JPS602174B2 - 単軸押出成形機用スクリユ - Google Patents

単軸押出成形機用スクリユ

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JPS602174B2
JPS602174B2 JP56054956A JP5495681A JPS602174B2 JP S602174 B2 JPS602174 B2 JP S602174B2 JP 56054956 A JP56054956 A JP 56054956A JP 5495681 A JP5495681 A JP 5495681A JP S602174 B2 JPS602174 B2 JP S602174B2
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JP
Japan
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screw
flight
resin
raw material
flights
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JP56054956A
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JPS57169337A (en
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和之 中村
忠基 酒井
豊治 田村
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Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/505Screws
    • B29C48/535Screws with thread pitch varying along the longitudinal axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/505Screws
    • B29C48/53Screws having a varying channel depth, e.g. varying the diameter of the longitudinal screw trunk

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、単軸押出成形機用スクリュに関するものであ
る。
単軸押出成形機としては、樹脂原料をその物性を損うこ
となく均質に混練、分散して外観が良好な製品を能率よ
く押出すことができるものが要求される。
このため、従来から、以下に示すような各種のスクリュ
が使用されている。最も一般的に使用されているスクリ
ュは、第1図に示すように、供給部A、圧縮部B及び計
量部Cから成る1条フルフライト型スクリュ1である。
しかしながら、このスクリュ1では、押出量を増加させ
るためにスクリュ回転数を増大させると、供V給部Aに
おける固体樹脂量が増加し、このため圧縮部Bにおける
溶融能力が不足する。従って、計量部C中に未溶融樹脂
が混入し、混練・分散不足のために製品品質が低下する
。このため、押出量を増加させて高能力押出しで作動さ
せることには限界があった。上記のような1条フルフラ
ィト型スクリュの混練・分散不足を改善するために、第
2図に示すように、1条フルフラィト型スクリュの計量
部Cの一部分にバリア部Eを設置したバリア型スクリュ
2が米国特許第3486192号‘こ開示されている。
このバリア型スクリュ2は、バリア部Eにおいて禾溶融
樹脂と溶融樹脂との分離作用を行なわせると共に局所せ
ん断効果が得られるようにしたものであるが、スクリュ
回転数を増大して高能力押出しとすると、バリア部Eに
大量の未溶融樹脂が充満して、その目的とする効果が十
分に得られず、結果的にある程度以上押出量を増大する
ことができなかつた。更に別の従来のスクリュとして、
第3図に示すように、1条フルフラィト型スクリュの圧
縮部Bに未溶融樹脂と溶融樹脂とを分離するダムフラィ
ト部Fを設置したダムフラィト型スクリュ3が特公昭4
2一11505号に開示されている。
しかし、このようなダムフライト型スクリユ3では、ス
クリュ回転数を増大して高能力押出しとすると、ダムフ
ラィトF部が形成するソリッドチャンネル内に未溶融樹
脂が充満し、大量の未溶融樹脂はダムフラィト部Fでせ
き止められてスクリュ先端側に輸送されず、溶融化した
溶融樹脂のみが押出される構造となっており、押出量が
ダムフラィト部Fにおける溶融能力に直接的に規制され
るので、ダムフラィト部Fの溶融能力以上には押出量を
増大することができないという問題点があった。本発明
は、従来の単軸押出成形機用スクリュにおける上記のよ
うな問題点に着目してなされたものであり、樹脂原料の
物性を損なうことなく、均質に混練・分散された良好な
押出物を高能率に押出すことのできる単軸押出成形機用
スクリュを得ることをその目的とするものである。
以下、本発明をその実施例を示す添付図面の第4,5,
6及び8図に基づいて説明する。
第4図に示す本発明によるスクリュ10は、フライト部
分G、フライト部分日、フライト部分1及びスクリュ部
分Jから成っている。
フライト部分Gには、スクリュ基端部からスクリュ先端
方向に樹脂原料を移送するように順方向に形成された3
条のフライト11,12及び13が設けられている。フ
ライト11,12及び13のリードはスクリュ径Dにほ
ぼ等しく、またフライト部分Gの敵方向長さはスクリュ
蓬Dのほぼ2び音にしてある。フライト部分日には、フ
ライト11,12及び13からそれぞれ連続して日頃方
向に形成されたフライト11′,12′,13′(フラ
イト13′は第4図では裏側に位置するため示されてい
ないが第5図には示されている)が設けられているが、
フライト11′,12′及び13′のりードはスクリュ
軽Dのほぼ4倍にしてあり、またフライト部分日の轍方
向長さはスクリュ径Dにほぼ等しくしてある。フライト
部分1には、フライト11′,12′及び13′からそ
れぞれ連続して逆方向(樹脂材料を後方に移送する方向
)に形成されたフライト11″,12″及び13″(フ
ライト13″は第4図では裏側に位置するため示されて
いないが第5図には示されている)が設けられているが
、フライト11″,12″及び13″のりードはスクリ
ュ蓬Dのほぼ4倍にしてあり、またフライト部分1の鞠
方向長さはスクリュ蓬Dにほぼ等しくしてある。これら
のフライト11,I1′,11″,12,12′,12
″,13,13′及び13″が形成するスクリュみぞの
深さhはスクリュ径○の6%〜12%の範囲内から選択
されたある値としてあり、従来のスクリュみぞ(一般に
Dの15%以上)よりも浅くしてあり、これによってス
クリュみそ内の樹脂原料全体に強いせん断作用が働くよ
うにしてある。フライト11′,1r,12′,12″
,13′及び13″の外蚤D2はフライト11,12,
13の外蓬D,よりも多少4・さくしてあり(シリンダ
とフライトとのすきまが数倍になる程度)、これによっ
てフライト11′,11^,12′,12″,13′及
び13″の頂部によって樹脂原料に強い局所的せん断作
用を働かせるようにしてある。スクリュ部分Jには1条
のフライト14が形成してあり、このフライト14によ
って溶融樹脂を最終的に均質化して一定押出量で押し出
すようにしてある。次に、本発明によるスクリュの作用
について説明する。
第4図に示すスクリュ10を所定のシリンダ内に組み込
んで回転させ、ホッパーから樹脂原料を投入すると、樹
脂原料は3条のフライト11,12及び13を有するフ
ライト部分Gにおいて急速に溶融・混練される。溶融・
混糠されて70〜80%溶融が終了した樹脂原料は、次
いで、フライト部分日及び1に送られ、ここで更に完全
に溶融・混練されると共に分散作用を受け、スクリュ部
分Jへと送り込まれる。樹脂材料はスクリュ部分Jにお
いて最終的に均質化されると共に計量され、単位時間当
り所定量の樹脂が押し出される。上述したフライト部分
Gにおいて樹脂原料が急速に溶融・濃練される作用につ
いて更に詳細に説明する。
第6図にフライト部分Gにおける樹脂原料の溶融状態を
示す。シリンダ15内に投入された粒状の樹脂原料は〜
3条のフライト11,12及び13が形成する浅いス
クリュみそ内で、シリンダー5からの伝熱によって加熱
されると共に、スクIJュ10の回転に伴なつて多条の
フライト11,12及び13が樹脂原料全体に作用する
せん断作用によって加熱される。このため、粒状の樹脂
原料は、非常に早い時期に、互いに溶着して樹脂原料間
の境界が消滅した固体相16を形成し、この固体相16
はシリンダー5との接触部分から溶融していき、溶融相
17及び溶融樹脂プールI8を形成していく。このよう
な溶融状態が得られることは次のようにして実際に確認
した。すなわち、スクリュ蓬D=65肋の単軸押出成形
機に本発明によるスクリュみそ深さ3.劫枕〜7.8豚
(Dの6%〜12%)のスクリュを組み合わせ、押出し
運転中にスクリュを急停止させ、シリングを急冷し、ス
クリュみぞ内に樹脂を付着させたままスクリュを引き抜
き、樹脂原料の溶融挙動を観察した。その結果を第6図
に示したのである。比較のために、第1図に示した1条
のフルフラィト型スクリュ1(スクリュ径D=65側、
スクリュみぞ深さh=IQゆくDの15%))を用いた
場合の樹脂原料の溶融挙動を第7図に示す。この場合は
、スクリュみぞが深いため、個々の粒の境界がまだ明瞭
な固体樹脂19は、シリンダ15に近い部分にのみ強い
せん断作用を受け、これによる発熱とシリンダー5から
の伝熱によって溶融化し、溶融相20及び溶融樹脂プー
ル21を形成していく。また、フライトは1条であると
共に樹脂原料の熱伝導率は小さいため、スクリュみぞの
中間部付近の樹脂原料への伝熱作用はほとんど期待でき
ない。従って、樹脂原料の溶融の進行は遅い。次に、第
8図(シリンダに組み込んだ状態のスクリュ10の第5
図と同様部分の断面図)に、フライト部分日及び1にお
ける樹脂原料の混練・分散状態を示す。
フライト部分Gにおいて早い段階で溶融化されると共に
混練・分散作用を受けた溶融樹脂(固体相及び溶融相が
混じり合った状態にある)は、フライト部分日のフライ
ト11′,12′及び13′による推進力及びフライト
部分1のフライト11″,’2″及び13″による逆方
向の推進力によって混練されると共にフライト11′,
12′,13′,11″,12″及び13″とシリンダ
との間の局所的せん断力及び浅いスクリュみぞ内でのせ
ん断力による作用を受けて、溶融相17中に固体相16
が細い帯状に分散した状態となる。このように分散され
た個体相16は温度の高い溶融相17からの伝熱によっ
て容易に溶融化され、結局溶融樹脂は十分な混練・分散
作用を受ける。また、本発明によるスクリュでは、前述
のようにフライト部分G,日及び1は連続的に形成して
あり、これによってフライトの頂部における局所的せん
断作用がより効果的に発揮できるようにしてある。
もし各フライト間に不連続部があると、溶融樹脂及び未
溶融樹脂は単に不連続部を通過するだけであり、十分な
局所的せん断効果を得ることができず、また溶融化及び
濃練・分散作用に必要なスクリュみぞ内樹脂圧力が確保
できないこととなる。本発明によるスクリュ(スクリュ
みぞ深さhがスクリュ径Dの5%〜12%の範囲にある
もの)と第1図に示した従来のスクリュ(スクリュみぞ
深さhがスクリュ蓬Dの15%のもの)とを用いて最大
の押出量がどのように相違するかを実験したところ、本
発明によるスクリュは従来のものよりも約75%高能率
とすることができるという結果が得られた。
この1原因は、前述のように、スクリュみぞがスクリュ
隆Dの15%程度まで深くなるとスクリュみぞ内に存在
する固体相が厚くなって溶融し‘こくくなるということ
である。従って、スクリュみぞが浅いほど樹脂原料をよ
り早く溶融させることができることになるが、スクリュ
みぞが浅くなりすぎると(スクリュ律Dの6%以下程度
)、スクリュみぞの断面積が小さくなって樹脂移送量が
逆に減少するので、スクリュみそがスクリュ蓬Dの12
%で以下であっても6%よりも更に小さくすることは実
用的でない。本発明によって樹脂原料の溶融を促進する
ことができるもう1つの原因は、多条フライトによって
樹脂を固体相を多くの部分に分割し、溶融相との接触部
分を多くして溶融相の粘性発熱をより多く利用するよう
にしてあると共により強いせん断作用が得られるように
してあるからである。なお、上記実施例では、順方向フ
ライト部分日の長さと逆方向フライト部分1の長さとは
等しくしてあるが、この比率は、樹脂原料に対する所望
の混練・分散度に応じて、及び押出物の所望の樹脂温度
に応じて、変えることができる。
逆方向のフライト部分1の長さを大きくすると混糠・分
散作用は強くなり、逆に順万向のフライト部分日を良く
すると渡練・分散作用は弱くなる。また、フライトのリ
ード角を変えることによっても混線・分散作用の度合を
調節することができる。また、スクリュ部分Jにミキシ
ング型スクリュを設置すると、この部分における混糠・
分散作用をより強くすることができる。
以上説明してきたように、本発明によると、単軸押出成
形機のスクリュを、樹脂原料を前方に移送する順方向に
形成された第1の多条フライトを有する第1のフライト
部分と、第1の多条フライトからそれぞれ連続して順方
向に形成された第2の多条フライトを有する第2のフラ
イト部分と、樹脂原料を後方に移送する逆方向に第2の
多条フライトからそれぞれ連続して形成された第3の多
条フライトを有する第3のフライト部分と、第3のフラ
イト部分の前方に設けられた1条のフライトを有するス
クリュ部分とから構成すると共に、第1,2及び3の多
条フライトによって形成されるスクリュみぞの深さをス
クリュ径の6%〜12%としたので、樹脂原料を早い段
階から効率良く溶融させることができると共に十分且つ
均一な混練・分散作用を与えることができ高品質の製品
を得ることができるようになる。
従って、スクリュ回転を速くしても、従来のように未溶
融樹脂の妨筈作用は現われず、単位時間当りの押出量を
増大することができ、単軸押出成形機の高能力化を図る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1,2及び3図はそれぞれ従来のスクリュを示す図、
第4図は本発明によるスクリュを示す図、第5図は第4
図に示すスクリュのV−V線に沿う断面図、第6図は第
4図に示すスクリュによる樹脂溶融状態を示す断面図、
第7図は第1図に示すスクIJュによる樹脂溶融状態を
示す断面図、第8図は第4図に示すスクリュのV−V線
に沿う断面部分における樹脂溶融状態を示す図である。 10…スクリユ、11,12,13,11′,12′,
13′,11″,12″,13″,14・・・フライト
、15・・・シリンダ、16・・・固体相、17・・・
溶融相、18…溶融樹脂プール。第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 樹脂原料を前方に移送する順方向に形成された第1
    の多条フライトを有する第1のフライト部分と、第1の
    多条フライトからそれぞれ連続して順方向に形成された
    第2の多条フライトを有する第2のフライト部分と、樹
    脂原料を後方に移送する逆方向に第2の多条フライトか
    らそれぞれ連続して形成された第3の多条フライトを有
    する第3のフライト部分と、第3のフライト部分の前方
    に設けられた1条のフライトを有するスクリユ部分とか
    ら成ると共に、第1,2及び3の多条フライトによって
    形成されるスクリユみぞの深さがスクリユ径の6%〜1
    2%であることを特徴とする単軸押出成形機用スクリユ
JP56054956A 1981-04-14 1981-04-14 単軸押出成形機用スクリユ Expired JPS602174B2 (ja)

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WO1988001227A1 (en) * 1986-08-19 1988-02-25 Alzner Bernard G Plasticising extruder screw
US4964730A (en) * 1986-08-19 1990-10-23 Alzner Bernard G Plasticating extruder screw
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