JPS5968221A - 低嵩密度プラスチツクの可塑化及び吐出方法 - Google Patents

低嵩密度プラスチツクの可塑化及び吐出方法

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JPS5968221A
JPS5968221A JP58166815A JP16681583A JPS5968221A JP S5968221 A JPS5968221 A JP S5968221A JP 58166815 A JP58166815 A JP 58166815A JP 16681583 A JP16681583 A JP 16681583A JP S5968221 A JPS5968221 A JP S5968221A
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throughput
screw
bulk density
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デイビツド・ナン・ジヨ−ンズ
ウルホ・スロナンテイ・ハアパラ
レナ−ド・セバステイアン・スカロラ
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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】 イ手段を通して可塑化及び吐出する方法に関する。
通常の又は常用の嵩密度の合成熱可塑性材料は溶融流と
して押出ダイを通して可塑化しかつ吐出するのが普通で
あり、そうすることにそれ程の困難は無い。使用する連
続の一軸又は二軸スクリュー押出機は処理加工する選択
された熱可塑性重合体を可塑化及び溶融し、溶融した重
合体を所望の速度で下流の押出ダイに及び押出ダイを通
して吐出するように設計された回転スクリューを有して
いる。
常用の押出機スクリューは長さ方向に連続して供給、転
移、計量部を有し、それらの典型的な配置については以
下に述べる。供給及び転移部は，投入された供給過剰量
の溶融重合体を計量部に供給するのに必要であり、該計
量部は押出機全体の処理量を制御しかつ制限する。
しかし、嵩密度の低い合成熱可塑性材料或いは当該低嵩
密度材料と常用の嵩密度材料とのブレンドを処理加工す
ることが望ましい場合には直ぐにいくつかの問題に遭遇
する。
本明細書に用いる「常用の嵩密度の熱可塑性材料」なる
用語は嵩密度がその重合体組成物の未使用又は純材料に
見られる通常の嵩密度の範囲にある熱可塑性材料を表わ
すつもりである。例えば、未使用又は通例のポリエチレ
ン樹脂材料についてノ通常（’）嵩”Ｍｔｉハ約２　５
　〜ｓ　６　１ｂｓ／ｆｔ”　（　０．　４　。
〜０。５８ｇ／α３）の範囲にある。「低嵩密度熱可塑
性材料」なる用語は、密度が約２　４　ｌｂｓ／ｆｔ”
（　ｏ．、　！＋　ａ　ｇ／ｃｒｎ”　）以下のものを
表わし、スクラップ及びスクラップと未使用の通常、常
用又は通例材料とのブレンドの両方を含む。そのような
未使用又は通例材料とスクラップ材料とをブレンドすれ
ば密度が約２　４　１ｂｓ／ｆｔ’以下の範囲の利料が
得られる。スクラップ密度は凡そ２　１ｂｓ／ｆｔ３（
　０．０　３９／ｃｍ”　）という低い値から９　１ｂ
ｓ／ｆｔ”　（　ｎ．　１　４　ｇ／ｃｒｒｉ”　）に
及ぶ。このようなスクラップ材料のあるものは綿毛状材
料に細断されたフィルムで構成され、その他の低嵩密度
ポリエチレン材料の製品よりも嵩密度のずっと小さい製
品を与える異る種類の低嵩密度製品でるる。
事情はその他の熱可塑性重合体系、例えばポリスチレン
、ボリグロピレン等についても全く類似している。
粒状かつ低嵩密度材料を押出す間、スクリュー供給部に
おける固体運送はスクリューを適当に満たすのに不適当
な場合が多く、それ故にスクリュー転移、計量部の供給
不足をきたすことになる。
これは、重合体サージング、高溶融温度、過度の重合体
劣化をもたらし、これらのすべては製品の品質を低下す
る。
先行技術において、操作中計量部を連続して供給過剰状
態に保つために、低嵩密度重合体を供給部の中を機械的
に押し進める多数の方法による試みが行われてきたが、
好結果は得られなかった。
材料処理量の制御を与えるにすぎない要件の計量部に逃
げを付けることによって好結果が得られることがわかっ
た。この要件の主たる負担は、ポンプのギヤと外被との
間に圧縮域を有する（下流方向に水力水深を低下する）
型の下流のメルトポンプが受ける。このようなメルトポ
ンプは１９７９年１月３０日に発行されたアイ、モーク
ド（Ｉ。
Ｍｏｋｅｄ　）等の名称が「プラスチック材料用の低エ
ネルギー回収配合及び加工装置」の米国特許４、１３７
．０２３号にし；１示され、かつ権利藺求されている。
この型のメルトポンプに関するそれ以上の解説は、ルイ
ジアナ州、ニューオーリンズのエネルギー技術会議慴覧
会において１９８０年２月３〜７日に「歯車ポンプを押
出機プロセスに連結して用いるエネルギー及び原料の節
約」の題名で口演されたダブリュ、ティ、ライス（Ｗ、
　Ｔ、　Ｒｉｃｅ　）のＡＳＭＥ論文第２頁に記載され
ている。
これらの文献はいずれも未使用の又□は高嵩密度のプラ
スチックの取扱においてこの型のメルトポンプを押出機
と結合して下流に用いて低エネルギー加工が得られるこ
とを認識しているが、低嵩密度材料の加工に改良押出機
−メルトポンプ装置を使用することは開示又は示唆され
ていない。
低嵩密度材料を加工する際に好適に使用される押出機を
改良し、好ましくは通常の押出機部を計−［ｄ゛部に材
料の過剰供給を与える取扱機能に変えればよいことが分
かった。これは未使用の又は高嵩密度の重合体材料を取
扱う押出機の供給部において通常用いられるよりもスク
リューの谷底の深さを比較的に深くし、及び／又はスク
リューピッチを大きくし、及び／又はスクリューの長さ
を大きくすることによって達成される。このように供給
部の容積処理量（単位時間当りの材料の容積に換算して
）を増加して加工する材料の低嵩密度を補い、それによ
り押出機又はミキサーにおいて熱可塑性材料の十分に充
満した計量部を与える。これに助けられてプロセスを通
じて材料流れの処理量が改善されるが、下流に回転メル
トポンプを設置することがプロセス全体にわたって材料
の処理量を完全に制御するのに必要である。
本発明によれば、回転ミキサー型押出機を用い押出ダイ
装置を通して低嵩密度の合成熱可塑性材料を可塑化し、
吐出する方法であって、前記押出機からの押出物を上流
の流路又はアダプタ一部材を通してプロセスの材料処理
量を歯車の回転速度によって制御するのに役立つ回転メ
ルトポンプの入口に連続的に通過させ、溶融した材料を
そこから下流の流路又はアダプタ一部材を通してダイ部
材に及びダイ部材を通して排出する方法が提供される。
供給、転移、計量部、メルトポンプを連続して有し、前
記供給部は通常用いられるよりも深さが比較的に深いス
クリューの谷底及び／又は大きなスクリューピッチ及び
／又は大きなスクリュー長さを有し、それによって供給
部を通る容積処理量を増加して処理する材料の前記低嵩
密度を補い、かつプロセスの材料処理量を制御するばか
りでなく十分に材料の充満した計量部を提供する回転ミ
キサー型の押出様を採用するのが好ましいことが分かっ
た。
供給部を次の方法の内の少くとも１つの方法により改良
して低嵩密度合成熱可塑性材料を取扱う際の処理量を改
善するのが最も好ましいことが分かつた。
（ａ）　　供給部のスクリューのスクリュー谷底の深さ
を４０チ以下で増大し、及び／又は （ｂ）　　供給部のスクリューのスクリューピッチを４
０％以下で増大し、及び／又は （ｃ）供給部のスクリューの長さを７５％以下で増大す
る。
とりわけ図面の第１．２図を参照すれば、本発明を具体
化しかつ本発明の方法面を実施する最も好適な装置が提
供される。該装置は材料入ロホッパー１１を設置した押
出機外被１０と、その内部に配置されスクリューのねじ
山１５を有するマルチセクション（ｍｕｌｔｉ−ｓｅｃ
ｔｉｏｎ　）の押出機スクリュー１２とを有し、該押出
機スクリュー１２はその後方端に駆動部分１４と、それ
の直ぐ下流に供給部１６と、それの隣の下流にスクリュ
ーの谷底深さが変化する転移部と、それの隣の下流に計
量部２０と、それの下流端に末端のフルート付混練部１
２とを有する。
押出されるべき熱可塑性材料（図示せず）を粒状（例え
ばペレット、顆粒、粒子、粉末、細断フィルム等）で押
出機外被１ｏを通して供給部１６の上流端２４０近くに
供給する。こうして熱可塑性材料を谷底深さＨＦが均一
の供給部を通過させ、供給部で初めに固め圧縮して材料
内部に熱を発生させて転移部１８に通すまでに固体材料
の溶融を開始させる。
転移部では、スクリューの谷底深さはＨＦの値から連続
的に減少して計量部のスクリューの谷底深さＨＭの値に
なる。転移部を通過する材料は溶融を開始し、すでに溶
融した重合体と固体の圧縮粒状材料とが初めに相接し、
固体粒子がこわれて固体重合体の小粒子が今や主となる
溶融状態の重合体材料の主体に分散するようになる。
溶融状態の重合体の続く機械作用及び吐出はスクリュー
の計量部２０（第１図に示す如き）で行われ、王に溶融
した重合体を計量部から最終混線部２２に通すがこれは
任意である。装置の一様式に採用される混紡部は１９７
３年５月１日にビー、エッチ、マドツク（Ｂ　、　Ｈ，
Ｍａｄｄｏｃｋ　）に対し発行された「熱可塑性材料の
混合」の名称の米国特許へ７３０．４９２号に開示され
かつ権利請求されている型式のものである。このような
混練頭部又は部は”アウトサイド−イン（ｏｕｔｓｉｄ
ｅ−ｉｎ　）型のフルート付（ｆｌｕｔｅｄ　）混ａ頭
部１と呼ばれ、材料の通過が外面フルートから半径方向
の通路を通り中心軸方向の内部通路に向がい、それから
材料が混線部２２の下流端を通って排出されることを示
している。
完全に溶融した重合体材料の最終混合及び完全な均質化
が混線部において高剪断東件下で行われる。材料は多数
の流れとがり、各流れは連続した入口フルート付通路２
６に入ると、各流れは該通路から間にあるリーディング
ランド２８を越えて溝孔３０に押し進められる。溝孔３
０は中心軸方向の内部通路に通じ、その中で溶融流は一
緒になって軸方向に混練部から排出通路６２を通り押出
様スクリューの排出端に通される。排出された材料を押
出機１０からブレーカ−プレート３４を通し上流流路６
６に及びメルト（歯車）ポンプ４００Å口通路３８の中
に通す。
例えば米国特許４．１３ス０２３号に記載されかつ権利
請求されるようなメルトポンプは外側ボデー又は外被４
２の内部に一対の回転歯車４４及び４６が置かれている
。一対の回転歯車４４．４６は並列で、互いにかみ合い
かつ逆転していて入ってくる材料をメルトポンプ４０の
入口通路６８から油圧半径の変化する圧縮域を通してメ
ルトポンプの内室（図示せず）の外壁部分をめぐって通
す。
溶融流はメルトポンプ歯車の周囲をめぐって通り、再合
同して吐出通路４８において単一流を形成し、メルトポ
ンプから吐出通路４８を通り抜ける。
メルトポンプから排出された溶融状態の材料は下流の流
路５０を通り抜け、順にダイアダプター５２を辿り抜け
てそこからダイ部材５４に通る。
本発明の低嵩密度押出系用の押出機とメルトポンプとの
結合を選択する際に、系を適用する供給又は吐出袂件を
満足させる仁とを確実にすることが重要である。この場
合、ダイ装置の圧力及び処理量要件が押出し一吐出系全
体の使用又は適用要件を実行するのに必要なメルトポン
プの容量を決める。適当なメルトポンプをこのように選
択することにより系の溶融及び混練の全ての要件が押出
機に任される。この点から、押出機がメルトポンプ入口
にメルトポンプのおよその処理袂求量を供給するように
押出機押出量をメルトポンプの生産を要件に動力学的に
適合させることが重要である。
溶融状態材料のあまりに少量を押出す場合は、１供給量
子足”から望ましくない結果を引き起こし、押出すｉが
多過ぎる場合には押出機の上流端に溶融材料の望ましく
ガい逆流を生じる。
従って、押出機のパラメータ、押出機と歯車ボンプとの
回転異速度は押出機の押出量をメルトポンプの処理景に
適合させるように選ぶ。この適合を行えば、メルトポン
プと押出機との系の結合が下記第１表に略述する如き代
表的形状寸法の先行技術の従来系により達成し得る条件
で低嵩密度熱可塑性材料に必要な吐出系を与えることが
確実である。
ヤ　　　　　　　　亨　　　　　　　　【　　　　　　
　　マヘ　　　　　　　　−−喝 実験（第２Ａ、２Ｂ表）は、１０％フィルム粉末再生材
料（リグラインド）を純の又は未使用の顆粒状樹脂押出
機供給材料に加えることにより２０チ以下の嵩密度の低
下となり、関連した供給速度の２０％以下の低下に至り
得ることを示した。
このように、未使用の又は純の樹脂供給量が満足な押出
品を与える場合に、粉末再生材料を加えれば量が顕著に
減少するか又は不満足な押出特性すら得られる。純の４
１７４脂供給量が境界線的押出品又は限界量を与える場
合には、粉末再生材料の添加は通常不可能である。
本発明の方法はスクリュー供給及び溶融プロセスを計量
プロセスから分離する。この系は溶融供給スクリュー、
メルトポンプ、付随するアダプターを付けた押出機と制
御系とから成る。固体運搬（供給）機能を計量プロセス
から分離することにより、スクリューの利用を最適に行
ない固有の原料制限で材料の供給特性を一層満足するこ
とができ、またフィルム粉末再生材料の添加に付随する
問題を補うこともできる。この系はスクリューサージン
グ、高溶融温度、１１合体劣化の問題を排除することが
でき、それにより優れた製品品質が得られる。
第２Ｂ表 固体運］般装慣ニーデザイン ホツバ− ＋１　　１　　Ｌ／Ｄ ＋　２　　　１−３Ａ　　Ｌ／Ｄアクシアルスクリュー ＋１　　アドバンスト（Ａｄｖａｎｃｅｄ）リート”　
　　１．３５Ｘ直径＋２　　アドバンスト　リード　　
　　　　　　１．３７５　Ｘ直径４１−３　　　スクエ
ア（Ｓｑｕａｒｅ）リード　　　　　１．　ｏ　ｏ　ｘ
ｉ’、径第３表は２−％”　ＮＲＭ押出機を使用し、メ
ルトポンプを付けた場合と付けない場合とについて得ら
れた実験データを略述する。メルトポンプを付けないで
操作した場合、押出サージングが起こって溶融温度がか
なり高くなった。メルトポンプを管路に加えた場合に、
メルトポンプからの生産量が極めて均一になり、溶融温
度が大きく下がった。
第３表 実験データ 押出Ｙ１．’＜　　、　Ｌｂ＋ｙ４１ｒ（Ｋｖ／Ｈｒ）
　　９２Ｌ４（４４，６）　　　　９７．５（４４，２
）ＲＰＭ　　　　　　　　　１００　　　　１００溶融
温度、　。Ｆ’（’Ｃ）　　　　　　４１０＊（２１０
）　　　３６１　（１８４）頭部圧力、　ｐｓｉ（Ｋｐ
／ｍ２）　　２！ｓｏｏ　（１７６）　　１ｏｏ／３７
ｓｏ（ｙ／２６４）バレル帯＋ｉ　、’Ｆ（’Ｃ：）　
　　　　２４０　　（１１６）　　　２５９　　（１２
６）帯＋２．’Ｆ（’Ｃ）　　　２６６（１３ｏ）　　
２５８（１１４）帯＋ｓ　、　。Ｐ（℃）　　　２８０
　（１３８）　　２７４　（１３４）アダプター＋　１
．　。Ｆ（’Ｃ）　　　２８８　（１ｊ２）　　　２７
４　　（１３４）メルトポンプ、下（’Ｃ）　　　　　
　　　　　　　　３３５　（１６８）アダプター４Ｐ２
．下（℃）　　　　　　　　　　　２６６　（１３０）
＊溶融温度が高過ぎてフィルムに加工することができな
かった。
２％”ＮＲＭ押出機−１６；１Ｌ／Ｄ 溶融装置付スクリュー−供給　　４５Ｄ転移　　４．０
Ｄ 計量　　５．０Ｄ 混線　　２．４Ｄ リード１．４ＸＤ＝１５インチ 空冷バレル 材料−ＭＩ２．Ｄ、嵩密度２４．８０Ｇ１’？、ＳＮ−
７０４２顆粒状ＬＤＰＥ
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の方法を実施するのに適した装置の構成
成分を示す略縦断面図である。 第２図は本発明の方法を低嵩密度の熱ｏＪＩＪ性材料に
関して実施する際に第１図に示す型の押出機に用いるこ
とのできるマルチ−セクション押出機スクリュー装置を
示す略側面図である。 ＋１：””−′。 、＜”’−”＼ 同　　　　倉　橋　　　暎（、 手続抽圧−１ｉｉ 昭和５８年１０月２５日 ４ｆ許庁長官え；杉和夫殿 事イノ（の表示　　昭和５８年　特願第１６６８１５　
　号補正をする者 事件との関係　　　　　　　　　　特許出願人名称　　
　ユニオン・カーバイド・コーポレーション代理人 補正の対象 柑順鴇カ発−明−者−出願ノー金１− 明細書の発明力名称−’ｒｒ牟晴求の範囲・−発明の詳
細な説明の欄補正の内容　　別紙の通り １、　明細書１２頁下から７行の「外面フルート」を「
混練部表面上縦方向に十分伸びるように配列した血とラ
ンドとの父互の手段によって形成される外面フルート」
に訂正する。 ２　同２０頁最下行の「スクエア（５ｑｕａｒｅ　）リ
ード」を１スクエア（５ｑｕａｒｅ　）リード’　ｊ　
ニＵ正する。 ３、　同同頁最下行の下に「※軸方向リードがスクリュ
ーの直径に等しい。」を挿入する。 ４　第２図を添付図面に代える。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、　供給、転移、計量部とメルトポンプとを有し、前
    記供給部は通常用いられるよりも深さが比較的に深いス
    クリューの谷底及び／又は大きなスクリューのピッチ及
    び／又は大きなスクリューの長さを有し、それによって
    供給部を通る容積処理量を増加して加工する材料の前記
    低嵩密度を補いかつ十分に材料の充満した計量部を与え
    、前記押出機からの押出物を続けて上流の流路部材を通
    してプロセスの材料処理量を制御するに役立つ回転メル
    トポンプの入口に通し、そこから溶融材料を下流の流路
    部材を通してダイ部材に及びダイ部材を通して排出する
    回転ミキサー型押出機を用いて低嵩密度熱可塑性材料を
    押出ダイ手段を通して可塑化及び吐出する方法。 ２、前記計量部を出る前記材料を、次に、表面中縦に十
    分伸びるように配列した溝とランドとの又互の手段によ
    り形成される多数のフルートを有し、かつ材料を押出機
    から排出するに先立って十分完全に溶融及び混練するこ
    とのできる混線部を通過させる特許請求の範囲第１項記
    載の方法。 ３、　供給、転移、計量部とメルトポンプとを有し、前
    記供給部は通常用いられるよりも深さが比較的に深いス
    クリューの谷底及び／又は太きガスクリユーのピッチ及
    び／又は大きなスクリューの長さを有し、それによって
    供給部を通る容積処理量を増加して加工する材料の前記
    低嵩密度を補いかつプロセスの材料処理量を制御するこ
    とができるのみならず十分に材料の充満した計量部を与
    え、前記押出機からの押出物を続けて上流の流路部材を
    通してプロセスの材料処理量を制御するに役立つ回転メ
    ルトポンプの入口に通し、そこから溶融材料を下流の流
    路部材を通してダイ部材に及びダイ部材を通して排出す
    る回転ミキサー型押出機を用いて低嵩密度熱可塑性材料
    を押出ダイ手段を通して可塑化及び吐出する方法。 ４．　前記計量部を出る前記材料を、次に、表面中縦に
    十分伸びるように配列した溝とランドとの交互の手段に
    より形成される多数のツルートラ有し、かつ材料を押出
    様から排出するに先立って十分完全に溶融及び混練する
    ことのできる混線部を通過させる特許請求の範囲第６項
    記載の方法。 ５、供給、転移、計量部とメルトポンプとを有し、前記
    供給部は通常用いられるよりも深さが４０チ以下深く々
    つたスクリューの谷底、４０％以下大きくなったスクリ
    ューのピッチ、７５％以下大きくなったスクリューの長
    さを有し、それによって供給部を通る容積処理量を増加
    して加工する材料の前記低嵩密度を補いかつプロセスの
    材料処理量を制御することができるのみならず十分に材
    料の充満した計量部を与え、前記押出機からの押出物を
    続けて上流の流路部材を通してプロセスの材料処理量を
    制御するに役立つ回転メルトポンプの入口に通し、そこ
    から溶融材料を下流の流路部材を通してダイ部制に及び
    ダイ部材を通して排出する回転ミキサー型押出機を用い
    て低嵩密度熱可塑性材料を押出ダイ手段を通して可塑化
    及び吐出する方法。 瓜　前記計量部を出る前記材料を、次に、表面中縦に十
    分伸びるように配列した溝とランドとの交互の手段によ
    り形成される多数のフルートを有し、かつ利料を押出機
    から排出するに先立って十分完全に溶融及び混練するこ
    とのできる混線部を通過させる特許請求の範囲第５項記
    載の方法。
JP58166815A 1982-09-13 1983-09-12 低嵩密度プラスチツクの可塑化及び吐出方法 Pending JPS5968221A (ja)

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