JPS6241015A - 熱可塑性樹脂成形用スクリユ− - Google Patents

熱可塑性樹脂成形用スクリユ−

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JPS6241015A
JPS6241015A JP60180846A JP18084685A JPS6241015A JP S6241015 A JPS6241015 A JP S6241015A JP 60180846 A JP60180846 A JP 60180846A JP 18084685 A JP18084685 A JP 18084685A JP S6241015 A JPS6241015 A JP S6241015A
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JP
Japan
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resin
screw
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shearing
mixing
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Toyoichi Takubo
豊一 田久保
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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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
    • 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
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱可塑性樹脂成形用の押出装置に用いられる
熱可塑性樹脂成形用スクリューに関する。
〔背景技術とその問題点〕
熱可塑性樹脂から押出成形、ブロー成形、射出成形など
によりシート、フィルム、容器などの各種成形品が得ら
れるが、これらいずれの成形分野においても、樹脂の加
熱、(容器、混練を充分に行う上には押出装置のスクリ
ューの構造が重要な要因となっている。
従来の最も一般的なスクリューでは、例えば第1図に示
されるような樹脂供給側から樹脂押出側に向かって順次
、供給部1、圧縮部2および計量部3が設けられたフル
フライトメタリンゲスクリユーの如く、圧縮比を大きく
することにより溶融樹脂の混練を充分に行うことを主目
的としていた。
したがって、樹脂の混練は充分に行われるものの、圧縮
比が大きく高剪断を伴うために幾つかの問題点を有して
いた。即ち、圧縮比が大きく高剪断を伴うと、高速成形
の際に樹脂圧が変動しやすくなり、高品質の成形品を安
定して得ることができない。また、高速押出成形した場
合、混練が充分に行われるということは、スクリューの
先端部付近において樹脂が大きな剪断応力を受け、この
高剪”断出力に伴い改械的な発熱が生して樹脂温度が必
要以上に上昇して低粘性となり、樹脂劣化を招いて成形
品の物性を低下させ、さらに、押出成形では引取りやサ
イジングが困難となり、射出成形では鼻たれが発生した
りする。
また、高速押出においては、スクリューの駆動に要する
動力が大きく、この9)+力が樹脂温度の上昇の原因と
なる。従って、この駆動エネルギー、更には樹脂温度の
過熱を防止するために外部から冷却することが必要とな
り、省エネルギーの点、冷却のための設備を要する等の
点で大きな問題となっており、その解決が望まれている
特にこれらの問題は、熱可塑性樹脂のうちでもポリプロ
ピレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリカーボネート
、ポリスチレン等であって、比較的分子量分布が狭い等
の要因から生ずるニュートニアン剪断特性(高剪断速度
下で比較的高い溶融粘度を示す特性)を示す熱可塑性樹
脂の場合に大きな問題となる。
このため、圧縮比を比較的小さくし、場合によっては1
以下として剪断発熱の発生を抑えた構造のスクリューも
種々提案されているが、いずれの場合も混練が不充分と
なり、その結果、樹脂温度の不均一化を招くとともに各
種添加剤の分散も不充分となり、良好な成形品を得るこ
とが困難であり、利用範囲は極めて制限されている。
ところで、本出願人は、これら従来技術の問題点を解決
するため1、スクリューの圧縮部を比較的小さな圧縮比
にした緩圧締部を備えた新規な技術を既に提案しており
(特願昭59−266398号)、本発明はこれと同様
の目的を有し、更に改良したものである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来は両立させることの困難であった
充分な混練性と高い成形安定性とを両立させ得るスクリ
ュー構造を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
樹脂供給側から樹脂押出側に向かって順次、供給部、圧
縮部、剪断部および応力媛和部を設けるとともに、前記
剪断部の樹脂供給側および押出側の少なくとも一方に混
合部を配することにより、剪断応力の蓄積を抑えながら
充分な混練がなされるようにして前記目的を達成しよう
とするものである。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に基づきながら更に詳細に説明する
まず、本発明に用いる熱可塑性4F、I脂としては特に
制限されるものでなく、たとえば高μ度ポリエチレン°
、高圧法低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、エチレン又はプロピレンと他のα
−オレフィンとの共重合体、ポリスチレン、ポリアミド
、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、
ポリ゛アクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフ
ェニレンオキサイド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリ
フェニレンサルファイド、ポリケトンなどを例示するこ
とができる。なかでも、ポリプロピレン、直鎖状低密度
ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン等であ
って、比較的分子■分布が狭い等の要因で生ずるニュー
トニアン剪断特性(高剪断速度下で比較的高い溶融粘度
を示す特性)を示す熱可塑性樹脂の場合に好適に用いら
れる。なぜならばこれらの樹脂は、押出機中の高剪断域
における粘度が高く、この高粘度の樹脂を押出すために
はスクリュー動力消費景が大きくなり、押出生産性が低
くなって製造コストが高くなるからである。
更に剪断発熱に基づく樹脂温度の上昇により、樹脂の劣
化や添加材の劣化、分解を生じる虞れがある。
また、本発明に用いられる樹脂のうち、押出された溶融
樹脂の透明性、光沢等を改良するものの対象となる樹脂
としては、ポリプロピレン、エチレン等のα−オレフィ
ンを20ffift%以下共重合したランダムポリプロ
ピレン、直鎖状低密度ポリエチレン等がある。これらの
樹脂は、その結晶化によって透明性が本当に優れた成形
品シート、フィルムを製造することは非常に困難であっ
た。
第2図には本発明に係る熱可塑性樹脂成形用スクリュー
の−・例が示され、図中、樹脂供給側から樹脂押出側に
向かって順次、供給部11、圧縮部12)剪断部13、
混合部14および計量部15が設けられている。
前記供給部11に図示しないシリンダの樹脂供給口から
樹脂ベレットが供給され溶融可塑化されながら、スクリ
ューの推進力により圧縮部12へと圧送される。供給部
11は、通常は圧縮比lのストレートスクリューが用い
られる。また、圧縮部12は、スクリューの溝深さが順
次浅くなることで圧縮比が高められ、この圧縮比は3以
下、好ましくは2.5以下の緩圧薄部として構成され、
この部分で溶融樹脂は丁縮される。圧縮比が3を越える
と圧縮部12の端部、即ち剪断部13に至る前の部分で
の剪断応力が大きくなり、樹脂温度の上昇、剪断応力の
蓄積、ブレーキアップ現象等が生して好ましくない。従
って、供給部11から圧縮部12に至る部分に用いられ
るスクリューの形式は、緩圧縮型であればどのようなも
のでもよく、等ピッチで溝深さが変化するタイプ、溝深
さ一定でピンチが変化するタイプでもよい。いずれにし
ても供給部11および圧縮部12では、樹脂の供給、溶
融の作用が行われ、次のステージへあまり激しい混練を
与えることなく送りこむことが望ましい。しかし、圧縮
比があまり小さいと、例えば供給部11および圧縮部1
2を通じて15以下になると、樹脂の不必要な滞留を招
くとともに、初1iJI rfi練不足をきたすので好
ましくない。
剪断部13は、トーピードまたは周面に軸方向の条溝加
工をしたトーピードの変形であり、ここで溶融樹脂の流
れに抵抗が与えられ、比較的短時間の剪断により溶融樹
脂の均一熔融、混練がなされる。この剪断部13と、ス
クリューを収納する図示しないシリンダとの間の間隙は
、橿めて小さくされて剪断が大きくなるようにされてい
る。また、剪断部13の長さは、通常、スクリュー直径
りの0,2〜2倍、好ましくは0.3〜1.5倍であり
、スクリューとシリンダーとの平均空隙断面積は、供給
部11の平均空隙断面積の例えば1/2〜1/10好ま
しくは1/3〜1/8の範囲である。しかしながら、こ
れらの値は、樹脂の種類、区間長さ等によって最適のも
のを選定することが必要である。この際、剪断部13が
トーピードであれば構造が最も簡易である。
次に、この剪断部13に間接する混合部14は、単数若
しくは複数の歯車、ダルメージ(周面に螺旋角の大きい
不連続の浅溝多重ねじを切ったもの)、多角形、フルー
テッド(スクリュー軸に平行に数本の縦溝を設けたもの
)およびこれらの種々の組み合わせ等であり、この混合
部14の外径は、剪断部13の外径に略等しいが谷部が
かなり小さくされ、シリンダとの間隙も大きくされてい
る。従って、ここでは溶融樹脂にはスクリューによる推
進力は加わらず、樹脂の残留応力が緩和されて専ら溶融
樹脂の混合のみが促進される。このように、混合部14
が剪断部13の樹脂押出側に配置されていれば、混合部
14で一旦媛和された剪断応力が剪断部13で再び上昇
されてしまうという事がなく、この点では効率的である
計量部15は圧縮比2〜0.5、好ましくは1゜6〜0
.8のスクリュー構造であり、ここで溶融樹脂の計量(
吐出用の調整)が行われるとともに、溶融樹脂中になお
残留する剪断応力が緩和され、更に、溶融樹脂の冷却の
均一化も行われる。ここでは残留剪断応力を除去するこ
とが主目的であり高混練、高剪断は生しさせないような
構造である。
なお、本明細書中における圧縮比とは、各々の構造部に
おける「(樹脂流入端部の溝深さ)(樹脂押出端部の溝
深さ)」を意味する。
ここにおいて、前記剪断部13よりも樹脂押出側、即ち
混合部14および計量部15により応力緩和部が構成さ
れている。この際、正確には図示の剪断部13と混合部
14との間の部分も応力緩和部に含まれるものであり、
要は、剪断部13により与えられる剪断応力が開放或い
は緩和される部分を指称するものである。この応力緩和
部の長さは、その構造によっても異なるが、緩和が充分
達成される長さ、通常、スクリュー直径りの4〜15倍
である。
本発明の押出g Wにあっては、スクリューの全長しと
直径りとの比L/Dは、15〜40、好ましくは20〜
39となるように設計される。また、本発明の使用に際
しては、供給部11のシリンダー内壁(特にライナ一部
)には軸方向に溝加工することもでき、これによりペレ
ットのスムースな供給が可能になる。
このような本発明の一例では、樹脂押出側(先端側ある
いはノズル側)における溶融樹脂の剪断応力が充分に減
少しでいるため、樹脂圧の変動が少なく、たとえ高速押
出を行っても、安定性良く、偏肉精度に優れた成形を行
うことができる。また、そのため、均質で、表面特性が
良好で、樹脂によっては透明性も良好な高品質の成形品
を安定して得ることができる。
しかも、混練自体は充分に行われているので、添加剤の
分散も均一となり、この点からも均質な成形品を得易い
。また、高速押出しが可能であるのは、剪断発熱が抑え
られるため、樹脂劣化が起こりに<<、樹脂温度が低く
均一化しているからであり、更に過熱防止のための冷却
手段も不要となって省エネルギーに適する。
第3図には本発明に係る熱可塑性樹脂成形用スクリュー
の第2の例が示されている。この例では剪断部13の両
側にそれぞれ混合部16および17が設けられている。
混合部16.17のスクリュー軸方向の長さは、例えば
、樹脂押出側の混合部17の方が樹脂供給側の混合部1
6の2〜数倍とされ、混合部16でまず予備的に混合が
促進され、混合部17で更に混合が充分に行われるとい
うものであってもよい。
第4図には、本発明の更に異なる例が示されている。こ
の例では、計量部18が多条ねし構造とされている。ま
た、図示しないが、計量部15゜1日には部分的にねじ
のない部分を設けてもよいし、計量部15.18の先端
部付近に混合部が付加されていてもよい。更には、圧縮
部12に多条ねし部が付加されていてもよい等、本発明
には種々の変形例が含まれる。
実施例および比較例 第1表に示すところの本発明に係るスクリューA、本発
明とは異なるスクリューBを用いて、種々の条件下で押
出成形を行った結果を第2表に示した。用いた樹脂は、
ポリプロピレンにあっては出光ポリプロピレン、F70
 ON、Ml  (/ルトインデノクス)7g/10分
、出光石油化学(株)製であり、ポリカーボネートにあ
っては出光ポリカーボネート、A3000、分子量29
00第1表 *スクリューA、B、Cともに、L/D=26、D=5
0mm、ピッチ50mmである。
*市スクリエーAの混合部は、スクリュー軸方向の長さ
!が18mmで15山の歯車を、間隔dが14mmで3
枚並べて構成した(第5図参照)。
この第2表からも判るように、同等回転数の例で比べれ
ば、本発明の実施例の方が比較例に比べて比エネルギー
の値が小さくて省エネルギーが図れ、また、樹脂温度が
低くて均一であるために樹脂の劣化もなく、特に、スク
リュー先端樹脂圧の変動も少ないことから高速押出を行
っても成形安定性が究めて優れている偏肉のないフィル
ムやシートを製造できることが判る。
〔発明の効果〕
上述のように本発明よれば、従来は両立させることの困
難であった充分な混練性と高い成形安定性とを両立させ
得るスクリュー構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の一般的なスクリューを示す側面図、第2
〜4図はそれぞれ本発明に係る熱可塑性樹脂成形用スク
リューの互いに異なる例を示す側面図、第5図は混合部
の一例の一部を示す拡大側面図である。 11・・・供給部、12・・・圧縮部、13・・・剪断
部、14.16.17・・・応力緩和部の一部を構成す
る混合部、15.18・・・応力緩和部の一部を構成す
る計量部。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)樹脂供給側から樹脂押出側に向かって順次、供給
    部、圧縮部、剪断部および応力緩和部が設けられ、前記
    剪断部の樹脂供給側および押出側の少なくとも一方には
    混合部が設けられていることを特徴とする熱可塑性樹脂
    成形用スクリュー。
  2. (2)特許請求の範囲第1項において、前記剪断部はト
    ーピードであることを特徴とする熱可塑性樹脂成形用ス
    クリュー。
  3. (3)特許請求の範囲第1項または第2項において、前
    記圧縮部は圧縮比が3以下の緩圧縮部であることを特徴
    とする熱可塑性樹脂成形用スクリュー。
  4. (4)特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに
    おいて、前記応力緩和部は圧縮比が2〜05であること
    を特徴とする熱可塑性樹脂整形用スクリュー。
  5. (5)特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに
    おいて、前記混合部が剪断部の樹脂押出側に設けられて
    いることを特徴とする熱可塑性樹脂成形用スクリュー。
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EP86111300A EP0213510B2 (en) 1985-08-16 1986-08-14 Screw for molding thermoplastic resin
US06/896,902 US4729666A (en) 1985-08-16 1986-08-15 Screw for molding thermoplastic resin having a stress relaxation section

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6780349B1 (en) * 1999-05-26 2004-08-24 Robert Bosch Gmbh Method for producing ceramic green bodies

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