅｄ）、酸
化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ
３）、チタン酸ジルコン酸鉛系［Ｐｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ）
０３］、マンガンジンクフェライト［（Ｍｎ、Ｚｎ）Ｆ
ｅ２０４］及びこれ等を主体とした混合物等があり、中
でもＡｇ２Ｏ３、ＺｒＯ、ＴｉＯ及びＭｇＯ◆ＳｉＯ２
が好し２ く、特にＡｇ２Ｏ３が好適に使用される。

また非酸化物系セラミックスとしては、窒化珪素（Ｓｉ
３Ｎ４）、窒化アルミ（ＡρＮ）、窒素硼素（ＢＮ）、
窒化チタン（Ｔ　ｔ　Ｎ）　、炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）
　、炭化タングステン（ＷＣ）　、炭化チタン（Ｔ　ｉ
　Ｃ）　、炭化硼素（Ｂ４Ｃ）、珪化モリブデン（ＭＯ
８ｉ０２）、ランタンポライド（ＴｉＢ　　）、ジルコ
ンポライド（Ｚ　ｒ　Ｂ　２　）及びこれらを主体とし
た混合物等があり、中でもＳｉ　　Ｎ　　、ＢＮ、Ｔｉ
Ｎ、Ｔｉｃ、ＳｉＣ及び４ Ｔ　ｉＢ　２が好適に使用される。

本発明は、樹脂と実質的に接触し、且つ樹脂を加熱する
機能を有する部分（部分（Ａ））のうち少くとも１ケ所
がサーメット及び／又はセラミックスからなることを特
徴としている。該部分（Ａ）ヘサーメット及び／又はセ
ラミックスを導入する方法としては、例えば、既に焼結
成形されたサーメット及び／又はセラミックスを部分（
Ａ）へ装填する方法、さらに、サーメット及び／又はセ
ラミックスを加工装置の部分（Ａ）に被覆する方法およ
び、これらを組合せた方法等がある。

上記でいう「装填」とは、例えば、該部分（Ａ）が、ダ
イスである場合には、予め、サーメット及び／又はセラ
ミックスによって、ダイスを成形し、次いで、焼成し、
必要に応じ、表面仕上をして得られたダイスを、加工装
置に装填することである。

使用されるサーメットの組成は特に制限されるものでは
ないが、前記ＩＶａ〜Ｖ［ａ族に属する元素の炭化物、
窒化物及び炭窒化物と鉄属金属とからなるものであり、
具体的には、Ｔ　ｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ。

Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ等の元素の１種および２以上の炭化物
、窒化物及び炭窒化物が５０〜９６重量％、鉄属金属と
してＮｉおよびＣＯの１種および２種以上が４〜５０重
量％が好しい。

また上記部分（Ａ）に上記サーメット及び／又はセラミ
ックスを被覆する方法としては、従来実施されている被
覆方法を使用することができる。

該部分（Ａ）にサーメットを被覆する方法としては、例
えば、化学蒸着法［ＣＶＤ法（ｃｈｅａ＋　ｉ　ｃａ　
１ＣＶＤ法には例えば常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法及び
プラズマＣＶＤ法等があり、本発明においては減圧ＣＶ
Ｄ法が好ましい。ＰＶ’Ｄ法としては、例えば蒸着法、
スパッタリング法及びイオンブレーティング広等があり
、中でもイオンブレーティング法が好ましい。

また、該部分（Ａ）にセラミックスを被覆する方法とし
ては、例えば溶射法、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法等がある。

溶射法には、ガス溶射法および電気式溶射法等があり、
ガス式溶射法としては、フレーム溶射法、すなわち溶線
式溶射法、溶線式溶射法、粉末式溶射法、と爆発溶射法
等がある。電気式溶射法にはアーク溶射法、プラズマ溶
射法すなわちプラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、減圧
溶射法及び線爆溶射法とがあり、中でもプラズマ溶射法
が好ましい。

また本発明において該部分（Ａ）にサーメット及び／又
はセラミックスを被覆する際、その被覆層は単層、２層
および２層以上とすることができ、−船釣には、２層及
びそれ以上の層を被覆することが好しい。単層被覆の際
、使用する被覆材としては、例えばＴｉｃ、ＴｉＮ、、
Ｔ１ＣＮ、ＨｆＮ。

Ａｇ２Ｏ３及びＴａＮ等があり、２層被覆の際、使用す
る被覆材としては、例えばＴｉＣ／Ｔｉ３゜ＴｉＣ／Ｔ
１ＣＮ及びＴ　ｉＣ／　Ａ　Ｄ　２０　ａ等があり、２
層以上被覆の例としては、ＴｉＣ／Ｔ１ＣＮ／ＴｉＮ、
Ｔｉｃ／Ａｌ７２０３／ＴｉＮ、Ｔｉｃ／Ｔｉ　（Ｃ，
Ｏ）／Ａ１０　　、ＴｉＣ／Ｔｉ３ （Ｂ、Ｎ）／１２０３及びＴｉｃ／ＡＲＯＮ／Ａｌ２Ｏ
３等がある。

本発明によって製造された加工装置は優れた耐蝕性及び
耐摩耗性があり、業界に寄与する所、極めて大である。

以下、実施例により、さらに詳細に説明する。

実施例１〜２、及び比較例１［ダイスの調製およびその
評価］ 表−ＩＮｏ、１に示した組成の原料を配合し、粉砕混合
し、更にバインダーを添加したサーメットのパウダーを
加圧成形したものを１０−２〜１０−３ｍ■ｌ１ｇ程度
の真空中１３・００〜１０００℃の焼成温度にて０．５
〜１時間程度保持して焼成し、呼び径２５ｍｍφパイプ
製造用ダイスを得た。

次いで、樹脂と実質的に接触する表面部分（以後「ダイ
ス表面部」と表現する）をダイヤモンドホイール等を用
いて研磨し、ＪＩＳ　　ＢＯ６０１に現定する“表面あ
らさ”を０．０１　Ｓに仕上げた。

４０間φ押出機（サーモプラスチック（株）製）に該パ
イプダイスを取り付け、塩素化塩化ビニルコンパウンド
を用いてダイス温度１９０〜２００℃、ダイス部樹脂温
度１８０〜２１０℃にて１年間、断続的にパイプ成形を
行った（この間の平均運転時間は６　ｈｒ／日であった
。）。その後「ダイス表面部」の腐蝕状況及び摩耗の変
化を評価した。

この結果を表−２に示す。

さらに実施例１におけるサーメツト製ダイスの代りにア
ルミナセラミック製ダイスを用いる以外は実施例１と同
様の条件にてパイプ成形を断続的に行い、その後「ダイ
ス表面部」の腐蝕状況及び摩耗の変化を評価した。この
結果を表−２に示す。

また、比較対照のため、基材が機械構造用炭素ｆｖ４ｓ
−４５Ｃからなり、「ダイス表面部」が硬質クロムメツ
キ（厚さ２０μ）され“表面あらさ゛がｏ、ｏｉｓであ
ること以外は実施例１と全く同様のダイスを用い又同様
の方法にてパイプ成形を行った後「ダイス表面部」の腐
蝕状況及び摩耗の変化を評価した。

この結果を表−２に示す。

実施例３．比較例２［プレス板の調製およびその評価］ ステンレス鋼の部分と表−１，Ｎａ２に示す組成のサー
メットの部分を均等にもっ″表面あらさ。

が共にｏ、ｏｔｓに仕上げられたプレス加工用プレス板
（厚さ５ｍｍ）を２枚試作した（第１図参照）。

一方、厚さ約２　ｍｍに積層した塩化ビニル樹脂板を準
備した。これを第２図の様に上記プレス板に挾みプレス
機（東洋精機（株）製）を用い２５０℃Ｘ　１００ｋｇ
／ｃＪＸ　６０分の条件にて塩化ビニル樹脂板がほとん
ど分解する迄加熱を続け、常温に冷却後除圧して１週間
自然放置し、樹脂の熱分解によって生じる塩化物とその
後の吸湿による腐蝕試験を行った。その結果を表−３に
示した。ｉ＋“ 実施例４及び比較例３［シリンダ、スクリューの調製お
よびその評価］ ４０ｍｍφ押出機において、窒化鋼処理されたシリンダ
ーを用い該シリンダー内壁の吐出側先端部に図−３のよ
うに表面研磨されたサーメット（組成公表−１，Ｎ（Ｌ
Ｊ’）を組み込み、サーメット部分と窒化鋼部分が均等
に樹脂を接触するような構造にした。

一方、スクリューは吐出側先端部付近に図−４に示すよ
うに機械構造用炭素鋼３４５Ｃを基材とし、硬質クロム
メツキ（２５μ）を行ったリングとサーメット（２５μ
）を被覆したリングを交互に組合せてセットした。この
ように準備された押出機を用い、シリンダー温度３００
〜４００℃にてガラス繊維入り四フッ化エチレン共重合
樹脂の伸出試験を３〜８時間／日で８ケ月間行った。そ
の後シリンダー内壁部及びスクリュー先端にセットした
試験リングの腐蝕状況及び摩耗の程度を評価した。

この結果を表−４に示す。即ちシリンダー先端内壁部に
ついては窒化鋼部分に深さ１０〜５０μの腐蝕凹みが多
数生じ粗面に変化したのに対しサーメット部分は鏡面状
態が完全に保持されており、肉眼では全く変化が認めら
れなかった。

一方、スクリュー先端部にセットされたリング表面のう
ち、硬質クロームメツキ部分は大半が摩耗し、地金部分
が露出しており、激しい摩耗を生じているのに対し、サ
ーメット部分は鏡面状態が完全に（♀持されいおり肉眼
では全く変化が認められなかった。

即ち、本実施例で用いたサーメットはフッソ系樹脂の押
出成形機用のシリンダー、スクリュー等の表面材質とし
て、在来品に比較し、顕著な耐腐蝕性及び耐摩粍性を示
すことが明らかになった。

実施例５及び比較例４［射出成形ノズルの調製およびそ
の評価コ １５０１射出成形機（東芝機械製）に於いて、第５図の
如くサーメット（組成分二表−１，Ｎｏ、／）製ノズル
を使用し、シリンダー温度１９０〜２８０℃、射出圧力
１０００ｋｇ／ｃｄＪ：テ＋イロン（東し製ナイロン　
ＣＭＩ　０１７）の射出成形を約１５０　ｃｃ／ショッ
トにて５００ショット行った。

その後連続して着色されたＰＰ（三菱ガス化学製）を用
いシリンダー温度、１７０〜２２０’Ｃに徐々に下げな
がら射出成形を続けた。成形品に着色さ４ｆ１゛ れたＰＰが混入し初めてから完全に着色ＰＰの色に切替
るまでのショツト数を測定し、その後ノズルを取りはず
し、滞留している樹脂のノズル内面からのはく離性を判
定した。

また比較対照例として、上記実施例に於いてサーメツト
製ノズルを使用する代りに機械構造用炭素鋼Ｓ−４５Ｃ
を基材とし、ノズル内面（樹脂流路）に厚さ２５μの硬
質クロムメツキを施したノズルを用いる以外は実施例５
と同様にして射出成形を行い、成形品が完全に着色ＰＰ
に切替るまでのショツト数の測定を行い、その後ノズル
を取りはずし滞留している樹脂のノズル内面からのはく
離性を肉眼で判定した。この結果を表−５に示す。

表−５ 実施例６〜７及び比較例５［ブレーカ−プレートの調製
及びその評価］ 金型鋼（日立金属製　ＮＡＫ−８０）を用いて図−６に
示す押出機用ブレーカ−プレートを作成した。次いで該
ブレーカ−プレート表面に真空蒸着法にて厚さ２μのＴ
ｉＮ　（窒化チタン）の被膜を形成させた。

これを４０ｕ＋ｍφ押出機のアダプタ一部に装着し、さ
らに成形用ダイスを取り付け、塩素化塩化ビニルコンパ
ウンドを用いてアダプタ一部分１９０℃〜２１０℃、ダ
イス部分１９０℃〜２１０℃にて８時間の押出試験を行
った。試験後、樹脂の付着したブレーカ−プレートを電
熱ヒーター上にて焼き樹脂を取り除いてブレーカ−プレ
ートに於ける樹脂との接触部分（表面及び大部分の壁面
）の腐蝕状況及び摩耗の変化を評価した。この結果を表
−６に示す。

さらに、金型鋼を用いてプレーカープレートを作成する
際、該ブレーカ−プレート表面に真空蒸着法にて厚さ１
．５μのＴｉＮ　（窒化チタン）の被膜を形成させ、さ
らにその上に同様の方法で１．５μのＴｉＣ（炭化チタ
ン）の被膜を形成させる以外は実施例６と同様にして試
験と、腐蝕状況及び摩耗の変化の評価を行った。

また比較対照例として、ＴｉＮの被膜を形成させる前の
金型鋼（ＮＡＫ−８０）製ブレーカーブレートをそのま
ま用いた。それ以外は実施例６と同様にして、試験後の
ブレーカ−プレートに於ける腐蝕状況及び摩耗の変化を
評価した。この結果を表−６に示す。

以上の結果より、本発明による樹脂成形機は、従来の樹
脂成形機に比較して、耐蝕性及び耐摩耗性が顕著に優れ
ており、特に腐蝕性ガスの発生し易い塩素化塩化ビニル
樹脂やフッ素含有樹脂等の成形機として用いる場合その
耐久性を著しく伸ばし、かつ成形品の金型として用いる
場合は成形品の精度、外観など品質に与える効果が大き
いことが判る。即ち、従来の技術に比べて、より優れた
品質の成形品を長期間にわたり安定して製造することが
本発明により可能になったことが理解でき第１〜６図は
本発明による加工装置の概略図を示しており、第１図は
プレス板、第２図はプレス方法、第３１Ｊはダイス、第
４図はスクリュー及びシリンダー、第５図は射出成形お
よびノズルおよび第６図はプレーカープレートをそれぞ
れ示している。

ここで第３図において、（３−Ａ）はダイスの正面図、
（３−Ｂ）は側面図、第４において、（４−Ａ）はスク
リューの正面図、（４−Ｂ）および（４−Ｃ）は側面図
、第５図においては、（５−Ａ）は射出成形機の正面図
、（５−Ｂ）および（５−Ｃ）はノズルさらに第６図に
おいて、（６−Ａ）はブレーカ−プレートの正面図、（
６−Ｂ）は側面図、（６−Ｃ）は（６−Ｂ）の拡大図を
それぞれ示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、樹脂と実質的に接触し、且つ樹脂を加熱する機能を
   有する部分（Ａ）のうち少くとも１ケ所がサーメット及
   び／又はセラミックスからなることを特徴とする樹脂の
   加熱溶融加工装置。 ２、該加熱溶融加工装置が加熱溶融押出加工機である特
   許請求の範囲第１項記載の樹脂の加熱溶融加工装置。 ３、該部分（Ａ）がダイスである特許請求の範囲第１項
   記載の樹脂の加熱溶融加工装置。４、該サーメットが、
   窒化物系サーメットである特許請求の範囲第１項記載の
   樹脂の加熱溶融加工装置。 ５、該セラミックスがアルミナである特許請求の範囲第
   １項記載の樹脂の加熱溶融加工装置。 ６、該樹脂が、塩素化塩化ビニル樹脂である特許請求の
   範囲第１項記載の樹脂の加熱溶融加工装置。