JPH06198756A - 合成樹脂発泡体の製造装置 - Google Patents

合成樹脂発泡体の製造装置

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JPH06198756A
JPH06198756A JP5017947A JP1794793A JPH06198756A JP H06198756 A JPH06198756 A JP H06198756A JP 5017947 A JP5017947 A JP 5017947A JP 1794793 A JP1794793 A JP 1794793A JP H06198756 A JPH06198756 A JP H06198756A
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Takuma Takai
拓眞 高井
Mutsumi Wada
睦 和田
Kaneharu Suga
兼春 菅
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 押出機内へのガス状発泡剤の注入量を常時一
定にすることが可能で、高発泡度を安定して得ることの
できる合成樹脂発泡体の製造装置を提供する。 【構成】 ガス状発泡剤を押出機1内に注入する注入ノ
ズル6を設ける。注入ノズル6の出口側圧力と、注入ノ
ズル6の入口側圧力の比に相当するノズル出入口圧力比
が、臨界圧力比よりも大きくなるように注入ノズル孔径
を設定する。注入ノズル6に一定流量のガス状発泡剤を
流す流量調整弁11を設ける。流量調整弁11から注入ノズ
ル6の間の温度を制御する温度制御手段18を設けて、出
口側圧力の変動に対してノズルでのガス流量が一定とな
るようにノズル入口側圧力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は合成樹脂発泡体の製造装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】押出機内で合成樹脂を溶融させ、その合
成樹脂に、押出機外部から、ガス状発泡剤───高発泡
度用のN2 ガスやCO2 ガス等───を注入・含有させ
て、押出機から押出し、物理発泡させて合成樹脂発泡体
を製造する装置が知られている。
【0003】ところで、このガス状発泡剤の注入量が常
時一定でないと、合成樹脂発泡体の発泡度が不安定とな
り、良質の合成樹脂発泡体を安定して製造することがで
きないため、従来、流量調整弁要素を注入ノズルそのも
のとして押出機に設け、注入ノズルの下流側圧力P
2 (即ち押出機内の圧力)と、該注入ノズルの上流側圧
力P1 の比P2 /P1 を、臨界圧力比以下となるように
設定して、注入ノズルから押出機内へのガス状発泡剤の
注入量(流量)を一定にしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実用上の製造
速度等から、注入ノズルの孔径が10μm以下でないと、
上記圧力比P2 /P1 が臨界圧力比以下の状態を得られ
ない場合があり、このような微小孔径の注入ノズルは、
製作が困難であり、かつ、注入ノズルの孔づまり除去な
どのメンテナンスが至難であった。
【0005】そこで本発明は、注入ノズルの孔径が10μ
m以下程度の微細径でないと臨界圧力比以下の状態を得
られないような場合において、ノズル出入口圧力比P/
0を臨界圧力比Sよりも大きくしても(すなわち注入
ノズル孔径Dを微細孔としなくても)、押出機内へのガ
ス状発泡剤の注入量を常時一定にすることが可能で、高
発泡度を安定して得ることのできる合成樹脂発泡体の製
造装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ガス状発泡剤を押出機内に注入する注入
ノズルを設け、該注入ノズルの出口側圧力と、該注入ノ
ズルの入口側圧力の比に相当するノズル出入口圧力比
が、臨界圧力比よりも大きくなるように注入ノズル孔径
を設定し、上記注入ノズルに一定流量の上記ガス状発泡
剤を流す流量調整弁を設けると共に、該流量調整弁出口
から上記注入ノズルの間の温度を制御して、上記出口側
圧力の変動に対して上記ノズルでのガス流量が一定とな
るようにノズル入口側圧力を制御する温度制御手段を設
けたものである。
【0007】
【作用】ガス状発泡剤は、流量調整弁によって一定流量
に調整されて注入ノズルに送られるが、ノズル出入口圧
力比が臨界圧力比よりも大きくなるように設定されてい
るため、出口側圧力が変動すると、それに伴って注入ノ
ズルから押出機内に注入されるガス状発泡剤の注入量
(流量)も変動しようとする。
【0008】その場合、温度制御手段が、出口側圧力の
変動に対して、ノズル出入口圧力比が一定となるような
ノズル入口側圧力を算出し、その入口側圧力となるよう
に、流量調整弁から注入ノズルの間の温度を制御する。
これにより、注入ノズルから押出機内へのガス状発泡剤
の注入量を、常時一定に保つことができる。
【0009】
【実施例】以下実施例を示す図面に基づいて本発明を詳
説する。
【0010】図1は本発明に係る合成樹脂発泡体の製造
装置の一例であり、この装置は押出機1を備え、図例で
はケーブル等の長尺体7を被覆するための押出機1を例
示している。
【0011】押出機1は、ホッパ2,シリンダ3,スク
リュー4及びクロスヘッド5を備えている。シリンダ3
には、N2 ガスやCO2 ガス等のガス状発泡剤をシリン
ダ3内へ注入する注入ノズル6が設けられる。
【0012】しかして、合成樹脂は、ホッパ2からシリ
ンダ3内に供給され、加熱溶融されつつスクリュー4に
てクロスヘッド5に送られる。
【0013】このとき同時に、注入ノズル6よりガス状
発泡剤をシリンダ3内に注入(圧入)して、溶融した合
成樹脂に含有させ、その発泡剤含有の溶融合成樹脂をク
ロスヘッド5から押出して物理発泡させ、合成樹脂発泡
体が製造される。
【0014】図例では、クロスヘッド5内を通る長尺体
7に、合成樹脂発泡体が押出被覆され被覆長尺体8が形
成される。
【0015】一方、図1と図2に示すように、逆止弁9
を有する注入ノズル6は、第1配管10,流量調整弁11,
第2配管12,フィルタ13,及び第3配管14を介して、高
圧ガス発生機15と連通連結される。
【0016】この高圧ガス発生機15からは、注入ノズル
6の出口側圧力P(即ちシリンダ3内の圧力)よりも十
分に高い圧力のガス状発泡剤が供給される。
【0017】第1配管10には、注入ノズル6の内部6a
の入口側圧力P0 を検出する入口側圧力検出器16が付設
され、シリンダ3には、注入ノズル6の出口側圧力Pを
検出する出口側圧力検出器17が付設される。
【0018】また、押出機1には、スクリュー4の回転
数を検出する回転検出器21が付設される。
【0019】図1と図3に於て、18は温度制御手段で、
温度調整可能な油等の熱媒22を用いて流量調整弁11から
注入ノズル6の間の温度を制御できる。即ち、注入ノズ
ル6の内部6a(図2参照)の入口側温度T0 を制御す
ることができる。19は流量調整弁11から注入ノズル6の
間の温度を検出する温度検出器である。
【0020】温度制御手段18は比較演算制御器20を有
し、圧力検出器16,17及び温度検出器19等にて検出され
たデータ(圧力・温度等)に基づいて、比較演算制御器
20にて所定の比較演算をし、その結果(温度指示)に従
って熱媒22の温度を調整し、流量調整弁11から注入ノズ
ル6の間の温度を制御する。
【0021】流量調整弁11から注入ノズル6に流すガス
状発泡剤の流量は、流量設定器23によって設定され、常
時一定流量となるように比較演算制御器20によって流量
調整弁11が制御される。
【0022】また、基準となる入口側圧力P0 や入口側
温度T0 等は、圧力・温度設定器24によって設定され
る。
【0023】そして、図1と図2に示すように、注入ノ
ズル6の注入ノズル孔径Dは、出口側圧力Pと、入口側
圧力P0 の比P/P0 (以下これをノズル出入口圧力比
P/P0 という)が、臨界圧力比Sよりも大きくなるよ
うに設定される。
【0024】このノズル出入口圧力比P/P0 が臨界圧
力比Sよりも大きければ、注入ノズル6からシリンダ3
内に注入されるガス状発泡剤の注入量(流量)Gは、入
口側圧力P0 ,出口側圧力P及び入口側温度T0 等によ
って定まる。
【0025】具体的には、臨界圧力比Sは、先細の注入
ノズル6の流量特性から、等エントロピー流とすると、
数式(1) で表される。
【0026】
【数1】
【0027】ここで、κは定圧比熱/定容比熱であり、
例えば、N2 ガスの場合、κは約1.4 であり、臨界圧力
比Sは約0.53となる。
【0028】また、注入量Gは、数式(2) で与えられ
る。ここで、Aは注入ノズル6の断面積、gは重力加速
度、v0 は注入ノズル6の入口側での比体積である。
【0029】
【数2】
【0030】この数式(2) の注入量Gは、数式(3) 及び
数式(4) から、数式(5) となる。ここで、数式(4) のR
はガス定数である。
【0031】
【数3】
【0032】
【数4】
【0033】
【数5】
【0034】この数式(3) のψと、ノズル出入口圧力比
P/P0 の関係を図4に示す。
【0035】図4から明らかなように、ノズル出入口圧
力比P/P0 が臨界圧力比Sより大きい範囲では、出口
側圧力Pの変化に伴ってψ(即ち注入量G)が変化す
る。
【0036】ここで、入口側温度T0 を変化させる事に
よって、流量調整弁で流量一定とされたガス圧を変化さ
せる事で、等エントロピー流れではなくなるが、ノズル
注入量Gを一定に保つ事が出来る。
【0037】つまり、上記数式(3),(5) から、出口側圧
力Pの変動に対して、ノズル出入口圧力比P/P0 が一
定になる方向に、出口側圧力Pの変化に応じて入口側圧
力P0 を変化させてやれば、ψの増減分とP0 の増減分
は逆の傾向を示す。
【0038】又、この入口側圧力P0 を、入口側温度T
0 を変化させることによって制御すれば(数式(4) 参
照)、上記数式(5) から、ψの増減分と、下記数式(6)
の値の増減分が、打消し合い、注入量Gを一定にできる
0 ,T0 が存在することがわかる。勿論P0 とT0
は比例関係に有る。
【0039】
【数6】
【0040】このように、ノズル出入口圧力比P/P0
が臨界圧力比Sより大きい場合においては、出口側圧力
Pの変動に対して、ノズルでのガス流量が一定となるよ
うにノズル入口圧力P0 を入口側温度T0 で制御すれ
ば、注入量Gを常時一定にすることができる。
【0041】しかして、図1,図2及び図3に示すよう
に、高圧ガス発生機15から供給されたガス状発泡剤は、
第3配管14, フィルタ13及び第2配管12を通り、流量調
整弁11によって一定流量に調整され、第1配管10を通じ
て、注入ノズル6に送られる。
【0042】このとき、ノズル出入口圧力比P/P0
臨界圧力比Sよりも大きくなるように設定されているた
め、出口側圧力Pが変動すると、それに伴って注入ノズ
ル6からシリンダ3内に注入されるガス状発泡剤の注入
量Gも変動しようとする。
【0043】ところが、比較演算制御器20が、出口側圧
力Pの変動に対して、注入量Gが一定となるような入口
側圧力P0 を算出し、その入口側圧力P0 となるように
入口側温度T0 を、熱媒22の温度調整により制御するの
で、注入ノズル6からシリンダ3内への注入量Gを、常
時一定に保つことができる。
【0044】例えば、ガス状発泡剤としてN2 ガスを用
いた場合において、注入量Gが2Nリットル/min、注入ノズ
ル孔径が0.03mm、ノズル出入口圧力比P/P0 が0.60
(臨界圧力比Sは0.53)の時に、出口側圧力Pが159kg/
cm2 から173kg/cm2 に変動すると、入口側温度T0 を30
℃から41℃にすることで、上記注入量Gを一定に制御で
きる。この時ノズル出入口圧力比P/P0 ≒0.63とな
る。
【0045】さらに、N2 ガスで、注入量Gが 0.5Nリッ
トル/min、注入ノズル孔径が0.02mm、ノズル出入口圧力比
P/P0 が0.60(臨界圧力比Sは0.53)の時に、出口側
圧力Pが90kg/cm2 から98kg/cm2 に変動すると、入口
側温度T0 を30℃から41℃にすることで、上記注入量G
を一定に制御できる。この時ノズル出入口圧力比P/P
0 ≒0.64となる。
【0046】
【発明の効果】本発明は上述の如く構成されているの
で、次に記載するような著大な効果を奏する。
【0047】注入ノズル孔径Dが10μm以下でないと、
ノズル出入口圧力比P/P0 が臨界圧力比S以下の状態
を得られない場合において、ノズル出入口圧力比P/P
0 を臨界圧力比Sよりも大きくし、注入ノズル孔径Dを
10μmよりも大きくして、注入ノズル6から押出機1内
に注入されるガス状発泡剤の注入量(流量)Gを、確実
に、常時一定に保つことができる。
【0048】従って、発泡度が安定して得られ、良質の
合成樹脂発泡体を製造することができる。しかも、注入
ノズル6の製作が容易となり、注入ノズル6の孔づまり
除去などのメンテナンスが容易に行える。
【0049】本発明は、特に、N2 ガスやCO2 ガス等
のガス状発泡剤を用いた高発泡度のものに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す全体簡略構成図であ
る。
【図2】注入ノズルの要部断面図である。
【図3】ブロック図である。
【図4】ψとP/P0 の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1 押出機 6 注入ノズル 11 流量調整弁 18 温度制御手段 P0 入口側圧力 P 出口側圧力 S 臨界圧力比 D 注入ノズル孔径
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年2月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0026
【補正方法】変更
【補正内容】
【0026】
【数1】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス状発泡剤を押出機内に注入する注入
    ノズルを設け、該注入ノズルの出口側圧力と、該注入ノ
    ズルの入口側圧力の比に相当するノズル出入口圧力比
    が、臨界圧力比よりも大きくなるように注入ノズル孔径
    を設定し、上記注入ノズルに一定流量の上記ガス状発泡
    剤を流す流量調整弁を設けると共に、該流量調整弁から
    上記注入ノズルの間の温度を制御して、上記出口側圧力
    の変動に対して上記ノズルでのガス流量が一定となるよ
    うにノズル入口側圧力を制御する温度制御手段を設けた
    ことを特徴とする合成樹脂発泡体の製造装置。
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