JPH0929819A

JPH0929819A - 押出機運転シミュレーションシステム

Info

Publication number: JPH0929819A
Application number: JP18395795A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Ota; 佳生大田
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1997-02-04
Anticipated expiration: 2015-07-20
Also published as: JP3712762B2

Abstract

(57)【要約】【課題】押出機のシミュレーションについて、押出機
内のスクリュ軸方向の混練要素挙動をシミュレーション
させ、押出機のスクリュ構成、操作条件の設計を定量化
させ、押出機の生産技術開発の短縮化を図る。押出機内
部の樹脂の運転条件、スクリュ構成、バレル構成の条件
を変えた時の混練要素のそれぞれをシミュレーションす
る。【解決手段】押出機の全長を、スクリュ軸方向にＬ／
Ｄ＝０．０１〜０．５の巾に分割したセルを設定し、分
割されたセル中の溶融樹脂の混練要素を、混合および剪
断力の指標についてそれぞれフィードからダイ出口まで
連続的に演算するセル中の充満率、圧力、温度、剪断
力、混合、トルク、比エネルギー、平均滞留時間を連続
的に計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は押出機運転シミュレ
ーションシステムに関し、さらに詳しくは押出機を開発
する際に、樹脂組成物の物性の向上や品質の安定化、生
産性の向上や生産技術の開発を短縮化するために、押出
機内部の充満率、圧力、温度、剪断力、混合、トルク、
比エネルギー、平均滞留時間の混練要素の定量化計算、
サイドフィード計算等をシミュレーションするシステム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】単軸押出機の運転状態を予測計算するシ
ミュレションシステムとしては、カナダ国ＭｃＭａｓｔ
ｅｒ大学Ｖｌａｃｈｏｐｏｕｌｏｓらが作った「ＥＸ
ＴＲＵＣＡＤ」が知られている。この技術では、スクリ
ュ軸に対し平行方向に温度分布、圧力分布、ソリッドベ
ッド分布および剪断速度分布が計算でき、半径方向の剪
断速度分布および温度分布が計算できる。

【０００３】二軸押出機の運転状態を予測計算するシミ
ュレーションシステムとしては、米国アクロン工科大学
のＷｈｉｔｅらが作った商品名「ＡＫＲＯ−ＣＯ−ＴＷ
ＩＮＳＣＲＥＷ」が公知である。この技術では、スクリ
ュ軸と平行方向での圧力分布と充満率分布が計算でき
る。また、二軸同方向回転押出機のシミュレーションで
スクリュ軸に対し平行方向の樹脂圧力分布、温度分布お
よび充満率分布の計算結果が開示されている（Ｈ．Ｐｏ
ｔｅｎｔｅ（Ｉｎｔｅｒｎ．Ｐｏｌｍ．Ｐｒｏｃ．Ｉ
Ｘ，ｐ１１（１９９４）））。

【０００４】また、スクリュ一個一個の押出機のスクリ
ュネジの流動解析は、スクリュネジについては、Ｍ．
Ｌ．Ｂｏｏｙ（Ｐｏｌｙｍ．Ｅｎｇ．Ｓｉｃ．，２０、
１２２０（１９８０））、Ｃ．Ｄ．Ｄｅｎｓｅｎ（Ｐｏ
ｌｙｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．，２０，９６５，（１９８
０））、Ｊ．Ｌ．Ｗｈｉｔｅ（Ａｄｖ．Ｐｏｌｙｍ．Ｔ
ｅｃｈ．，７，１７７，（１９８７））の文献が公知で
ある。

【０００５】ニィーディングディスクについては、Ｊ．
Ｌ．Ｗｈｉｔｅ（Ｉｎｔ．Ｐｏｌｙｍ．Ｐｒｏｃ．，
１，２０７（１９８７）、Ｊ．Ｎｏｎ−Ｎｅｗｔ．Ｆｌ
ｕｉｄＭｅｃｈ．，２８、２９（１９８８））の文献が
公知である。スクリュネジの充満率についてはＨ．Ｗｅ
ｒｎｅｒ（ＳＰＥ３７ｔｈＡＮＴＥＣ１９７９Ｐ
１８１）の文献が公知である。

【０００６】また、ステーブンス工科大学のＲＡＫＯＳ
らは、ＰＭＳ（１９８９〜１９９５）の資料で３次元流
動解析ソフトで剪断速度分布、圧力分布および発熱量分
布の計算法を示している。押出機の混合の指標について
は、Ｈ．Ｗｅｒｎｅｒ（ＳＰＥ３７ｔｈＡＮＴＥ
Ｃ、ｐ１８１（Ｍａｙ１９８１）とＪ．Ｌ．Ｗｈｉｔｅ
（Ｉｎｔｅｒ．Ｐｏｌｍ．Ｐｒｏｃ．４，Ｐ２０７（１
９８７）が、バックフロ−と前進流の比とトレーサーの
濃度で、滞留時間分布を計算しており、混合の指標とす
る技術を開示している。

【０００７】押出機の剪断力は、Ｂｅｒｎｈａｒｄｔ
（Ｐｒｏｃｅｓｓ．ｏｆＴｈｅｒｍｏ．Ｍａｔｅｒ，
Ｐ１１２（１９６３））が溶融粘度と剪断速度の２乗と
滞留時間の積を指標とする概念の技術を開示している。
混合と練り（剪断力）を同時に計算する技術として
Ｊ．Ｌ．Ｗｈｉｔｅは、Ｉｎｔｅｒｎ．Ｐｏｌｍ．Ｐｒ
ｏｃｅ．２，Ｐ１５６（１９９１）にバックフローと押
出流量の比と剪断速度を組み合わせた計算技術を開示し
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】「ＥＸＴＲＵＣＡＤ」
は、圧力、温度および剪断速度についてスクリュ軸方向
と半径方向の分布を計算しているが、押出加工中で最も
知りたい混合、剪断のそれぞれについては計算されてい
ないという点で不十分である。また、サイドフィ−ドの
計算機能がなく、実際の押出機の運転状況をシミュレー
ションしているとはいいがたい。

【０００９】アクロン工科大学のＷｈｉｔｅらが作った
「ＡＫＲＯ−ＣＯ−ＴＷＩＮＳＣＲＥＷ」では、スク
リュ軸と平行方向での圧力分布と充満率分布の計算が開
示されているだけであり、樹脂の混合、剪断、温度が計
算されていないという点で不十分である。また、サイド
フィードの計算機能がないので、実際の押出機の運転状
況をシミュレーションできないという点で不十分であっ
た。

【００１０】押出機スクリュの流動解析ソフトは、圧力
分布および剪断速度分布は計算できるが、混合分布、剪
断力分布、充満率分布の計算ができない。この計算法
は、スクリュをスクリュ軸方向および半径方向に細かく
分割して、数多くのセルを作り、行列で解を求めている
ので、膨大な計算時間やメモリを必要とするので、この
計算法により押出機全体の計算をすることは実質的に不
可能であった。

【００１１】また、Ｗｅｒｎｅｒの技術は混合というよ
り混練の指標であり、練りの指標も含んだ技術である。
さらに、押出機のニィーディングディスクの羽根の枚数
やスクリュ回転数、押出量の効果を定量化できなかっ
た。さらに、剪断力の計算方法が開示されていない。す
なわち、実質的に粘度を計算するための温度計算や剪断
速度の計算法、滞留時間の厳格な範囲が開示されておら
ず、計算が困難であった。

【００１２】Ｈ．Ｐｏｔｅｎｔｅの技術は、充満率、圧
力、温度の計算はできるが、押出機の仕様で重要な剪断
力、混合は計算できていない。また、サイドフィード計
算法も開示されていない。Ｗｈｉｔｅの混練のシミュレ
ーション技術は、混合と練り（剪断力）が一体で計算さ
れるため、混合と練り（剪断力）を分けて、解析するこ
とが困難であった。また、練り（剪断力）については、
剪断速度で計算しているため、粘度や滞留時間の効果を
明確に知ることができなかった。

【００１３】混練要素を解析する場合、混合と練り（剪
断力）は、個々に評価する必要がある。すなわち、混合
とは位置交換による混合であり、例えば、スクリュネジ
では位置交換による混合はほぼゼロであり、ニィーディ
ングディスクでは羽根の角度および羽根枚数で位置交換
による混合の程度が異なる。このように、混合と練り
（剪断力）を一体で計算した技術では、スクリュの種類
の性能を解析できなかった。

【００１４】押出機の実際の運転状態をシミュレーショ
ンし、混練要素データを解析するには、押出機内部の樹
脂の充満率、圧力、温度、剪断力、混合、トルク比エネ
ルギー、平均滞留時間等の混練要素のそれぞれをスクリ
ュ軸と平行方向に連続的に計算できることが必要であ
り、サイドフィード計算機能も必要であった。以上の点
に鑑み、本発明は混練要素のそれぞれを計算できる押出
機運転シミュレーションシステムを提供することを課題
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る押出機運転シミュレーションシステ
ムは、押出機の装置条件と押出運転条件から、押出機内
部の樹脂の充満率、圧力、温度、剪断力、混合、トル
ク、比エネルギー、平均滞留時間等の混練要素の状態を
演算する押出機運転シミュレーションシステムにおい
て、前記押出機の全長を、スクリュ軸の流れ方向に対
し、垂直方向にＬ／Ｄ＝０．０１〜０．５の巾でフィー
ドからダイ出口まで分割するセル分割設定手段と、前記
分割されたセル中の溶融樹脂の混練要素を、混合および
剪断力の指標についてそれぞれ前記フィードからダイ出
口まで連続的に演算する演算手段と、を備えたことを特
徴とする。

【００１６】また、請求項２に係る押出機運転シミュレ
ーションシステムは、フィードを、メインホッパーから
の第一フィードと、樹脂、フィラー、ファイバーまたは
液体のサイドフィードとに設定し、各フィードについて
混練要素を演算することを特徴とする。さらに、請求項
３に係る押出機運転シミュレーションシステムは、混合
および剪断力の指標についてそれぞれ下記式に従ってフ
ィードから出口ダイまで連続的に演算することを特徴と
する。

【００１７】

【数３】

【００１８】

【数４】

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の押出機運転シミュレーショ
ンシステムのブロック図である。図において、押出機条
件設定入力手段１には、押出機の形状やスクリュのデザ
イン、運転条件が入力される。

【００２０】例えば、スクリュデザインとしてスクリュ
構成、バレル構成が入力される。運転条件としては、バ
レル温度、回転数、フィード量、フィード温度、フィー
ド位置、ベント圧、ベント位置、フィード回数、ベント
回数等が入力される。押出機としては、単軸押出機、二
軸同方向回転押出機または二軸異方向回転押出機の形状
や運転条件を入力することができ、これらの押出機のシ
ミュレーションを行うことができる。

【００２１】具体的な例として、単軸押出機ではｂｕｓ
ｓ社コニーダー、二軸同方向回転押出機としてはＷ＆Ｐ
社ＺＳＫシリ−ズ、東芝機械社ＴＥＭシリーズ、日本製
鋼所ＴＥＸシリーズ等、二軸異方向回転押出機としては
日本製鋼所ＴＥＸシリーズ等が挙げられる。押出条件入
力手段２には、押出される樹脂等の物性データが入力さ
れる。物性データとして、押出される樹脂や混入される
フィラー等の溶融粘度、密度、比熱等が入力される。

【００２２】セル分割設定手段３は、押出機の全長を、
スクリュ軸の流れ方向に対し、垂直方向にＬ／Ｄ＝０．
０１〜０．５（Ｌは全長、Ｄは直径）の巾でフィードか
らダイ出口まで分割する。例えば、図２に示すように、
メインホッパー１１とダイ１４を有し、第一フィード１
２、第二フィード１３を有する押出機１０において、樹
脂流れに対し、垂直方向に複数のセル（ここでは、幅
０．０５Ｄ）に分割する。

【００２３】セルは、Ｌ／Ｄ＝０．０１より巾が狭いと
計算時間がかかり過ぎ、メモリー量を消費する。また、
Ｌ／Ｄ＝０．５より巾が広いと温度の計算の誤差が大き
い。なお、第一フィード位置は、メインホッパー１１か
ら下流に向かって最初のフィード位置をいう。また、サ
イドフィードとは、第一フィードより下流の第二フィー
ド、第三フィ−ド、第四フィード、第五フィード等のこ
とである。

【００２４】樹脂混練要素演算手段４は、押出機の条件
と押出条件から、押出機内部の樹脂の充満率、圧力、温
度、剪断力、混合のトルク、比エネルギー、平均滞留時
間等の混練要素の状態を演算する。流動解析データベー
ス５は、樹脂混練要素演算手段４で演算された混練要素
と押出量、回転数との関係を関数化して記憶する。記憶
されたデータは再び樹脂混練要素演算手段４に出力さ
れ、他のセルの混練要素を演算する際に用いられる。

【００２５】表示手段６は、演算された樹脂混練要素を
所定のフォーマットで出力するものであり、ディスプレ
イに表示したり、あるいは印字される。セル分割設定手
段３および樹脂混練要素演算手段４について、さらに詳
細に説明するが、その前に使用される演算式を以下に示
す。充満率は式（１）で求められる。

【００２６】

【数５】

【００２７】また、圧力は式（２）で求められる。

【００２８】

【数６】

【００２９】無次元圧力勾配ｄＰ／ｄｚは、１次元、２
次元または３次元のスクリュパーツ１個の流動解析ソフ
トの平均値を使用しても良い。温度は式（３）で求めら
れる。

【００３０】

【数７】

【００３１】剪断力は式（４）で求められる。

【００３２】

【数８】

【００３３】混合は式（５）で求められる。

【００３４】

【数９】

【００３５】バックフローの流量と前進流の流量とは、
図３に示す流量で、二次元流動解析ソフトおよび三次元
流動解析方法を用いて、バックフロー流量と前進流の流
量の計算値を使っても良い。ポリマーの入力物性値は、
比熱、密度および溶融粘度で、データは、

【００３６】

【数１０】

【００３７】

【数１１】

【００３８】

【数１２】

【００３９】に示すように温度との関数にすることが好
ましい。関数式は、温度に対し１次の線形でも良いし、
２次、３次、対数の非線形になっても構わない。温度が
変化すると物性は、温度の関数となっているので、変化
する。それとともに充満率、圧力、温度、剪断力、混
合、トルク、比エネルギー、平均滞留時間が変化する。
トルクは式（６）で求められる。

【００４０】

【数１３】

【００４１】比エネルギー（ＥＳＰ）は式（７）で求め
られる。

【００４２】

【数１４】

【００４３】平均滞留時間は式（８）で求められる。

【００４４】

【数１５】

【００４５】また、流量解析データベース５には、充満
率、圧力、混合およびトルクをＦ（Ｑ，Ｎ）とし、回転
数と押出量の関数化にして記憶する。すなわち、式
（１）、式（２）、式（５）、式（６）の式をＱ、Ｎで
整理し、各スクリュ種類に対しＤ０、Ｄ１、Ｄ２の係数
を求め、関数化して、式（１２）として記憶する。

【００４６】

【数１６】

【００４７】このように、充満率、トルク、圧力の混練
要素を１次元、２次元または３次元、もしくはこれらの
組み合わせた流動解析手段で計算し、混練要素と押出量
および回転数との関係を関数化したデータベース５を作
成し、データベース５を用いてセル中の混練要素を計算
することにより、計算時間を大幅に短縮することが可能
となる。

【００４８】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
５、図６および図７は、セル分割設定手段３および樹脂
混練要素演算手段４の動作を示すフローチャートであ
る。以下、各ステップについて説明する。（ａ）ステップ１０１バレル構成、スクリュ構成、運転条件、物性条件が入力
される。

【００４９】図８〜１０は、入力プログラムの画面であ
り、図８はバレル構成、図９はスクリュ構成、図１０は
運転条件を入力するための画面である。以下は実際に入
力した値や条件である。（１）バレルバレルは１〜５、７〜１１、１３を１６５ｍｍの長さの
バレルとし、バレル６、１２を４０ｍｍバレルとした。（２）スクリュ構成スクリュ構成は順送りスクリュとニィーディングディス
クの組み合わせからなる混練ゾーンとからなるとした。（３）混練ゾーン第一混練ゾーン、第二混練ゾーン、第三混練ゾー
ン、第四混練ゾーン、第五混練ゾーンの５箇所を設
定した。（４）フィード位置、フィード温度、フィード量さらに、フィード位置、フィード温度、フィード量を表
１に示すように設定した。

【００５０】

【表１】

【００５１】（５）ベント位置、ベント圧さらに、ベント位置、ベント圧を表２に示すように設定
した。

【００５２】

【表２】

【００５３】（６）バレル温度さらに、バレル温度を表３に示す値として設定した。

【００５４】

【表３】

【００５５】（７）回転数回転数を２９５ｒｐｍに設定した。（８）物性条件押出条件入力手段２には物性値として下記に示す以下の
条件を入力した。

【００５６】

【数１７】

【００５７】（９）セルの分割巾セルの分割巾を入力する。Ｌ／Ｄ＝０．０５とした。（ｂ）ステップ１０２ステップ１０２において、セル分割手段３が押出機をス
クリュ長さ方向にＬ／Ｄ＝０．０５で分割される。

【００５８】スクリュ軸の長さＬ＝４７．３７５、分割
巾Ｌ／Ｄ＝０．０５であるので、セルの分割数は９４８
＋ダイ部＝９４９である。（ｃ）ステップ１０３スクリュの軸長さ方向のスクリュ種類による形状の違い
およびポリマーの指数違いによる充満率（式１）、圧力
（式２）、混合（式５）、トルク（式６）を式（１２）
にまとめ、各係数の配列を下記のように宣言する。

【００５９】Ｄ０（４、９４９）Ｄ１（４、９４９）Ｄ２（４、９４９）さらに、計算結果の配列の宣言をする。充満率ＦＤ（９４９）圧力Ｐ（９４９）温度（９４９）混合（９４９）トルク（９４９）剪断力Ｓ（９４９）比エネルギーＥＳＰ（９４９）平均滞留時間ＲＴ（９４９）充満率、平均滞留時間、圧力、温度、トルク、比エネル
ギー、練り、混合であり、初期値の設定：各セルのスク
リュ構成に応じた式（１）、式（２）、式（５）、式
（６）を式（１２）に示す混練要素の各係数を設定す
る。

【００６０】式（１）、式（２）、式（５）、式（６）
に示す各混練要素は、回転数と容積流量の値を読み込む
ことで計算できる。さらに、バレルのセルのメモリ配列
を宣言する。ＢＴ（９４９）さらに、バレルのセルの温度を設定する。

【００６１】さらに、第一から第三のフィードセルの番
号、フィード質量流量、フィード温度を設定し、第一か
ら第四のベントセル番号、ベント圧を設定する。（ｄ）ステップ１０４充満率の初期値が設定される。順送りスクリュは充満率
＝０．４、逆送りスクリュおよびニィーディングディス
クは、充満率＝１とし、第一フィードセルからダイまで
のセルに対応するスクリュ種を読み取り、ＦＤ（Ｉ）に
初期値を与える。

【００６２】混練ゾーンと混練ゾーンに挟まれた順送り
スクリュの圧力Ｐ（Ｉ）は、ベント圧とする。第一フィ
ードの位置が順送りスクリュなら第一混練ゾーンと第二
混練ゾーンの全ての順送りスクリュ部の圧力Ｐ（Ｉ）
は、大気圧と仮定する。第二ベントでは、第二混練ゾー
ンと第三混練ゾーンの間の全ての順送りスクリュは、第
二ベント圧と仮定する。

【００６３】第二フィードセルから第三フィードセル−
１番目までの質量流量は、第一フィード質量流量と第二
フィード質量流量の和である。第三フィードセルからダ
イまでの質量流量は、第一フィード質量流量と第二フィ
ード質量流量と第三フィード質量流量の和である。（ｅ）ステップ１０５第一フィードセルの温度計算をＴｉ＝第一フィード温度
とし、Ｔｉで比熱Ｃｐ（Ｔ）、密度ＲＯＵ（Ｔ）から容
積流量が計算される。式（６）のトルクをＱ、Ｎから計
算し、式（３）に代入し、Ｔｏが計算される。（ｆ）ステップ１０６式（３）のＴｐの値を比熱Ｃｐ（Ｔ）、密度ＲＯＵ
（Ｔ）から容積流量を計算し、再度Ｔｏが計算される。（ｇ）ステップ１０７先に計算したＴｏと後に計算したＴｏが収束するまで計
算が繰り返される。収束条件は、誤差０．０１℃以内で
ある。（ｈ）ステップ１０８セルの充満率が１であるか判断される。（ｉ）ステップ１０９図１０より第一フィードセルは、充満率が初期値０．４
であるので、式（１）より、充満率を計算する。（ｊ）ステップ１１１ステップ１０９で計算された充満率が初期値と誤差０．
０１以上であるならステップ１０１〜１０８を繰り返
し、もう一度充満率を計算し、収束するまで、繰り返
す。（ｋ）ステップ１１２充満率が収束したとき、式（４）、式（５）、式
（７）、式（８）でセルの各混練要素を計算する。（ｌ）ステップ１１０充満率が１の時は、圧力を式（２）を使って計算し、ス
テップ１１２の式（４）、式（５）、式（７）、式
（８）でセルの各混練要素を計算する。（ｍ）ステップ１１３次に、次のセルが第二混練ゾーンの終わりかどうか判断
する。また、充満率１のセルの終わりか判断する。次の
セルは、充満率０．４なので、次のセルのＴｉ＝Ｔｏ
（前のセルの出口温度）とし、ステップ１０１〜１１３
の計算を繰り返す。（ｎ）ステップ１１４第二混練ゾーンの最後のセルならば、圧力が第二混練ゾ
ーン最後のセル＋１番目の圧力（第一ベント圧）と誤差
１０Ｐａ以内かどうか判断する。圧力が一致しないとき
は、に進む。（ｏ）ステップ２０１第二混練ゾーン最後のセル＋１番目の圧力をセル出口圧
力として、第一フィードセルまで上流方向に逆計算す
る。（ｐ）ステップ２０２セルの圧力値Ｐ（Ｉ）がフィード位置の圧力（大気圧）
より高いかどうか判断する。（ｑ）ステップ２０３セルの圧力値Ｐ（Ｉ）がフィード位置の圧力（大気圧）
より高い時は、充満率ＦＤ（Ｉ）＝１とする。（ｒ）ステップ２０４セルの圧力値Ｐ（Ｉ）がフィード位置の圧力（大気圧）
より低い時は、充満率ＦＤ（Ｉ）の値は変えない。（ｓ）ステップ２０５下流側のセルの圧力計算をする。（ｔ）ステップ２０６セルの圧力値Ｐ（Ｉ）がフィード位置の圧力（大気圧）
より高いかどうか判断する。（ｕ）ステップ２０７セルの圧力値Ｐ（Ｉ）がフィード位置の圧力（大気圧）
より高い時は、充満率ＦＤ（Ｉ）＝１とする。（ｖ）ステップ２０８セルの圧力値Ｐ（Ｉ）がフィード位置の圧力（大気圧）
より低い時は、充満率ＦＤ（Ｉ）の値は変えない。（ｗ）ステップ２０９セルが第一フィードセルに達したら、に戻り、計算を
繰り返し、ステップ１１４で収束したら、次の第二混練
ゾーン＋１番目のセルから第三混練混練ゾーン最後のセ
ルまで同様に計算を繰り返す。

【００６４】第二フィードセルの温度計算の入力温度計
算は後述する計算法で計算する。また、物性値は、第二
フィード物性に変える。（ｘ）ステップ１１５ダイまで計算が終了したら、計算結果をモニター画面に
表示する（図１０）。（ｙ）ステップ１１７計算結果をハードディスクやフロッピーディスク、光磁
気ディスク等の記録媒体に記録する。

【００６５】次に、サイドフィード計算の概要と計算方
法を説明する。図４はサイドフィード計算の概要を示す
図であり、サイドフィードセルに入る温度Ｔｉは下記の
式（１３）で表され、Ｔ_iとＣＰ_mixが誤差±０．０１
℃で収束するまで計算する。

【００６６】

【数１８】

【００６７】セルＳ_iの出口温度計算は以下の式（１
４）で表される。

【００６８】

【数１９】

【００６９】図１１は上記のシミュレーションを行った
結果を表示した例である。この図より、サイドフィード
（第二フィード、第三フィード）セルの値が顕著に変わ
るのが明白である。また、充満率は上がり、温度は急激
に下がり、剪断力も温度が低下した分、急激に上がって
いる。このように、サイドフィード時、サイドフィード
量、サイドフィード温度、バレル温度との関係から、サ
イドフィード時の樹脂の未溶融物の検討、混・練の過不
足を検討することができる。

【００７０】図１２は他のシミュレーション結果を示す
演算結果であり、押出量を１．２５倍にし、全押出量を
１００ｋｇ／Ｈとしたものである。上記の実施例と比
べ、押出量が８０から１００ｋｇ／Ｈに増えた分、充満
率が上がり、ダイ圧が上がり、平均滞留時間は短くな
る。また、ダイ出口温度は下がり、全剪断量は下がり、
全混合は下がるのがわかる。

【００７１】図１３は上記の実施例と比べ、押出量を
０．７５倍にした例であり、全押出量を６０ｋｇ／Ｈと
したものである。上記の実施例と比べ、押出量が８０か
ら６０ｋｇ／Ｈに減った分、充満率は下がり、ダイ圧が
下がり、平均滞留時間は長くなる。また、ダイ出口温度
は上がり、全剪断量は上がり、全混合は上がるのがわか
る。

【００７２】図１４は上記の実施例の回転数を５００ｒ
ｐｍにしたものであり、上記の実施例と比べ、回転数が
２９５から５００ｒｐｍに増えた分、充満率が下がり、
ダイ圧は下がり、平均滞留時間は短くなる。また、ダイ
出口温度は上がり、全剪断量は上がり、全混合は上がる
のがわかる。図１５は上記の実施例の回転数を２００ｒ
ｐｍにしたものであり、上記の実施例と比べ、回転数が
２９５から２００ｒｐｍに減った分、充満率が上がり、
ダイ圧は上がり、平均滞留時間は長くなる。また、ダイ
出口温度は下がり、全剪断量は下がり、全混合は下がる
のがわかる。

【００７３】

【発明の効果】請求項１に係る押出機運転シミュレーシ
ョンシステムによれば、押出機内部の樹脂の運転条件、
スクリュ構成、バレル構成の条件を変えた時の混練要素
のそれぞれをシミュレーションすることができる。ま
た、計算時間を速くし、メモリーの容量を小さくし、押
出機のフィードするセルからダイ出口まで分割したセル
中の樹脂の充満率、圧力、温度、剪断力、混合、トル
ク、比エネルギー、平均滞留時間の混練要素等を計算す
ることができる。

【００７４】従って、運転状況を定量化できるので、樹
脂組成物の物性の向上、品質の安定化、生産性の向上、
生産技術開発の短縮化等が図れる。請求項２に係る押出
機運転シミュレーションシステムによれば、複数のフィ
ードについて混練要素を演算するので、実際の押出機の
シミュレーションを実行することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の押出機運転シミュレーションシステム
の概要図である。

【図２】押出機の全体図およびセルを示す図である、

【図３】ニィーディングディスクの混合の概念図であ
る。

【図４】サイドフィード計算法を示す概要図である。

【図５】本発明の押出機運転シミュレーションシステム
の動作を示すフローッチャートである。

【図６】本発明の押出機運転シミュレーションシステム
の動作を示すフローッチャートである。

【図７】本発明の押出機運転シミュレーションシステム
の動作を示すフローッチャートである。

【図８】バレル構成の入力画面である。

【図９】スクリュ構成の入力画面である。

【図１０】押出機の設定条件入力画面である。

【図１１】本発明の押出機運転シミュレーションシステ
ムによってシミュレートされた結果を示す表示図面の例
である。

【図１２】本発明の押出機運転シミュレーションシステ
ムによってシミュレートされた結果を示す表示図面の例
である。

【図１３】本発明の押出機運転シミュレーションシステ
ムによってシミュレートされた結果を示す表示図面の例
である。

【図１４】本発明の押出機運転シミュレーションシステ
ムによってシミュレートされた結果を示す表示図面の例
である。

【図１５】本発明の押出機運転シミュレーションシステ
ムによってシミュレートされた結果を示す表示図面の例
である。

【符号の説明】

１押出機条件設定入力手段２押出条件入力手段３セル分割手段４樹脂混練要素演算手段５流動解析データベース６表示手段１１メインホッパー１２第一フィード１３第二フィード１４ダイ出口１５セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】押出機の装置条件と押出運転条件から、
押出機内部の樹脂の充満率、圧力、温度、剪断力、混
合、トルク、比エネルギー、平均滞留時間等の混練要素
の状態を演算する押出機運転シミュレーションシステム
において、前記押出機の全長を、スクリュ軸の流れ方向に対し、垂
直方向にＬ／Ｄ＝０．０１〜０．５の巾でフィードから
ダイ出口まで分割するセル分割設定手段と、前記分割されたセル中の溶融樹脂の混練要素を、混合お
よび剪断力の指標についてそれぞれ前記フィードからダ
イ出口まで連続的に演算する演算手段と、を備えたこと
を特徴とする押出機運転シミュレーションシステム。
【請求項２】フィードを、メインホッパーからの第一
フィードと、樹脂、フィラー、ファイバーまたは液体の
サイドフィードとに設定し、各フィードについて混練要
素を演算することを特徴とする請求項１記載の押出機運
転シミュレーションシステム。
【請求項３】混合および剪断力の指標についてそれぞ
れ下記式に従ってフィードから出口ダイまで連続的に演
算することを特徴とする請求項１、２に記載の押出機運
転シミュレーションシステム。【数１】【数２】