JPS6051417B2 - 熱可塑性気泡材料の押出のための混合・冷却装置 - Google Patents

熱可塑性気泡材料の押出のための混合・冷却装置

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JPS6051417B2
JPS6051417B2 JP55107615A JP10761580A JPS6051417B2 JP S6051417 B2 JPS6051417 B2 JP S6051417B2 JP 55107615 A JP55107615 A JP 55107615A JP 10761580 A JP10761580 A JP 10761580A JP S6051417 B2 JPS6051417 B2 JP S6051417B2
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holes
extruder
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は。
合成の熱可塑性気泡材料たとえばポリスチレンやポリチ
レンやポリプロピレン等の押出品たとえばシートや管の
製造に関する。従来技術によれば、熱可塑性樹脂は、１
またはそれ以上のスクリュを持つた押出機のバレル内で
．圧力を受けて連続的に溶融つまり溶解させられる。該
押出機は、シートに対しては平らな、また管に対しては
丸い狭い押出し開口を有する押出ヘッドを端に備えてい
る。上記バレルの中間部において、通常は液体である揮
発性発泡剤、たとえば．フレオン（登録商標）やペンタ
ンが溶解した樹脂の中へ連続的に注入される。そして、
上記押出機は、発泡剤を溶融樹脂の中へできるだけ均一
に溶解させるように設計されている。好適にも、上記樹
脂は、該溶融した樹脂の中に均一に分散した非，常に微
細な粒子の状態で、たとえばタルクやクエン酸や重炭酸
ナトリウムのような適当な核剤を含有することができる
。押出機のスリットへの通路において、溶融材料、発泡
剤の揮発を防止させるために必要な高い圧力を受ける。
押出口を通過すると同時に、上記材料は大気圧にまで圧
力が下げられて、上記発泡剤は上記材料の中で気泡とな
つて分離し、所望の気泡材料をつくる。このようにして
得られた気泡材料の性質は、押出温度に強く影響される
ということが知られている。
もし押出温度が高かすぎるならば、上記気泡はつぶれて
一様でなくなり、その比重（密度）は理論的に得られる
値に対して好ましくないほど高くなり、そしてその機械
的強度は貧弱になる。原則として溶解材料に含まれる発
泡剤の割合が高ければ高いほど、押出し温度は低くしな
ければならない。なぜならば、そうしないと、押出され
たばかりの樹脂の粘性が、該樹脂から遊離するガスによ
る破壊圧に対抗するには不充分となることがあるからで
ある。低い密度（４）．１ｙ／ＴＬ，ｌ以下）の気泡材
料を得るためには、十分な割合の発泡剤を使用すること
が必要であるから、押出温度を低くするという問題は非
常な重要性を有する。押出ヘッドを冷却するということ
は、主としてこのようにして得られた気泡材料の気泡構
造があらく、均一であるということから遠いために、所
望の結果を得るには不充分であるということが今までに
示されている。
均一な構造を得るために今までに最も普通に使用されて
いる装置は、押出機バレルの最後の部分を冷却するよう
なものである。たとえば、本出願人によるイタリア特許
第８３１，６的号公報（相当する英国特許第１，２３１
，５３５号および仏国特許第１，６００，０１吋）には
、溶解材料を入れているバレルの中間領域に少なくとも
一つの発泡剤の噴射機を備え、該領域は、水ジャケット
からなる第１冷却帯と、冷却機システムにより冷媒が供
給される冷却コイルからなる第２（最後）冷却帯とによ
り付随されるようにした熱可塑性気泡材料のための押出
機が記載されている。しかしながら、このような強烈な
冷却をしても、溶解材料の温度を、最適な結果を得るた
めに必要とする値にまで下げることは不可能である。実
際、上記材料が冷却帯を通過するときに、その粘性が増
大し、それゆえ１またはそれ以上のスクリュの作用によ
る摩擦熱がまた増大する。それゆえ、材料の温度は、押
出しに好適な低い値からまだかけ離れているけれども、
もはや低下しない安定した状態が生じる。上記スクリュ
の回転速度を適当に減少することにより、このような不
利益を部分的に取り除くことは可能である。しかしなが
ら、この処置によれば、この押出機の毎時当りの生産性
は減少する。高い温度の溶解材料を供給する第１の押出
機に対して別の押出機において冷却を行ない、該押出機
においては１またはそれ以上のスクリュは低速で回転す
るようにした補償処置がある。このような方法で得られ
た気泡材料の品質は許容することができる。しかしなが
ら、高いイニシアルコストはさておいても、第２の押出
機を運転する費用は、第１の押出機のそれよりも低くな
ることはめつたにない。この発明の主たる目的は、上記
不利益を除去することである。
特に、この発明の一つの目的は、材料の流れはその粘性
の増加にもかかわらず、最小の摩擦を受け、それにより
摩擦熱の増大を最小にし、そして同時に十分に均一な冷
却を受けた材料が得られて、押出し時に材料が一様に所
望の低い温度を有するような発泡剤を含む溶解材料のた
めの冷却システムを提供することである。この発明の他
の目的は、前記目的を達成できる上に、低いイニシアル
コストとランニングコストを有する単純でコンパクトな
装置を提供することである。さらにまたこの発明の他の
目的は、゛合成の熱可塑性材料の従来の押出機に簡単に
適用できる装置を提供することである。他の目的や利点
は、以下の記述から明らかになるでしよう。上記目的を
達成するために、この発明は、半径方向の小孔を有する
１対の管状シリンダブロック２６，２８を備え、上記シ
リンダブロック２６，２８は押出機バレル連結用のヘッ
ドプレート３４と押出ヘッド連結用のヘッドプレート３
６とによつて、障壁としての円板２４の両面に向かつて
軸方向に一直線上に締め付けられ、上記円板２４は軸方
向に１つの丸い穴２２を有し；また、上記管状シリンダ
ブロック２６，２８内で、密閉されて回転できる前進ス
クリュー２０を備え、上記前進スクリュー２０は、上記
押出機のスクリュー１２と連結できて、該スクリュー１
２の延長部を構成し、さらに上記前進スクリュー２０は
、上記円板２４の穴２２の中で密閉しながら回転できる
中間障壁部２『を有し；また、上記二つのヘッドプレー
ト３４，３６を密に連結する管状ケーシング３０を備え
て、該管状ケーシング３０は上記二つの管状シリンダブ
ロック２６，２８の小孔を有する部分を外側から取り囲
むようにして管状収集通路３２を形成し、また、上記二
つの管状シリンダブロック２６，２８に対して冷却剤と
しての液体を循環させるための上記ヘッドプレート３４
，３６、管状シリンダブロック２６，２８および円板２
４における通路５２，５４，５６，６２の系を備える熱
可塑性気泡材料の押出のための混合・冷却装置を新規に
提供するものである。
以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。
第１図において、１０は一つあるいはそれ以上のスクリ
ュの持ちうる押出機である。この押出機は、この実施例
の場合には、第２図において１２と１４とに示すように
相互にかみあつて共に回転する二つのスクリュを備える
。上記押出機のバレル１６の中間の部分の内側には、発
泡剤の噴射装置１８が開口している。上記スクリュ軸１
４は、通常の形で、円錐形の先端部１４″を有する（第
２図参照）。一方、上記スクリュ軸１２の自由端の中に
は、この発明の装置２１の前進スクリュ２０のねじ付シ
ャンク２『をねじ込んでいる。上記スクリュ２０は、上
記押出機の二つのスクリュ１２，１４から到着する材料
の一続きの材料の流れを搬送するために、２条のねじを
有し、かつ比較的長いピッチを有する。上記スクリュ２
０のピッチと直径は、その全長に渡つて一定である。第
２Ａ図に示されているように、上記スクリュ２０の中間
障壁部である中間部２『はねじが設けられていなく、か
つこの中間部２『は、円板である環状円板２４の相当す
る軸方向の穴を密閉しながら回転して、上記円板２４を
通り越すスクリュに沿う材料の直線的通行に対する障壁
を形成するようになつている。この部分２『は上記スク
リュ２０を該部分２『の上流側に位置した供給部２０Ａ
とその下流側に位置した搬送部２０Ｂとに区画する。も
し望むならば、上記中間部２０″は、上記スクリュのそ
れと反対方向のねじ、あるいは上記材料の直線的通行を
少なくとも実質”上防止できる他の構成を有するように
してもよい。上記円板２４の反対側の両面は、熱伝導性
の良い金属材料たとえばアルミニウムで作られた一線上
に配置した二つの管状シリンダブロックの一例である円
筒状ブロック２６，２８に向かい合うようにしている。
上記スクリュ２０の各部分２０Ａ，２０Ｂは該各ブロッ
ク内を密閉しながら回転することができる。上記ブロッ
クと円板とのアッセンブリは、該アンセンブリの回りに
上記スクリュ２０と同軸の管状収集通路３２を形成する
円板ケーシング３０により取り囲まれている。上記ブロ
ック２６，２８は、中心に穴を有する環状ヘッドプレー
ト３４，３６と、該ヘッドプレートを貫通して上記ケー
シングにねじ込まれたボルト３９とにより上記円板２４
をはさんで締め付けている。上記ヘッドプレート３４，
３６の各々は、夫々管状ハブ３４Ａ，３６Ａを備え、該
各ハブは外側に向いていて、夫々先端を取付けフランジ
３４Ｂ，３６Ｂとしている。
上記押出機１０のバレル１６に対するこの発明に係る装
置に取付けは、第２図に示されている。第２図において
、３８は両端にフランジが取り付けられ、上記バレル１
６の自由端に二つの締め付け用半環４０，４『により固
定されるアダプターを示している。同様に、フランジ３
４Ｂは、二つの締め付け用半環４２，４２″により上記
アダプターに固定されている。第２図から明らかなよう
に、上記アダプターの作用は、結局全部の流れが上記ス
クリュ１２の延長部を構成する上記搬送つまり前進スク
リュ２０により搬送されるように、上記スクリュ１４か
ら来る材料の流れを集めて、それを上記スクリュ１２か
ら来る流れに引き渡すことである。上記ハブ３４Ａは内
側が円いシリンダ形状をしており、上記．ブロック２６
，２８および円板２４と同じ内直径つまり上記搬送つま
り前進スクリュ２０の外直径と略等しい直径を有する。
第２Ａ図に示すように、上記スクリュ２０の部分２０Ｂ
は、上記ヘッドプレート３６のハブ３６Ａお中へ少し入
り込んでいて、この部分において、上記ハブ３６Ａは上
記ブロック２８と同じ内直径を持つている。上記ハブ３
６Ａのフランジ３６Ｂは、丸や環や平面や細長い口等所
望の横断面を有する押出しノズル４６Ｂを端に有する第
２Ｂ・図に示す押出しヘッド４６の入口側端部４６Ａに
締め付け用半環４４，４４″による固定している。上記
ヘッド４６には、押出し温度を制御するために温度検出
針が侵入しており、また、この発明の装置２１の入口に
おける材料の温度を検出するために、図示しない同様の
検出針が上記アダプター３８内に設けられている。上記
二つのブロック２６，２８は、第２Ａ図に示すように、
互いに同一であり、上記円板２４の反対側に取り付けら
れるのが好ましい。
それらの各々は、非常に多くの半径方向の孔５０を持つ
ており、該孔は軸方向に互いに続いている複数の円形リ
ング状に配置されるのが好ましい。これらのノリングの
一つは、第３図で見ることができる。図を明らかにする
ために、第３図を表わしたリングは互いに比較的離れた
孔５０を１２個だけ有するが、実際には、たとえば１２
０ｗ０ｎの直径を有するスクリュ２０の場合のリングに
つき３４個の孔を持つ、ような密の分布状態にするのが
好ましい。また好ましくは、上記各ブロックの孔の横断
面における全面積は、該ブロックの内円筒面の少なくと
も５０％の面積にすべきだ。さらにまた、上記孔５０は
全て同じ直径を有するのが好ましい。各ブロック２６，
２８は複数の孔５２により軸方向に貫通されており、該
孔は第３図に示されるように上記孔５０の間に一様に配
置されている。
そして、これらの長手方向の孔５２は、上記円板２４の
相当する孔５４および上記各ヘッドプレート３４，３６
の孔５６と一線上に並んでいる。上記各ヘッドプレート
の外側面に対して、夫々、縦断面Ｃ字形状のカラー５８
，６０を密にボルト締めして、該カラーが上記面と共に
、上記ヘッドプレートの孔５６と連通する環状室６２を
形成するようにしている。上記各カラーは、運転時に上
記材料が上記スクリュ２０の供給部２０Ａによる推し進
められている間、上記ブロック２６，２８が都合のよい
温度に維持されて、ます各細い半径方向の流れの形でブ
ロック２６の孔５０を通り抜ける流れが夫々ブロックに
より冷却されるように、図示しない液体冷却回路たとえ
ばオイル回路に接続するためのネジ付開口６４，６６を
備える。これら各半径方向の流れは、軸方向上記ブロッ
ク２８の方へ向いた一つの環状流れを形成するための収
集通路内で、互いに再合流してまじり合う。この場所か
ら上記材料は上記ブロック２８の孔５０を通過する各半
径方向の流れに再分割されて、夫々再び冷却される。上
記ブロック２８の出口で、これらの流れは、該ブロック
２８の内面が上記スクリュ２０の部分２０Ｂのねじ山に
より掃かれるような非常に効率のよい方法で、もう一度
互いに合流してまじり合う。このことは、全く完全な均
一性ということに帰着して、このように均一化して材料
は、上記部分２０Ｂにより押出ヘッド４６へと前進させ
られる。上記冷却液の流通の割合は、上記検出針４８に
より測定した温度の関数として調整される。もし温度が
高すぎるならば、上記流通は増大させられ、また逆の場
合は逆にされる。最善の結果を得るためには、いくつか
の詳細な条件を観察するのが望ましい。
第１に、上記各ブロック２６，２８の半径方向の孔５０
の数に関係なく、該孔の直径は３ｗ！ｎ以下にすべきで
はない。
さもなければ、耐ええない圧力降下の危険がある。一般
に、押出機の能力により、上記孔５０の直径は３ｗｎ（
成形処理材料４０〜５０ｋ９／ｈの能力の場合）から１
０Ｔｆ＄Ｌ（２５０ｋ９／ｈの能力の場合）の範囲内で
選択されるべできである。さらに、上記孔５０の長さと
直径との比は、また関連する。
この比（１／ｄ）は略１２を越えなくて、４より小さく
ないことが望ましい。以下の表は実際的指針を提供しよ
うとするものである。さらに、この発明によれば、上記
各ブロックにおける複数の孔の全面積と上記スクリュ２
０のピストン面積との比を考慮する方が得策である。上
記ピストン面積は差（πＲ２−πＲ２）を意味する。こ
こでＲは上記スクリュ２０のねじ山の半径、ｒは該スク
リュの中心部の半径である。上記比は１より大きくて２
より小さいのが好ましい。さもなければ、冷却性は悪化
し、この装置を通るための圧力降下は増大する。この発
明によるこの装置の均質にするといる効果は、各ブロッ
クにおける孔５０の数を増大すると明らかに増大する。
しかしながら、それは、また上記収集通路３２の形と半
径方向の巾により、無視できない程影響される。過度に
大きな半径方向の巾については、上記ブロック２６から
出て来る半径方向の流れは、少ししか衝突しなく、それ
ゆえ不足した混合状態で互いに合流する。上記収集通路
３２の半径方向の巾を適当に制限することによつて、上
記通路内における軸方向の流れの強さは増大されて、こ
の流れと上記ブロック２６を通過する各半径方向の流れ
との衝突状態が人工的に創り出されて、均質性が改善さ
れる。第２Ａ図に示すように、上記ブロック２６，２８
と円板２４との外径が一定であるとすれば、上記収集通
路３２の半径方向の巾は、その二つの端の各々から上記
円板２４の周囲の中央円筒状区域３２″に向けて増大す
るのが好ましい。さらにまた、上記通路の各端の巾は、
該端にある半径方向の孔５０の直径の１乃至１Ｊ倍に等
しいのが好ましい。最後に、上記円筒状区域３２″の横
断面における上記通路の面積は、各ブロック２６，２８
における複数の孔５０の全面積の０．９乃至１．５倍で
あるのが望ましい。この条件のもとでは、上記収集通路
３２における材料の軸方向の流れは、上記半径方向の孔
５０の各々の所における局部的擾乱によりほんの僅か圧
力降下するにすぎない。そうだから、良好な均質化と低
い圧力降下という相反する要求が申し分のない方法で満
たされる。低い圧力降下という言葉は、摩擦を最小限に
するということと共に、当然に摩擦熱を最小限にすると
いうことを表わすことに注目されたい。このことは、こ
の発明の装置の冷却と均質化に関する効率についての全
く有利な点である。一例として、１２０ＴＷＬの直径を
持つスクリュ（中心コアつまり円心部の直径８０Ｔｆｒ
１ｎ）に関しては、以下の寸法が提案される。
ブロック２６，２８については、長さ約１３０？、外直
径２６０Ｔ１ｒＩｎとなり、７ＷｆＬの直径を有する半
径方向の複数個の孔５０は、１４個のリングに配分され
、該各リングは夫々３４個の孔を持つ。
そして、これは以下の数値に帰着する。すなわち、（比
１／ｄ）＝１０；全孔の面積１８，３２６Ｔ！Ｕｉ；ピ
ストン面積５，５００Ｔｎ１ｔ；（２つの面積の比）＝
３．３３となる。収集通路については、（各端の半径方
向の巾）＝１０ｗ； （上記円筒状区域３２″の横断面
積）＝１７．６００ＴｒｉＬ；（上記面積と上記各ブロ
ックの複数の孔の全面積との比）＝０．９６となる。
上記円板２４の厚さは、５０７０７７！に等しい。
上記寸法を有する装置は、毎分８．５乃至２８回転のス
クリュ速度でもつて１８０乃至２２０ｋｇ／ｈのポリス
チレン気泡材料を生産する本出願人のツインスクリユ押
出機ＲＣ４ｌ／Ｅに使用される。データをとつたテスト
において、９０℃のオイルで冷却された本発明に係る上
記装置は、毎時２２０ｋｇの材料を約１４０℃から約１
１８℃まで一様に冷却した０．０２９乃至０．０３０ｑ
／ｍｌの範囲の一様な密度を有する気泡材料を生産でき
ることが分つた。
この発明は上記実施例に限定されないことはいうまでも
ない。
特に、上記部分２０Ａ，２０Ｂにおいてねじがない部分
２『に向けて、上記各孔付ブロック２６，２８の全長に
渡つてあるいはその全長の一部に沿つて、上記スクリュ
２０の中心部の直径を徐々に増大させるならば好都合で
ある。また、上記複数の径方向の孔の一様な配分および
直径は少なくとも構造上の観点からは好まし，いけれど
も、該孔の配分および／または直径は変えることもでき
る。上記ケーシング３０は、収集通路３２を流れる材料
からの熱の分散を増大させるために、外側にフィンをつ
けることもできる。しかしながら、上記材料の冷却とい
う目的のために、上記ケーシング３０を実際上あてにす
るといることは、賢明であるとは思われない。というの
は、このような冷却においては、上記通路３２の流れに
冷たい皮が形成される危険があるからである。さらにま
た、上記スクリュ２０の部分２『の直径と上記円板２４
の穴２２の直径とは、たとえば上記スクリュ２０の中心
部の直径値に縮小することもできる。しかしながら、第
２Ａ図に示す設計の方が、上記アッセンブリを分解しな
いで上記スクリュを簡単に取り外せるので、好ましい。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明に係る装置を装備した熱可塑性気泡材
料の押出機の側面図、第２図は押出バレルに対するこの
装置の取り付け部分の軸断面図、第２Ａ図は第２図の延
長部であり、この発明に係る装置の軸断面図、第２Ｂ図
は第２Ａ図の延長部であり、第２Ａ図の装置を通つて供
給される押出ヘッドの概略図、第３図は第２Ａ図の■−
■線横断面図である。 １２，１４，２０・・・・・・スクリュ、１６・・・・
・・バレル、２４・・・・円板、２６，２８・・・・・
・ブロック、３４，３６・・・・・・ヘッドプレート、
３８・・・・・・アダプター、４６・・・・・・ヘッド
、５０，５２・・・・・・孔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半径方向の小孔を有する１対の管状シリンダブロッ
    ク２６、２８を備え、上記シリンダブロック２６、２８
    は押出機バレル連結用のヘッドプレート３４と押出ヘッ
    ド連結用のヘッドプレート３６とによつて、障壁として
    の円板２４の両面に向かつて軸方向に一直線上に締め付
    けられ、上記円板２４は軸方向に１つの丸い穴２２を有
    し；また、上記管状シリンダブロック２６、２８内で、
    密閉されて回転できる前進スクリュー２０を備え、上記
    前進スクリュー２０は、上記押出機のスクリュー１２と
    連結できて、該スクリュー１２の延長部を構成し、さら
    に上記前進スクリュー２０は、上記円板２４の穴２２の
    中で密閉しながら回転できる中間障壁部２０″を有し：
    また、上記二つのヘッドプレート３４、３６を密に連結
    する管状ケーシング３０を備えて、該管状ケーシング３
    ０は上記二つの管状シリンダブロック２６、２８の小孔
    を有する部分を外側から取り囲むようにして管状収集通
    路３２を形成し、また、上記二つの管状シリンダブロッ
    ク２６、２８に対して冷却剤としての液体を循環させる
    ための上記ヘッドプレート３４、３６、管状シリンダブ
    ロック２６、２８および円板２４における通路５２、５
    ４、５６、６２の系を備える熱可塑性気泡材料の押出の
    ための混合・冷却装置。 ２ 上記特許請求の範囲第１項に記載の装置において、
    上記各管状シリンダブロックの半径方向の複数個の小孔
    の全面積は該ブロックの円筒面の少なくとも５０％にな
    つて、上記スクリュのピストン面積よりも大きくしたこ
    とを特徴とするもの。 ３ 上記特許請求の範囲第２項に記載の装置において、
    上記全面積は上記ピストン面積の少なくとも２倍に等し
    いことを特徴とするもの。 ４ 上記特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに
    記載の装置において、上記半径方向の小孔の直径は３ｍ
    ｍから１０ｍｍであり、該小孔の比（長さ／直径）は４
    から１２であることを特徴とするもの。 ５ 上記特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに
    記載の装置において、上記管状収集通路の半径方向の巾
    は、該管状収集通路の各端から上記円板の囲りの中心円
    筒部に向けて増大するようにしたことを特徴とするもの
    。 ６ 上記特許請求の範囲第５項に記載の装置において、
    上記管状収集通路の各端における巾は、該端に開口して
    いる上記半径方向の小孔の直径の１乃至１．５倍にした
    ことを特徴とするもの。 ７ 上記特許請求の範囲第５項または第６項に記載の装
    置において、上記中心円筒部の横断面における上記管状
    収集通路の面積は、上記各ブロックの孔の全面積の０．
    ９乃至１．５倍になるようにしたことを特徴とするもの
    。 ８ 上記特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに
    記載の装置において、上記中間障壁部を除いては、上記
    前進スクリュのピッチと直径は一定にしたことを特徴と
    するもの。 ９ 上記特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに
    記載の装置において、上記前進スクリュの中心部の直径
    は、中間障壁部に向けて増大するようにしたことを特徴
    とするもの。 １０ 上記特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか
    に記載の装置において、上記中間障壁部は、上記円板の
    穴内で密閉しながら回転できる円柱状のねじのない部分
    からなることを特徴とするもの。 １１ 上記特許請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれ
    かに記載の装置において、該装置は熱可塑性気泡材料の
    押出機に設けたことを特徴とするもの。
JP55107615A 1979-08-06 1980-08-05 熱可塑性気泡材料の押出のための混合・冷却装置 Expired JPS6051417B2 (ja)

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