JPH09136322A - 熱可塑性樹脂の造粒方法および造粒装置 - Google Patents

熱可塑性樹脂の造粒方法および造粒装置

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JPH09136322A JP7296679A JP29667995A JPH09136322A JP H09136322 A JPH09136322 A JP H09136322A JP 7296679 A JP7296679 A JP 7296679A JP 29667995 A JP29667995 A JP 29667995A JP H09136322 A JPH09136322 A JP H09136322A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は熱可塑性樹脂のスクリュ式混練押出
機および造粒装置による造粒に関するものであり、広範
囲に粘度の変化する樹脂材料を連続的に造粒可能にする
ことを課題とするものである。 【解決手段】 本発明においては、スクリュ式混練押出
機(1)の先端部に設けられた少なくとも２組の高粘度用
および低粘度用造粒装置(11、12)から樹脂材料の粘度に
応じて選択された造粒装置(11、12)により、熱可塑性樹
脂材料が造粒される構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スクリュ式混練押
出機および造粒装置により、熱可塑性樹脂材料を連続的
に造粒する方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、重合装置で重合された熱可塑性
樹脂材料を大量（１０００ｋｇ／Ｈｒ以上）に造粒する
ために、一般に、それぞれ１組のスクリュ式混練押出機
と造粒装置とが組合わされて使用されている。スクリュ
式混練押出機は、シリンダ内で単軸あるいは二軸のスク
リュが回転駆動され、必要に応じて先端部にギアポンプ
が連結されて押出機能が強化されている。造粒装置は、
略円板状であり、板を板厚方向に貫通する多数のノズル
が板面に対し円環状に分布して形成され、スクリュ式混
練押出機の先端面に設けられたダイスと、ダイスの外表
面（押出平面）に沿って移動駆動されるカッタ装置とで
構成される水中造粒装置あるいは空中造粒装置が用いら
れている。このように構成されたスクリュ式混練押出機
および造粒装置において、重合装置から連続的に供給さ
れるパウダー状の熱可塑性樹脂材料は、スクリュ式混練
押出機により混練溶融され、ダイスのノズルから細紐状
に押し出され、カッタ装置により小片に切断され、冷却
水により冷却固化されて粒状のペレットとなる。また、
熱可塑性樹脂の造粒は、装置および機器の簡素化および
効率化のために、重合装置とスクリュ式混練押出機とが
１：１に直接連結されて行われる場合があり、重合装置
で重合された樹脂材料がスクリュ式混練押出機へ直接供
給され、造粒装置によりペレットとして製品化されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の造粒装置は以上
のように構成されていたため、つぎのような課題が存在
していた。すなわち、重合装置から供給される熱可塑性
樹脂材料の物性すなわち粘度が大きく変化した場合、あ
るいは供給量が大きく変化した場合に、１種類のダイス
では正常な造粒が行われず、ペレットが曲玉となった
り、板状となったり、カール状あるいは糸状のものが付
いたり、連珠状になったりして不良製品となっていた。
一般に、ダイスとカッター装置とで構成される造粒装置
は、スクリュ式混練押出機の最大処理能力に対応可能な
ように設計されている。すなわち、重合装置から供給さ
れる樹脂材料が高粘度から低粘度に広範囲に変化する場
合、スクリュ式混練押出機のエネルギー消費量の大きい
高粘度の樹脂材料を正常に造粒可能なように造粒装置の
仕様が決定されている。高粘度樹脂材料の場合、ダイス
のノズルを流動して押し出される際の圧力損失が相対的
に大きいことから、この圧力損失を小さくするために、
ノズルの箇数を多くしてノズル内の流速を低くされる。
低粘度樹脂材料の場合、ダイスのノズルを流動して押し
出される際の圧力損失が相対的に小さいことから、ダイ
ス内部の樹脂材料圧力が低く、腰の弱い細紐状で押し出
されることにより、カッターによる切断が困難となりペ
レットが不良製品となるため、この対応策としてノズル
の箇数を少なくしてノズル内の流速を高くされる。この
ようなダイスの差異および樹脂材料の押し出し流速の差
異に対応して、カッター装置のカッターの箇数あるいは
カッターの回転速度（移動速度）が異なる。すなわち、
高粘度樹脂材料の場合は、多数のノズルから遅い速度で
押し出される樹脂材料を切断するために、カッターの箇
数が少なく回転速度が高い。低粘度樹脂材料の場合は、
小数のノズルから速い速度で押し出される樹脂材料を切
断するために、カッターの箇数が多く回転速度が低い。
熱可塑性樹脂の生産は、一系列の重合装置により重合条
件を変更して粘度の異なる樹脂材料が得られるように行
われている。すなわち、粘度範囲の異なる数種類の樹脂
材料が順次あるいは交互に生産される。あるいは、需要
の変化から減産を強いられる場合がある。しかしなが
ら、いずれの場合においても重合装置が一時的にせよ停
止されることはなく、重合条件を変更して連続稼働され
る。このような重合装置に直結されたスクリュ式混練押
出機および造粒装置は、重合装置から供給される樹脂材
料の粘度の変化あるいは供給量の変化に対応して常時正
常な造粒を行い、形状不良の無いペレットを生産しなけ
ればならない。供給条件の変化に対して、スクリュ式混
練押出機はスクリュの回転数あるいはシリンダの温度条
件を変更することにより対応可能であるが、造粒装置に
ついてはカッターの回転速度を変更すること等により、
ある程度の変化の範囲では追従できるが、広範囲の変化
には１装置では対応できない。従って、適用粘度範囲の
異なる造粒装置を準備し、造粒装置を交換することが考
えられるが、この交換にはスクリュ式混練押出機を一時
停止しなければならない。しかしながら、重合装置と直
結されたスクリュ式混練押出機の場合、連続稼働される
重合装置に対して停止可能な時間は短く、造粒装置の交
換が行える程度の時間ではない。止むを得ず造粒装置の
交換を行う場合は、重合装置を減産稼働させて重合され
た樹脂材料を外部へ排出する（廃棄物とされる場合があ
る）ことが行われる。
【０００４】本発明は以上のような課題を解決するため
になされたものであり、粘度が広範囲に変更されて生産
される熱可塑性樹脂材料に対応して造粒することが可能
であり、装置の一部を停止することなく、また、大量の
樹脂材料を外部へ排出するあるいは廃棄物とすることな
く、連続的に運転可能な熱可塑性樹脂の造粒方法および
造粒装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による熱可塑性樹
脂材料が、スクリュ式混練押出機で混練溶融され、ダイ
スから複数の細紐状に押し出され、カッター装置により
小片に切断されるとともに冷却固化される熱可塑性樹脂
の造粒方法において、前記スクリュ式混練押出機の先端
部に設けられた少なくとも２組の高粘度用および低粘度
用の前記ダイスおよびカッター装置のなかから樹脂材料
の粘度に応じて選択されたダイスおよびカッター装置に
より造粒する方法である。
【０００６】さらに詳細には、前記スクリュ式混練押出
機の運転中に一組の前記ダイスおよびカッター装置から
他組の前記ダイスおよびカッター装置へ切り換えられる
方法である。
【０００７】熱可塑性樹脂の造粒装置は、熱可塑性樹脂
材料を混練溶融するスクリュ式混練押出機の先端部に連
結され、溶融状態の樹脂材料を複数の細紐状に成形する
ダイスと、該ダイスの押出平面に沿って移動駆動させる
カッターにより細紐状の樹脂材料を小片に切断するとと
もに冷却固化するカッター装置と、で構成される熱可塑
性樹脂の造粒装置において、前記スクリュ式混練押出機
の先端部に少なくとも２箇所の流出孔を形成されるとと
もに切換弁を備えられたダイホルダが設けられ、それぞ
れの前記流出孔に異なる粘度範囲に適応する前記ダイス
およびカッター装置が接続されている構成である。
【０００８】さらに詳細には、前記ダイスおよびカッタ
ー装置の少なくとも１組は、前記ダイスが押出平面を上
方に向けて水平に配置されている構成である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
熱可塑性樹脂の造粒方法および造粒装置の好適な実施の
形態について詳細に説明する。図１は本発明による熱可
塑性樹脂の造粒装置の実施の形態における要部構成を示
す平面断面図であり、図２は図１の矢印II−II断面図で
あり、図３は切換弁ロッドの斜視図であり、図４は図１
の応用例を示す平面断面図であり、図５は他の実施の形
態における図２に対応する断面図である。図において、
符号１で示されるものは二軸スクリュ式混練押出機であ
り、該スクリュ式混練押出機１は、シリンダ２の内孔２
ａに２本のスクリュ３が図示されない駆動装置により噛
み合い同方向回転駆動可能に挿入されている。前記シリ
ンダ２の先端面２ｂには図１ではギアポンプ４が連結さ
れ、該ギアポンプ４の吸入口が４ａが前記シリンダ２の
内孔２ａに連通している。前記ギアポンプ４の吐出口４
ｂ側にはダイホルダ５が連結されている。なお、図４に
示されるようにギアポンプ４が設けられない場合もあ
る。該ダイホルダ５には、１箇所の流入口５ａおよび２
箇所の円環状の流出口５ｂが側面に開口する略Ｔ字状の
流路５ｃが形成され、該流路５ｃのＴ字状の合流点に流
路５ｃと交差する方向に第１貫通孔５ｄが形成されてい
る。また、前記流入口５ａと貫通孔５ｄとの間の流路５
ｃには、流路５ｃに交差して第２貫通孔５ｅが形成され
ている。前記第１貫通孔５ｄには切換弁ロッド６、第２
貫通孔５ｅにはスクリーン７ａを装着されたスクリーン
チェンジャ７が、それぞれ貫通孔の軸方向に液密状態で
摺動可能に挿入されている。なお、前記ギアポンプ４お
よび前記ダイホルダ５は付属機器として前記スクリュ式
混練押出機１を構成している。前記切換弁ロッド６は図
３に示されるように構成されている。すなわち、円柱状
の前記切換弁ロッド６には、前記ダイホルダ５の流路５
ｃを図１の左側（後述の低粘度樹脂材料用造粒装置１１
方向）へ連通する第１切欠６ａ、同じく右側（後述の高
粘度樹脂材料用造粒装置１２方向）へ連通する第２切欠
６ｂ、両側へ同時に連通する第３切欠６ｃおよび外部へ
連通する排出口６ｄが形成されている。また、一端には
軸方向に延びる駆動軸６ｅが設けられ、該駆動軸６ｅの
端部には軸方向の往復駆動装置６ｆが連結されている。
【００１０】前記ダイホルダ５の２箇所の流出口５ｂに
は、それぞれダイス１３、１４および水中造粒装置用の
カッター装置１５、１６で構成されるそれぞれ１組、計
２組の造粒装置１１、１２が連結されている。２組のう
ち一方、例えば図１、２、４において左側に位置する造
粒装置１１は低粘度樹脂材料用であり、他方すなわち右
側に位置する造粒装置１２は高粘度樹脂材料用である。
前記ダイス１３、１４は略円板状であり、板の厚み方向
に貫通する複数のノズル１３ａ、１４ａが形成され、該
ノズル１３ａ、１４ａは略円板状の中心のまわりに円環
状に配列されている。このようなダイス１３、１４の一
方の面（裏面）は、円環状に配列されたノズル１３ａ、
１４ａが、同様に円環状に開口された前記流出口５ｂに
連通するように前記ダイホルダ５に連結されている。前
記ダイス１３、１４の他方の面（表面）には、カッター
装置１５、１６が連結されている。該カッター装置１
５、１６は、冷却水が流動するとともにカッター装置１
５、１６を前記ダイス１３、１４へ連結する水室１５
ａ、１６ａ、前記ダイス１３、１４の表面のノズル１３
ａ、１４ａ位置に沿って回転駆動される複数のカッター
１５ｂ、１６ｂ、該カッター１５ｂ、１６ｂを保持する
とともに回転動力を伝達するカッター軸１５ｃ、１６ｃ
および該カッター軸１５ｃ、１６ｃを回転駆動する駆動
装置１５ｄ、１６ｄにより構成されている。このように
構成される造粒装置１１、１２において低粘度樹脂材料
用造粒装置１１は、ダイス１３のノズル１３ａの数が少
なく、カッター１５ａはシャープな形状のものを多数配
置して回転速度を遅くされ、高粘度樹脂材料用造粒装置
１２では、ノズル１４ａの数が多く、少数のカッター１
６ａを配置して回転速度を速く設定されている。
【００１１】以上のような構成において、実際に熱可塑
性樹脂が造粒される場合について以下に説明する。重合
装置において低粘度樹脂材料が重合され、造粒される場
合、スクリュ式混練押出機１の図示されない供給口から
供給されたパウダ状の樹脂材料は、まず、シリンダ２内
で回転駆動されるスクリュ３により混練溶融され、溶融
状態の樹脂材料は、スクリュ３の輸送作用によりシリン
ダ２の先端からギアポンプ４へ押し出される。つぎに、
ギアポンプ４で昇圧されてダイホルダ５に押し出され
る。つぎに、切換弁ロッド６の第１切欠６ａが流路５ｃ
に連通されているダイホルダ５内では、スクリーン７ａ
により濾過されて未溶融物などの異物が除去され、切換
弁ロッド６の第１切欠６ａを経て図１の左側へ流動し、
流出口５ｂから低粘度樹脂材料用造粒装置１１へ押し出
される。つぎに、造粒装置１１では、ダイス１３の多数
のノズル１３ａから冷却水が流動する水室１５ａ内へ細
紐状に押し出され、回転駆動されるカッター１５ｂによ
り小片に切断されるとともに冷却固化される。冷却固化
された樹脂材料は、流動する冷却水とともに水室１５ａ
が排出され、図示されない装置により補集され、乾燥、
選別されて粒状樹脂製品のペレットとなる。重合装置の
運転条件が変更されて高粘度樹脂材料が重合され、造粒
される場合、切換弁ロッド６の第２切欠６ｂを流路５ｃ
に連通させ、樹脂材料を図１の右側へ流動させ、高粘度
樹脂材料用造粒装置１２へ押し出させることにより上述
の場合と同様に造粒される。なお、樹脂材料の粘度が変
更される場合の変更時点において、中間的な粘度の樹脂
材料が一時期発生するが、中間粘度の樹脂材料を排除し
たい場合には切換弁ロッド６の排出口６ｄを流路５ｃに
連通させることにより、樹脂材料を造粒装置１１、１２
に押し出すことなく外部へ排出することが可能である。
上述のように造粒運転が低粘度用造粒装置１１から高粘
度用造粒装置１２へ切り換えられた場合、運転停止され
た低粘度用造粒装置１１は、ダイス１３の加熱量を造粒
中よりも少量とし、ノズル１３ａ内に外表面付近を除い
てほぼ軟化状態の樹脂材料を充満させるとともに水室１
５ａ内に冷却水を充満させた状態で維持する。このよう
な状態で維持することにより、ノズル１３ａ内および低
粘度用造粒装置１１側流路５ｃ内に充満する樹脂材料は
空気と接触することがないので酸化劣化を防止され、軟
化状態の樹脂材料は加熱されて容易に溶融状態となるの
で、つぎに低粘度樹脂材料が造粒される場合、容易に造
粒運転が再開される。
【００１２】高粘度樹脂材料から低粘度樹脂材料へ変更
される場合も上述と同様に切替弁ロッドの切欠きを変更
することにより行われる。また、長期間粘度変更される
ことなく樹脂材料が生産され、重合装置および二軸混練
押出機１に十分な余裕がある場合は、２箇所の流出口５
ｂに同一機能の造粒装置を連結し、切換弁ロッド６の第
３切欠６ｃを流路５ｃに連通させることにより、２組の
造粒装置で同時に造粒することも可能である。図５に
は、低粘度樹脂材料用に縦型造粒装置２１が設けられた
他の実施の形態が示されている。すなわち、粘度が極端
に低い樹脂材料の場合、図１に示されるようにダイス１
３が縦位置に配置されノズル１３ａが水平方向となるよ
うに配置されると、運転開始直前に樹脂材料がダイス１
３の表面から垂れ流れ状態となり、ダイス１３の表面に
付着し、その樹脂材料を完全に拭い去ることができない
場合は、接近するカッター１５ｂに樹脂材料が付着して
ダイス１３の表面とカッター１５ｂとの間に隙間が生
じ、切断不良が発生するので、その対策としてダイス１
３をスクリュ式混練押出機１の押出口よりも高い位置で
ダイス１３を横位置に配置し、ノズル１３ａが垂直方向
となるように配置されて樹脂材料が上方に押し出される
ように構成されている。なお、ダイス１３の横位置配置
のため、ダイホルダ２５では低粘度樹脂材料用の縦型造
粒装置２１への流路２５ｃが従来の流路形状と異なり、
切換弁ロッド６から水平方向に形成された流路２５ｃは
上方に９０度曲がり、水平な外表面に開口する流出口２
５ｂに連通している。また、この間の流路２５ｃには、
流路２５ｃが９０度曲がる際の部分的な流速変化を均一
化するための流量調整リング２５ｄが設けられている。
縦型造粒装置２１においては、カッター装置２２の水室
２２ａの形状が変化する以外、ダイス１３およびカッタ
ー装置２２の水室２２ａ以外の部分は、図１に示される
実施の形態の構成および機能と同等である。
【００１３】以上のように構成された縦型造粒装置２１
において、ダイホルダ２５の流路２５ｃを流動する溶融
状態の低粘度樹脂材料は、切換弁ロッド６後の水平流動
から垂直上昇流動となり、流量調整リング２５ｄによ
り、流路２５ｃの流路断面が円環状になるとともに流路
断面の円環方向の流速が均一化され、円環状に開口する
流出口２５ｂから押し出される。その後ダイス１３のノ
ズル１３ａから冷却水中へ垂直上向きに押し出され、カ
ッター２２ｂにより小片に切断される。また、ダイス１
３がスクリュ式混練押出機１の押出口より高い位置に配
置されていることにより樹脂材料は、流路２５ｃの水平
部分から上方のダイス１３のノズル１３ａ内までの間を
完全に充満し、ダイス１３がその表面を水平となるよう
に配置されていることにより、運転開始直前においても
樹脂材料がダイス１３の表面を垂れ流れることはなく、
運転開始時の切断不良は発生しない。
【００１４】以上の説明において、樹脂材料の混練溶融
に二軸スクリュ式混練押出機を使用した場合について説
明したが、本発明は、スクリュ式の連続混練押出機であ
れば、単軸、多軸、同方向回転、異方向回転、噛み合
い、非噛み合いを問わず適用される。また、ダイホルダ
の流出口の数すなわち造粒装置の組数は２組に限定され
るものではなく、３組、４組でも構造上可能な限り適用
される。さらに、造粒装置は水中造粒装置に限定される
ものではなく、空中造粒装置など、樹脂材料の物性に応
じて適用され得るものである。
【００１５】
【実施例】ＭＩ（粘度）が０.２〜１５０の広範囲の粘
度特性を有するポリプロピレンを、ＭＩ＝０.２〜５０
の高粘度樹脂製品およびＭＩ＝７０〜１５０の低粘度樹
脂製品に造粒するに際し、ＭＩ＝０.２〜５０に対応す
る高粘度用造粒装置およびＭＩ＝１００〜１５０に対応
する低粘度用造粒装置で構成される造粒装置により造粒
し、全グレードの樹脂製品（ペレット）を良好に得るこ
とができた。
【００１６】
【発明の効果】本発明による熱可塑性樹脂の造粒方法お
よび造粒装置は以上のように構成されていることによ
り、以下のような効果を得ることができる。 (1)１台のスクリュ式混練押出機に複数組の対応粘度の
異なる造粒装置を設けることにより、時間的に粘度が変
化して供給される樹脂材料に対し、造粒装置を切り換え
ることにより、装置および機器の運転状態を停止するこ
となく連続的に造粒が行える。 (2)従って、１台のスクリュ式混練押出機により、広範
囲の粘度（グレード）にわたる樹脂製品（ペレット）を
連続的に生産することができる。 (3)供給される樹脂材料の粘度が変更される度に、スク
リュ式混練押出機を停止し、造粒装置を取り換えること
が必要なくなった。 (4)従って、粘度変更のために装置および機器を停止、
分解、組立する際の廃棄樹脂の発生がなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態を示す造粒装置の要部
構成を示す平面断面図である。
【図２】図１の矢印II−II断面図である。
【図３】切換弁ロッドを示す斜視図である。
【図４】図１の応用例を示す平面断面図である。
【図５】本発明による他の実施の形態を示す図２と同様
の断面図である。
【符号の説明】
１ 二軸スクリュ式混練押出機 ４ ギアポンプ ５、２５ ダイホルダ ６ 切換弁ロッド １１、１２、２１ 造粒装置 １３、１４ ダイス １５、１６、２２ カッター装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 正治 広島県広島市安芸区船越南１丁目６番１号 株式会社日本製鋼所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂材料が、スクリュ式混練押
    出機(1)で混練溶融され、ダイス(13、14)から複数の細紐
    状に押し出され、カッター装置(11、12、22)により小片に
    切断されるとともに冷却固化される熱可塑性樹脂の造粒
    方法において、前記スクリュ式混練押出機(1)の先端部
    に設けられた少なくとも２組の高粘度用および低粘度用
    の前記ダイス(13、14)およびカッター装置(11、12、22)の
    なかから樹脂材料の粘度に応じて選択されたダイス(13、
    14)およびカッター装置(11、12、22)により造粒すること
    を特徴とする熱可塑性樹脂の造粒方法。
  2. 【請求項２】 前記スクリュ式混練押出機(1)の運転中
    に一組の前記ダイス(13、14)およびカッター装置(11、12、
    22)から他組の前記ダイス(13、14)およびカッター装置(1
    1、12、22)へ切り換えられることを特徴とする請求項１に
    記載の熱可塑性樹脂の造粒方法。
  3. 【請求項３】 熱可塑性樹脂材料を混練溶融するスクリ
    ュ式混練押出機(1)の先端部に連結され、溶融状態の樹
    脂材料を複数の細紐状に成形するダイス(13、14)と、該
    ダイス(13、14)の押出平面に沿って移動駆動させるカッ
    ター(15b、16b、22b)により細紐状の樹脂材料を小片に切
    断するとともに冷却固化するカッター装置(15、16、22)
    と、で構成される熱可塑性樹脂の造粒装置において、前
    記スクリュ式混練押出機(1)の先端部に少なくとも２箇
    所の流出孔(5b、25b)を形成されるとともに切換弁(6)を
    備えられたダイホルダ(5、25)が設けられ、それぞれの前
    記流出孔(5b、25b)に異なる粘度範囲に適応する前記ダイ
    ス(13、14)およびカッター装置(15、16、22)が接続されて
    いることを特徴とする熱可塑性樹脂の造粒装置。
  4. 【請求項４】 前記ダイス(13、14)およびカッター装置
    (15、16、22)の少なくとも１組は、前記ダイス(13、14)が
    押出平面を上方に向けて水平に配置されて構成されてい
    ることを特徴とする請求項３記載の熱可塑性樹脂の造粒
    装置。
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