JPS6249845B2 - - Google Patents
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- JPS6249845B2 JPS6249845B2 JP56174661A JP17466181A JPS6249845B2 JP S6249845 B2 JPS6249845 B2 JP S6249845B2 JP 56174661 A JP56174661 A JP 56174661A JP 17466181 A JP17466181 A JP 17466181A JP S6249845 B2 JPS6249845 B2 JP S6249845B2
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- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
本発明は、低エネルギー押出ポンプシステムの
ための二条ねじ付溶融スクリユウ（「押出スクリ
ユウ」とも称する）に関し、その独特の二条ねじ
付溶融スクリユウを備えた押出機と、その押出機
からの押出物をポンプ送りする低エネルギー回転
歯車ポンプとを組合せたことを特徴とする溶融／
ポンプ送りシステムに関する。 押出スクリユウは、通常、特定の機能を達成す
るように特別に構成された形態の複数の区間を有
している。例えば、「供給」区間、および「計
量」区間は、基本的な重要な区間であり、熱可塑
性ポリマーを処理するためのほとんどすべての押
出機に設けられている。 通常の押出スクリユウの供給区間は、ペレツト
または粉末状のポリマーを押出機へ導入するため
の供給開口の下にあり、そこから前方に延長して
いる。ポリマーはスクリユウの供給区間によつて
押出機バレルの内部に沿つて前方へ送られる。こ
の供給区間におけるスクリユウの溝の深さは、通
常、固形ポリマーを過剰供給するのに十分な深さ
である。そのような過剰供給は、ポリマー粉子を
押固め、加圧して固形材料層として前進させる作
用をするという点で望ましい。 ポリマー材料はスクリユウの供給区間を通して
送られるにつれて、材料の混練により熱が生じ、
その溶融が進行する。実際には、溶融の大部分
は、押出機バレルの内壁面の近くでポリマー材料
の薄い溶融物膜と固形層との界面において生じ
る。この一般的な溶融パターンは、ポリマーの相
当部分が溶融状態に達するまで継続する。通常ポ
リマーの約40〜70％が溶融すると、固形層が解体
し、この時点で固形ポリマーの粉子がポリマー溶
融物内に分散する。それ以降は、溶融を加速し、
局部的な不均一を最少限にするためにはポリマー
溶融物を未溶融ポリマーと密に混合させるのが有
利なことが多い。 押出スクリユウの「計量」区間は、その特別機
能として溶融ポリマーにポンプ送り作用を及ぼ
す。通常、押出スクリユウの処理量即ち押出量
は、一般に計量区間の「前進流」と「圧力流」と
の組合せの関数であると考えられている。 前進流は、基本的にはスクリユウと押出機バレ
ルの内壁面との間の相対運動によつてひき起され
る流れであり、平均相対速度とスクリユウ溝の断
面積の積に比例すると考えることができる。この
前進流成分は、スクリユウの出口端の方向に向う
流れであり、スクリユウの回連速度を高めるこ
と、および／またはスクリユウの溝の深さを大き
くすることによつて増大させることができる。 圧力流成分は、押出機通路の狭められた出口開
口を通つて流れる材料の流れ抵抗から生じるもの
であり、前進流とは逆方向の成分である。スクリ
ユウの速度は背圧流成分には直接的には影響を及
ぼさないが、背圧や材料の粘性などの要素に影響
を及ぼし、それらの要素が結局圧力流成分に相当
な影響を及ぼす。一方、圧力流は、スクリユウ溝
の深さおよび長さの両方から直接影響される。即
ち、溝の深さが増大すると圧力流成分が大きく増
大し、溝の長さが増大すると圧力流成分が減少す
る。 押出スクリユウは、上述の基本的な「供給」区
間と「計量」区間のほかに、幾つかの他の区間を
備えている場合がある。ほとんどすべてのスクリ
ユウは、例えば「転移」区間を有しており、ま
た、下流に、「混合」区間を備えていることが多
い。 高押出量の可能な押出機を使用する傾向が何年
来続いており、高押出量が安定して得られる場合
多くの応用例において生産面でのいろいろな経済
性が可能であることが認められている。 本発明の目的は、押出量を増大させるための、
および／または熱可塑性合成材料の溶融、押出
し、およびポンプ送りにおける処理温度を低下さ
せるための溶融スクリユウおよび溶融／ポンプ送
りシステムを提供することである。 略述すれば、本発明の二条ねじ付溶融スクリユ
ウは、ポリオレフインのような熱可塑性合成材料
を低エネルギーで溶融し押出すためのものであつ
て、導入供給区間と、転移区間と、計量区間と、
混合区間とを順次に備えており、該各区間は、実
質的に均一な外径と、ねじ山幅と、リードを有し
ており、供給区間、転移区間および計量区間にお
いて高いねじ山ピツチを有しており、転移区間の
スクリユウのねじの谷底深さは供給区間における
比較的深い谷底深さから計量区間における比較的
浅い、谷底深さへと漸次減少しており、該混合区
間のスクリユウは、材料を押出機から排出する前
に実質的に完全に溶融し混合させることができる
ように該スクリユウの表面に長手方向に交互に延
設された凹部とランドによつて固定された複数の
溝を有するものであることを特徴とする。 本発明の溶融／ポンプ送りシステムは、上記二
条ねじ付溶融スクリユウおよびそれを囲包する外
側ハウジングを有する溶融押出機と、該押出機の
排出端のところに配設され、押出機からの押出物
を通すブレーカープレートと、押出機の下流に配
設され、押出物をダイへポンプ送りするための回
転歯車ポンプと、該ブレーカープレートとポンプ
の入口との間に連結され押出物をポンプの入口へ
通す上流側アダプタと、ポンプとダイとの間に連
結され押出物をポンプからダイへ通す下流側アダ
プタとから成ることを特徴とする。 従来の押出スクリユウは、本発明が企図する低
エネルギー溶融による効率を達成するのには有用
でないことが判明した。本発明による溶融スクリ
ユウは、比較的短い、二条ねじ付きの、効率の高
い溶融スクリユウである。本発明の方式によれ
ば、材料のポンプ送り（圧送）を、高圧押出機に
依存せず、押出機の下流に押出機と縦列関係をな
して配置した溶融物ポンプ（歯車ポンプ）によつ
て行い、押出機からの押出物を該ポンプを通して
成形ダイへ送る。 例えば米国特許第4137023号に記載されている
ように、押出機と歯車ポンプ（溶融物ポンプ）と
を組合せて作動させ、押出機によつて材料の溶融
および混合を行わせ、材料のポンプ送り作用は別
途に歯車ポンプによつて行わせるようにすること
はすでに知られている。 しかし、従来の技術は、そのようなシステムと
して押出機と歯車ポンプを組合わせる場合に押出
機またはポンプにどのような改変を必要とするか
については何ら教示していない。本発明は、低エ
ネルギー押出／ポンプ送りシステムを構成するた
めに押出機を特定の溶融物歯車ポンプと組合せる
のに適したものとするには押出機をどのような構
成とするべきか（特に押出スクリユウに関する限
定、スクリユウの各区間の組合せ）を論ずるもの
である。 本発明は、熱可塑性合成材料の処理のための低
エネルギー式押出／ポンプ送りシステムに使用す
る溶融押出機にはその各区間の独特の組合せを必
要とすることを見出したことに基くものである。 即ち、本発明は、押出／ポンプ送りシステムを
構成するために歯車ポンプと組合せる押出機には
二条ねじ付溶融スクリユウを使用すべきであるこ
とを見出した。更に、このスクリユウは、供給区
画と、転移区間と、計量区間と、混合区間を上流
端から下流端へ順次に備えたものとする。スクリ
ユウの各区間は、均一な外径と、ねじ山幅と、リ
ードを有しており、供給区間、転移区間および計
量区間において高いねじ山ピツチを有しており、
転移区間のスクリユウのねじの谷底深さは供給区
間における比較的深い谷底深さから計量区間にお
ける比較的浅い谷底深さへと漸次減少したものと
する。 各区間のねじ山のピツチは、従来技術において
使用されているピツチよりははるかに高いものと
する。例えば、2.5in（64mm）径のスクリユウの
場合、従来のねじ山のピツチは2.5in（64mm）で
あるのに対して本発明においては3.5in（89mm）
のピツチとする。 混合区間のスクリユウの表面には複数の外部溝
を刻設し、各溝の上流端は開放させ、下流端は閉
鎖する。この混合区間のスクリユウの内部にその
全長の相当部分に亘つて軸方向の内部通路を形成
し、好ましくは上記外部溝を画定するランドとラ
ンドの間に形成した複数の半径方向の連絡通路に
よつて該軸方向内部通路とスクリユウの外面とを
連絡させる。 添付図には本発明の押出スクリユウが例示され
ているが、この押出スクリユウは通常の装置に組
入れて、即ち、慣用の枠体と、水平バレルと、供
給ホツパと、駆動装置と、ブレーカープレートな
どと組合せて使用することができる。例としてあ
げれば、この押出スクリユウは、第２図に示され
るような、米国特許第4155655号および4053143号
に開示された型式の装置に組入れることができ
る。 第１，２図を参照すると、装置が示されてい
る。この装置は、材料導入ホツパ１１を備えた押
出機ハウジング即ちバレル１０と、該ハウジング
内に配設されており、後端に駆動部１４を有する
二条ねじ押出スクリユウ１２と、ねじ山１５ａ，
１５ｂと、駆動部１４のすぐ下流の供給区間１６
と、その下流につづく、ねじ深さが漸次変化して
いる転移区間１８と、その下流の計量区間２０
と、最下流端に設けられた末端溝付混合区間２２
を有している。 スクリユウの供給、転移および計量区間は、い
ずれも同じリード（リード＝ピツチ／条数）の二
条ねじを有している。各区間のピツチはＲF，Ｐ
T，ＰMで示されている。在来の押出スクリユウに
用いられている小さいピツチ／直径比とは異り、
本発明による場合ピツチ／直径比を大きくするこ
とにより比較的短時間のバレル内滞留中に溶融さ
せるのに必要なエネルギーを材料に付与しうるよ
うに３つの押出スクリユウ区間をいずれも二条ね
じとすることが肝要である。 押出すべき熱可塑性材料（図示せず）は、特定
の形（例えばペレツト、粒子、果粒、粉末等の
形）で供給区間１６の上流端２４の近くで押出機
ハウジング１０に通される。かくして、材料は均
一な谷底深き即ち溝深さＨFを有する供給区間１
６に通され、供給区間内でまず押しつぶされ圧縮
されて材料内に熱を生じ、転移区間１８へ通され
るまでに固形材料の溶融が始まる。 転移区間においてはスクリユウの溝の深さはＨ
Fの値から計量区間２０の溝深さＨMの値にまで漸
次減少している。ポリマー材料は、転移区間を通
る間、最初はすでに溶融している材料と固形の押
つぶされた粒状材料との界面との間で溶融しつづ
け、固形粒状材料が解体して材料の小粒子が大部
分溶融している材料の本体内に分散されるに至
る。 溶融材料の以後の機械的加工（圧縮、混練）お
よびポンプ送り（圧送）は、スクリユウの計量区
間２０内において行われ、そこから大部分溶融し
た材料溶融物が最終区間、即ち混合区間２２へ送
られる。この混合区間は、米国特許第3730492号
に記載された「アウトサイド・イン型溝付混合ヘ
ツド」と称される型式のものであり、材料が外側
溝から半径方向の通路を通して中央の軸方向内部
通路へ導かれ、そこから混合区間の下流端を通し
て排出されるようになされたものである。 完全に溶融した材料の最終混合および完全物質
化は、混合区間で行われる。材料は、幾つかの流
れに分割されて各々溝形導入通路２６へ次々に流
入し、通路２８からそれらの間にある回転方向で
みて先行側のランド２８を超えてスロツト３０内
へ圧送される。スロツト３０は、混合区間２２の
中央軸方向内部通路（図示せず）に連通してい
る。従つて、各スロツト３０に流入した溶融材料
の流れは、該ロツトを通じ中央軸方向内部通路内
で合流し、混合区域から軸方向にスクリユウの排
出端の排出通路３２を通して排出される。排出さ
れた材料は、押出機１０からブレーカープレート
３４を通り溶融物（歯車）ポンプ４０の上流側ア
ダプタ３６を通つて該ポンプの入口通路３８内へ
流入する。 この溶融物ポンプは、例えば米国特許第
4032391号に記載された型式のものであり、本体
即ちハウジング４２と、その中に配置された１対
の平行な、互いに反対方向に回転するように噛合
された回転歯車４４，４６とから成つている。こ
れらの歯車は、ポンプの入口通路３８からの入来
材料をポンプの内部室（図示せず）の内壁部分の
周りを通して送る。ポンプ歯車の周りを通して送
られた溶融物流れは排出通路４８内で合流して１
つの流れとなり、ポンプから吐出される。 溶融物ポンプから吐出された溶融材料は、下流
側アダプタ通路５０を通り、ダイアダプタ５２を
通つてダイ部材５４へ通される。 本発明の低エネルギー押出ポンプ送り装置のた
めの押出機と溶融物ポンプの組合せを選択するに
当つては、その装置の用例に応じた供給またはポ
ンプ送り条件が充足されるように配慮することが
肝要である。その場合ダイ組立体の所要圧力およ
び押出量によつて、その押出ポンプ送り装置全体
の用例要件を充足するのに必要な溶融物ポンプの
容量がきめられる。溶融物ポンプの選定は、装置
の溶融および混合所要量によつてきめられる。こ
の意味で、押出機がポンプの入口へ該ポンプの押
出所要量の材料を正確に供給するように押出機を
溶融物ポンプに適合させることが肝要である。溶
融材料の押出量が少いと、供給不足による不都合
が生じ、反対に押出量が多過ぎると、溶融物ポン
プが溢れて押出機の上流端へ溶融材料の逆流を生
じる。 従つて、押出機の諸パラメータおよび押出機と
歯車ポンプの回転速度差（アダプタ３６内に配置
した圧力トランスデユーサ制御器によつて測定さ
れる）は、押出機の押出量がポンプの押出量とを
適合させるように選定しなければならない。この
適合が設定されたならば、従来技術の押出機に必
要とされるエネルギー所要量よりは低いエネルギ
ーでの押出機の作動を可能とし、それによつて低
温および低圧の押出機作動（低エネルギー）を可
能にし、本発明の押出機と溶融物ポンプのシステ
ム組合せが、在来のシステムにおけるよりはるか
に低いエネルギー消費量で所要の押出／ポンプ送
りを達成することを可能にする。 本発明の装置は、粒状形態の任意の熱可塑性材
料またはそのブレンドを処理するのに実施するこ
とができる。 本発明の例として、一方の押出機には本発明の
溶融型スクリユウを装備し、他方の押出機には在
来のスクリユウを装備してそれらの押出機を４つ
の異る回転速度で作動させ、一連のテストを実施
した。これらのテストは、いずれも、2.0のメル
トインデツクスを有する高圧法低密度ペレツト状
ポリエチレン樹脂を用いて、圧力250psi（17.6
Kg／cm2）、バレル温度240〓（116℃）で実施し
た。それらのテストの結果は表に示されてい
る。
ための二条ねじ付溶融スクリユウ（「押出スクリ
ユウ」とも称する）に関し、その独特の二条ねじ
付溶融スクリユウを備えた押出機と、その押出機
からの押出物をポンプ送りする低エネルギー回転
歯車ポンプとを組合せたことを特徴とする溶融／
ポンプ送りシステムに関する。 押出スクリユウは、通常、特定の機能を達成す
るように特別に構成された形態の複数の区間を有
している。例えば、「供給」区間、および「計
量」区間は、基本的な重要な区間であり、熱可塑
性ポリマーを処理するためのほとんどすべての押
出機に設けられている。 通常の押出スクリユウの供給区間は、ペレツト
または粉末状のポリマーを押出機へ導入するため
の供給開口の下にあり、そこから前方に延長して
いる。ポリマーはスクリユウの供給区間によつて
押出機バレルの内部に沿つて前方へ送られる。こ
の供給区間におけるスクリユウの溝の深さは、通
常、固形ポリマーを過剰供給するのに十分な深さ
である。そのような過剰供給は、ポリマー粉子を
押固め、加圧して固形材料層として前進させる作
用をするという点で望ましい。 ポリマー材料はスクリユウの供給区間を通して
送られるにつれて、材料の混練により熱が生じ、
その溶融が進行する。実際には、溶融の大部分
は、押出機バレルの内壁面の近くでポリマー材料
の薄い溶融物膜と固形層との界面において生じ
る。この一般的な溶融パターンは、ポリマーの相
当部分が溶融状態に達するまで継続する。通常ポ
リマーの約40〜70％が溶融すると、固形層が解体
し、この時点で固形ポリマーの粉子がポリマー溶
融物内に分散する。それ以降は、溶融を加速し、
局部的な不均一を最少限にするためにはポリマー
溶融物を未溶融ポリマーと密に混合させるのが有
利なことが多い。 押出スクリユウの「計量」区間は、その特別機
能として溶融ポリマーにポンプ送り作用を及ぼ
す。通常、押出スクリユウの処理量即ち押出量
は、一般に計量区間の「前進流」と「圧力流」と
の組合せの関数であると考えられている。 前進流は、基本的にはスクリユウと押出機バレ
ルの内壁面との間の相対運動によつてひき起され
る流れであり、平均相対速度とスクリユウ溝の断
面積の積に比例すると考えることができる。この
前進流成分は、スクリユウの出口端の方向に向う
流れであり、スクリユウの回連速度を高めるこ
と、および／またはスクリユウの溝の深さを大き
くすることによつて増大させることができる。 圧力流成分は、押出機通路の狭められた出口開
口を通つて流れる材料の流れ抵抗から生じるもの
であり、前進流とは逆方向の成分である。スクリ
ユウの速度は背圧流成分には直接的には影響を及
ぼさないが、背圧や材料の粘性などの要素に影響
を及ぼし、それらの要素が結局圧力流成分に相当
な影響を及ぼす。一方、圧力流は、スクリユウ溝
の深さおよび長さの両方から直接影響される。即
ち、溝の深さが増大すると圧力流成分が大きく増
大し、溝の長さが増大すると圧力流成分が減少す
る。 押出スクリユウは、上述の基本的な「供給」区
間と「計量」区間のほかに、幾つかの他の区間を
備えている場合がある。ほとんどすべてのスクリ
ユウは、例えば「転移」区間を有しており、ま
た、下流に、「混合」区間を備えていることが多
い。 高押出量の可能な押出機を使用する傾向が何年
来続いており、高押出量が安定して得られる場合
多くの応用例において生産面でのいろいろな経済
性が可能であることが認められている。 本発明の目的は、押出量を増大させるための、
および／または熱可塑性合成材料の溶融、押出
し、およびポンプ送りにおける処理温度を低下さ
せるための溶融スクリユウおよび溶融／ポンプ送
りシステムを提供することである。 略述すれば、本発明の二条ねじ付溶融スクリユ
ウは、ポリオレフインのような熱可塑性合成材料
を低エネルギーで溶融し押出すためのものであつ
て、導入供給区間と、転移区間と、計量区間と、
混合区間とを順次に備えており、該各区間は、実
質的に均一な外径と、ねじ山幅と、リードを有し
ており、供給区間、転移区間および計量区間にお
いて高いねじ山ピツチを有しており、転移区間の
スクリユウのねじの谷底深さは供給区間における
比較的深い谷底深さから計量区間における比較的
浅い、谷底深さへと漸次減少しており、該混合区
間のスクリユウは、材料を押出機から排出する前
に実質的に完全に溶融し混合させることができる
ように該スクリユウの表面に長手方向に交互に延
設された凹部とランドによつて固定された複数の
溝を有するものであることを特徴とする。 本発明の溶融／ポンプ送りシステムは、上記二
条ねじ付溶融スクリユウおよびそれを囲包する外
側ハウジングを有する溶融押出機と、該押出機の
排出端のところに配設され、押出機からの押出物
を通すブレーカープレートと、押出機の下流に配
設され、押出物をダイへポンプ送りするための回
転歯車ポンプと、該ブレーカープレートとポンプ
の入口との間に連結され押出物をポンプの入口へ
通す上流側アダプタと、ポンプとダイとの間に連
結され押出物をポンプからダイへ通す下流側アダ
プタとから成ることを特徴とする。 従来の押出スクリユウは、本発明が企図する低
エネルギー溶融による効率を達成するのには有用
でないことが判明した。本発明による溶融スクリ
ユウは、比較的短い、二条ねじ付きの、効率の高
い溶融スクリユウである。本発明の方式によれ
ば、材料のポンプ送り（圧送）を、高圧押出機に
依存せず、押出機の下流に押出機と縦列関係をな
して配置した溶融物ポンプ（歯車ポンプ）によつ
て行い、押出機からの押出物を該ポンプを通して
成形ダイへ送る。 例えば米国特許第4137023号に記載されている
ように、押出機と歯車ポンプ（溶融物ポンプ）と
を組合せて作動させ、押出機によつて材料の溶融
および混合を行わせ、材料のポンプ送り作用は別
途に歯車ポンプによつて行わせるようにすること
はすでに知られている。 しかし、従来の技術は、そのようなシステムと
して押出機と歯車ポンプを組合わせる場合に押出
機またはポンプにどのような改変を必要とするか
については何ら教示していない。本発明は、低エ
ネルギー押出／ポンプ送りシステムを構成するた
めに押出機を特定の溶融物歯車ポンプと組合せる
のに適したものとするには押出機をどのような構
成とするべきか（特に押出スクリユウに関する限
定、スクリユウの各区間の組合せ）を論ずるもの
である。 本発明は、熱可塑性合成材料の処理のための低
エネルギー式押出／ポンプ送りシステムに使用す
る溶融押出機にはその各区間の独特の組合せを必
要とすることを見出したことに基くものである。 即ち、本発明は、押出／ポンプ送りシステムを
構成するために歯車ポンプと組合せる押出機には
二条ねじ付溶融スクリユウを使用すべきであるこ
とを見出した。更に、このスクリユウは、供給区
画と、転移区間と、計量区間と、混合区間を上流
端から下流端へ順次に備えたものとする。スクリ
ユウの各区間は、均一な外径と、ねじ山幅と、リ
ードを有しており、供給区間、転移区間および計
量区間において高いねじ山ピツチを有しており、
転移区間のスクリユウのねじの谷底深さは供給区
間における比較的深い谷底深さから計量区間にお
ける比較的浅い谷底深さへと漸次減少したものと
する。 各区間のねじ山のピツチは、従来技術において
使用されているピツチよりははるかに高いものと
する。例えば、2.5in（64mm）径のスクリユウの
場合、従来のねじ山のピツチは2.5in（64mm）で
あるのに対して本発明においては3.5in（89mm）
のピツチとする。 混合区間のスクリユウの表面には複数の外部溝
を刻設し、各溝の上流端は開放させ、下流端は閉
鎖する。この混合区間のスクリユウの内部にその
全長の相当部分に亘つて軸方向の内部通路を形成
し、好ましくは上記外部溝を画定するランドとラ
ンドの間に形成した複数の半径方向の連絡通路に
よつて該軸方向内部通路とスクリユウの外面とを
連絡させる。 添付図には本発明の押出スクリユウが例示され
ているが、この押出スクリユウは通常の装置に組
入れて、即ち、慣用の枠体と、水平バレルと、供
給ホツパと、駆動装置と、ブレーカープレートな
どと組合せて使用することができる。例としてあ
げれば、この押出スクリユウは、第２図に示され
るような、米国特許第4155655号および4053143号
に開示された型式の装置に組入れることができ
る。 第１，２図を参照すると、装置が示されてい
る。この装置は、材料導入ホツパ１１を備えた押
出機ハウジング即ちバレル１０と、該ハウジング
内に配設されており、後端に駆動部１４を有する
二条ねじ押出スクリユウ１２と、ねじ山１５ａ，
１５ｂと、駆動部１４のすぐ下流の供給区間１６
と、その下流につづく、ねじ深さが漸次変化して
いる転移区間１８と、その下流の計量区間２０
と、最下流端に設けられた末端溝付混合区間２２
を有している。 スクリユウの供給、転移および計量区間は、い
ずれも同じリード（リード＝ピツチ／条数）の二
条ねじを有している。各区間のピツチはＲF，Ｐ
T，ＰMで示されている。在来の押出スクリユウに
用いられている小さいピツチ／直径比とは異り、
本発明による場合ピツチ／直径比を大きくするこ
とにより比較的短時間のバレル内滞留中に溶融さ
せるのに必要なエネルギーを材料に付与しうるよ
うに３つの押出スクリユウ区間をいずれも二条ね
じとすることが肝要である。 押出すべき熱可塑性材料（図示せず）は、特定
の形（例えばペレツト、粒子、果粒、粉末等の
形）で供給区間１６の上流端２４の近くで押出機
ハウジング１０に通される。かくして、材料は均
一な谷底深き即ち溝深さＨFを有する供給区間１
６に通され、供給区間内でまず押しつぶされ圧縮
されて材料内に熱を生じ、転移区間１８へ通され
るまでに固形材料の溶融が始まる。 転移区間においてはスクリユウの溝の深さはＨ
Fの値から計量区間２０の溝深さＨMの値にまで漸
次減少している。ポリマー材料は、転移区間を通
る間、最初はすでに溶融している材料と固形の押
つぶされた粒状材料との界面との間で溶融しつづ
け、固形粒状材料が解体して材料の小粒子が大部
分溶融している材料の本体内に分散されるに至
る。 溶融材料の以後の機械的加工（圧縮、混練）お
よびポンプ送り（圧送）は、スクリユウの計量区
間２０内において行われ、そこから大部分溶融し
た材料溶融物が最終区間、即ち混合区間２２へ送
られる。この混合区間は、米国特許第3730492号
に記載された「アウトサイド・イン型溝付混合ヘ
ツド」と称される型式のものであり、材料が外側
溝から半径方向の通路を通して中央の軸方向内部
通路へ導かれ、そこから混合区間の下流端を通し
て排出されるようになされたものである。 完全に溶融した材料の最終混合および完全物質
化は、混合区間で行われる。材料は、幾つかの流
れに分割されて各々溝形導入通路２６へ次々に流
入し、通路２８からそれらの間にある回転方向で
みて先行側のランド２８を超えてスロツト３０内
へ圧送される。スロツト３０は、混合区間２２の
中央軸方向内部通路（図示せず）に連通してい
る。従つて、各スロツト３０に流入した溶融材料
の流れは、該ロツトを通じ中央軸方向内部通路内
で合流し、混合区域から軸方向にスクリユウの排
出端の排出通路３２を通して排出される。排出さ
れた材料は、押出機１０からブレーカープレート
３４を通り溶融物（歯車）ポンプ４０の上流側ア
ダプタ３６を通つて該ポンプの入口通路３８内へ
流入する。 この溶融物ポンプは、例えば米国特許第
4032391号に記載された型式のものであり、本体
即ちハウジング４２と、その中に配置された１対
の平行な、互いに反対方向に回転するように噛合
された回転歯車４４，４６とから成つている。こ
れらの歯車は、ポンプの入口通路３８からの入来
材料をポンプの内部室（図示せず）の内壁部分の
周りを通して送る。ポンプ歯車の周りを通して送
られた溶融物流れは排出通路４８内で合流して１
つの流れとなり、ポンプから吐出される。 溶融物ポンプから吐出された溶融材料は、下流
側アダプタ通路５０を通り、ダイアダプタ５２を
通つてダイ部材５４へ通される。 本発明の低エネルギー押出ポンプ送り装置のた
めの押出機と溶融物ポンプの組合せを選択するに
当つては、その装置の用例に応じた供給またはポ
ンプ送り条件が充足されるように配慮することが
肝要である。その場合ダイ組立体の所要圧力およ
び押出量によつて、その押出ポンプ送り装置全体
の用例要件を充足するのに必要な溶融物ポンプの
容量がきめられる。溶融物ポンプの選定は、装置
の溶融および混合所要量によつてきめられる。こ
の意味で、押出機がポンプの入口へ該ポンプの押
出所要量の材料を正確に供給するように押出機を
溶融物ポンプに適合させることが肝要である。溶
融材料の押出量が少いと、供給不足による不都合
が生じ、反対に押出量が多過ぎると、溶融物ポン
プが溢れて押出機の上流端へ溶融材料の逆流を生
じる。 従つて、押出機の諸パラメータおよび押出機と
歯車ポンプの回転速度差（アダプタ３６内に配置
した圧力トランスデユーサ制御器によつて測定さ
れる）は、押出機の押出量がポンプの押出量とを
適合させるように選定しなければならない。この
適合が設定されたならば、従来技術の押出機に必
要とされるエネルギー所要量よりは低いエネルギ
ーでの押出機の作動を可能とし、それによつて低
温および低圧の押出機作動（低エネルギー）を可
能にし、本発明の押出機と溶融物ポンプのシステ
ム組合せが、在来のシステムにおけるよりはるか
に低いエネルギー消費量で所要の押出／ポンプ送
りを達成することを可能にする。 本発明の装置は、粒状形態の任意の熱可塑性材
料またはそのブレンドを処理するのに実施するこ
とができる。 本発明の例として、一方の押出機には本発明の
溶融型スクリユウを装備し、他方の押出機には在
来のスクリユウを装備してそれらの押出機を４つ
の異る回転速度で作動させ、一連のテストを実施
した。これらのテストは、いずれも、2.0のメル
トインデツクスを有する高圧法低密度ペレツト状
ポリエチレン樹脂を用いて、圧力250psi（17.6
Kg／cm2）、バレル温度240〓（116℃）で実施し
た。それらのテストの結果は表に示されてい
る。
【表】
別の一連のテストにおいて、同じ材料を表に
示されるようなパラメータを有する在来のスクリ
ユウを装備した押出機で処理し、表に示される
パラメータを有する本発明の低温溶融型スクリユ
ウを用いた場合と比較した。その結果は表に示
されている。 表 在来のスクリユウ 直径：2.5in（63.5mm） 条数：１ 長さ：60.0in（1524mm） リード：１直径
（2.5in） Ｌ／Ｄ：24：１ ねじ山の幅：0.25in（6.4mm） 供給区間：6L／Ｄ 深さ0.450in（11.4mm） 転移区間：6L／Ｄ 深さ0.450in（11.4mm）から
0.135in（3.4mm）にまで漸次減少 計量区間：10L／Ｄ 深さ0.135in（3.4mm） 混合区間：2.0L／Ｄ溝の数５ 溝付混合ヘツド、
深さ0.160in（4.1mm） 表 低温溶融型スクリユウ 直径：2.5in（63.5mm） 条数：２ 長さ：40.5in（1029mm） リード：1.4直径
（3.5in） Ｌ／Ｄ：16.2：１ ねじ山の幅：0.250in（6.4
mm） 供給区間：4.5L／Ｄ 深さ0.450in（11.4mm） 転移区間：4.5L／Ｄ 深さ0.450in（11.4mm）から
0.160in（4.1mm）まで漸次減少 計量区間：5.0L／Ｄ 深さ0.160in（4.1mm） 混合区間：2.7L／Ｄ溝数５ 内部溝型混合ヘツ
ド、深さ0.160in（4.1mm） 第３図に示されるグラフの曲線は、押出機の温
度および流量に対する表および表のデータの
関係を示す。 在来のスクリユウは、６直径（直径の６倍）の
長さの供給区間（深さ0.450in）と、６直径長の
転移区間（深さ0.135in）と、10直径長の計量区
間（深さ0.135in）と、２直径長の混合区間（外
側溝付）と、Ｌ／D24：１の一条ねじと、2.50in
のリードを有している。 本発明の溶融型スクリユウは、4.5直径長の供
給区間（深さ0.450in）と、40直径長の転移区間
（深さ0.160in）と、５直径長の計量区間（深さ
0.160in）と、2.7直径長の混合区間（内部通路型
混合ヘツド）と、Ｌ／D16.2：１の二条ねじと、
3.5inのリードを有している。 本発明を組入れたシステムと、従来技術のシス
テムとの比較データは表に示されている。表
において「ポンプ」の欄は本発明を用いた場合の
データを示し、「在来」の欄は従来技術の比較装
置のデータを示す。最初の２欄は50lb／時程度の
押出量で作動させた場合の比較データであり、次
の２欄は約100lb／時の押出量で作動させた場合
の比較データであり、最後の２欄は約150lb／時
の押出量で作動させた場合の比較データである。
材料は、いずれの場合も、低圧法で製造された、
メルトインデツクス2.0のペレツト状の低密度ポ
リエチレンである。このテストは表に示された
圧力および温度で実施された。
示されるようなパラメータを有する在来のスクリ
ユウを装備した押出機で処理し、表に示される
パラメータを有する本発明の低温溶融型スクリユ
ウを用いた場合と比較した。その結果は表に示
されている。 表 在来のスクリユウ 直径：2.5in（63.5mm） 条数：１ 長さ：60.0in（1524mm） リード：１直径
（2.5in） Ｌ／Ｄ：24：１ ねじ山の幅：0.25in（6.4mm） 供給区間：6L／Ｄ 深さ0.450in（11.4mm） 転移区間：6L／Ｄ 深さ0.450in（11.4mm）から
0.135in（3.4mm）にまで漸次減少 計量区間：10L／Ｄ 深さ0.135in（3.4mm） 混合区間：2.0L／Ｄ溝の数５ 溝付混合ヘツド、
深さ0.160in（4.1mm） 表 低温溶融型スクリユウ 直径：2.5in（63.5mm） 条数：２ 長さ：40.5in（1029mm） リード：1.4直径
（3.5in） Ｌ／Ｄ：16.2：１ ねじ山の幅：0.250in（6.4
mm） 供給区間：4.5L／Ｄ 深さ0.450in（11.4mm） 転移区間：4.5L／Ｄ 深さ0.450in（11.4mm）から
0.160in（4.1mm）まで漸次減少 計量区間：5.0L／Ｄ 深さ0.160in（4.1mm） 混合区間：2.7L／Ｄ溝数５ 内部溝型混合ヘツ
ド、深さ0.160in（4.1mm） 第３図に示されるグラフの曲線は、押出機の温
度および流量に対する表および表のデータの
関係を示す。 在来のスクリユウは、６直径（直径の６倍）の
長さの供給区間（深さ0.450in）と、６直径長の
転移区間（深さ0.135in）と、10直径長の計量区
間（深さ0.135in）と、２直径長の混合区間（外
側溝付）と、Ｌ／D24：１の一条ねじと、2.50in
のリードを有している。 本発明の溶融型スクリユウは、4.5直径長の供
給区間（深さ0.450in）と、40直径長の転移区間
（深さ0.160in）と、５直径長の計量区間（深さ
0.160in）と、2.7直径長の混合区間（内部通路型
混合ヘツド）と、Ｌ／D16.2：１の二条ねじと、
3.5inのリードを有している。 本発明を組入れたシステムと、従来技術のシス
テムとの比較データは表に示されている。表
において「ポンプ」の欄は本発明を用いた場合の
データを示し、「在来」の欄は従来技術の比較装
置のデータを示す。最初の２欄は50lb／時程度の
押出量で作動させた場合の比較データであり、次
の２欄は約100lb／時の押出量で作動させた場合
の比較データであり、最後の２欄は約150lb／時
の押出量で作動させた場合の比較データである。
材料は、いずれの場合も、低圧法で製造された、
メルトインデツクス2.0のペレツト状の低密度ポ
リエチレンである。このテストは表に示された
圧力および温度で実施された。
第１図は本発明による押出スクリユウの立面
図、第２図は本発明の低エネルギー押出機―回転
（溶融物）歯車ポンプの装置構成要素を示す概略
立面図、第３図は本発明の押出スクリユウを用い
た場合と、従来の押出スクリユウを用いた場合の
温度対流量の関係を示すグラフである。 １０：押出機ハウジング、バレル、１６：供給
区間、１８：転移区間、２０：計量区間、２２：
混合区間。
図、第２図は本発明の低エネルギー押出機―回転
（溶融物）歯車ポンプの装置構成要素を示す概略
立面図、第３図は本発明の押出スクリユウを用い
た場合と、従来の押出スクリユウを用いた場合の
温度対流量の関係を示すグラフである。 １０：押出機ハウジング、バレル、１６：供給
区間、１８：転移区間、２０：計量区間、２２：
混合区間。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 溶融およびポンプ送りシステムを構成するた
めに歯車ポンプと組合せる押出機内に使用するた
めの二条ねじ付溶融スクリユウであつて、導入供
給区間と、転移区間と、計量区間と、混合区間と
を順次に備えており、該各区間は、実質的に均一
な外径と、ねじ山幅と、リードを有しており、供
給区間、転移区間および計量区間において高いね
じ山ピツチを有しており、転移区間のスクリユウ
のねじの谷底深さは供給区間における比較的深い
谷底深さから計量区間における比較的浅い、谷底
深さへと漸次減少しており、該混合区間のスクリ
ユウは、材料を押出機から排出する前に実質的に
完全に溶融し混合させることができるように該ス
クリユウの表面に長手方向に交互に延設された凹
部とランドによつて画定された複数の溝を有する
ものであることを特徴とする溶融スクリユウ。 ２ 前記各溝の上流端は開放し、下流端は閉鎖さ
れており、混合区間のスクリユウの内部にその全
長の相当部分に亘つて軸方向の内部通路が形成さ
れており、該溝を画定するランドとランドの間に
形成された複数の半径方向の導入通路によつて該
軸方向内部通路と混合区間のスクリユウの外面と
が連絡されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の二条ねじ付溶融スクリユウ。 ３ 二条ねじ付溶融スクリユウ及びそれを囲包す
る外側ハウジングを有する溶融押出機と、該押出
機の排出端のところに配設され、押出機からの押
出物を通すブレーカープレートと、押出機の下流
に配設され、押出物をダイへポンプ送りするため
の回転歯車ポンプと、該ブレーカープレートとポ
ンプの入口との間に連結され押出物をポンプの入
口へ通す上流側アダプタと、ポンプとダイとの間
に連結され押出物をポンプからダイへ通す下流側
アダプタとから成る溶融／ポンプ送りシステムで
あつて、 前記溶融スクリユウは、導入供給区間と、転移
区間と、計量区間と、混合区間とを順次に備えて
おり、該各区間は、実質的に均一な外径と、ねじ
山幅と、リードを有しており、供給区間、転移区
間および計量区間において高いねじ山ピツチを有
しており、転移区間のスクリユウのねじの谷底深
さは供給区間における比較的深い谷底深さから計
量区間における比較的浅い、谷底深さへと漸次減
少しており、該混合区間のスクリユウは、材料を
押出機から排出する前に実質的に完全に溶融し混
合させることができるように該スクリユウの表面
に長手方向に交互に延設された凹部とランドによ
つて画定された複数の溝を有するものであること
を特徴とする溶融／ポンプ送りシステム。 ４ 前記上流側アダプタは下流方向に漸次減少す
る内径を有しており、前記下流側アダプタは実質
的に均一な内径を有している特許請求の範囲第３
項記載の溶融／ポンプ送りシステム。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/204,001 US4350657A (en) | 1980-11-04 | 1980-11-04 | Low-energy extruder-pump system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57108490A JPS57108490A (en) | 1982-07-06 |
| JPS6249845B2 true JPS6249845B2 (ja) | 1987-10-21 |
Family
ID=22756203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56174661A Granted JPS57108490A (en) | 1980-11-04 | 1981-11-02 | Low energy extruder-pump assembly system |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4350657A (ja) |
| EP (1) | EP0051543A3 (ja) |
| JP (1) | JPS57108490A (ja) |
| AU (1) | AU543326B2 (ja) |
| CA (1) | CA1161233A (ja) |
| ZA (1) | ZA817511B (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4425044A (en) * | 1981-10-21 | 1984-01-10 | Union Carbide Corporation | Mixer heads for polyolefin extruders |
| JPS5887013A (ja) * | 1981-11-18 | 1983-05-24 | Japan Steel Works Ltd:The | 連続混練造粒装置 |
| US4461734A (en) * | 1982-09-13 | 1984-07-24 | Union Carbide Corporation | Process for plasticization and pumping of low bulk density plastics |
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