JPS6363021B2

JPS6363021B2 -

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Publication number: JPS6363021B2
Application number: JP55069006A
Authority: JP
Priority date: 1980-05-26
Filing date: 1980-05-26
Publication date: 1988-12-06
Also published as: JPS56166927A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は合成樹脂、合成樹脂と充填材などの均
一な混合を行なうための混合装置に関する。

近年、合成樹脂の用途の拡大、加工技術の進歩
とともに合成樹脂の品質に対する要望は厳しくな
りつつある。この要望に応えるにはただ単一の合
成樹脂で充分であるとは限らず、２種以上の合成
樹脂、さらには合成樹脂と無機又は有機充填剤な
どを混合する場合が多い。

混合装置としては既に各種の混合装置、例えば
単軸押出機、２軸押出機、バンバリーミキサーな
どが用いられているが、いずれも分子量、粘性の
非常に異なる多成分の均一な混合には未だ不適当
である。勿論これらの装置で繰返し混合すれば均
一性は徐々に改善されるが経済性に乏しくなり実
用的でない。

本発明はこの課題を解決すべく鋭意研究の結果
到達したものであり、その要旨は、スクリユーを
備えた混合装置において、前記スクリユーの山部
に孔状又は溝状の通路を設けて成り、該通路は輸
送方向の下流から上流に向つて断面積が縮少する
部分からなる圧縮部および断面積が最小である部
分からなる絞り部を少なくとも含み、かつ前記圧
縮部の最大開口断面積S₁と前記絞り部の開口断面
積S₂との比S₁／S₂が５以上であることを特徴とす
る混合装置にある。かかる装置を用いることによ
つて例えば、通常のスクリユーを用いた場合と比
較して、非常に粘性の異なる同種又は異種の熱可
塑性樹脂を均一に混合することが可能となる。更
に顔料、無機充填材料等を混合する場合にも均一
な混合が可能となる。

一般にスクリユー押出機のスクリユーは供給
部、溶融圧縮部および計量部から成り、材料の混
練はもつぱら溶融圧縮部および計量部で加えられ
る剪断力によつてなされると考えられて来た。更
に実際にはダイス、ブレーカープレートなどのた
め背圧がかかる場合には進行方向の曳引流に対し
逆方向の圧力流と、バレルとスクリユーのすきま
で起る同じく逆方向の漏れ流が存在し、曳引流の
流量に対して圧力流と漏れ流の流量の比率が大き
いほど混練効果が良好になることが知られてい
る。

従つて混練を良くするためには、スクリユーの
Ｌ／Ｄを長くすること、背圧を大きくとること、
スクリユー計量部の溝を浅くすること、スクリユ
ーとバレルを冷却すること、流れを乱流にするた
めにダルメージ、変形ピツチなどの特殊なスクリ
ユーを用いることなどが一般に行なわれている。
これらを総合すると、混練すべき試料に加えられ
た比エネルギー（単位kWH／Kg）の大きいもの
ほど充分に混合されることになる。

しかし、比エネルギーを増大させるのは、電力
消費の点で経済的に非常に不利であるばかりでな
く、試料の温度が上昇して製品物性上悪影響があ
り、大型機になるほど冷却のために特別の工夫を
こらさなければならないので好ましくない。これ
に対し、本発明者等は、全く別の観点から材料の
混合について考案し、本発明をなすに到つたので
ある。

以下、図面を参照し乍ら本発明を詳細に説明す
る。

第１図は本発明に従つたスクリユーを備えた混
合装置の一例を示す部分概略半断面図であり、押
出機バレル１内にスクリユー２が回転自在に設け
られている。スクリユー２は、第１図矢印で示す
ように、反時計方向に回転する。従つて試料は第
１図の右から左の方向に矢印に示す通り進行し、
曳引流は左向きに、圧力流及び漏れ流は右向きに
流れる。

スクリユー２の山部３には、圧縮部および絞り
部から成る通路４および５が設けられており、こ
れらの通路４および５はスクリユーの山部に穿孔
され、円周に沿つて適当数、例えば１周当り６〜
12個程度配置される。かかる構成の混合装置を用
いるときには、スクリユー２の回転によつて試料
は全体として第１図の右から左に向つて進行する
が、一部は背圧のため圧力流となつて左から右方
向に戻る。本発明の混合装置においてはこの圧力
流を混練のために積極的に利用せんとするもので
あり、押出機中の試料の圧力は一般に進行方向に
向つて上昇する。従つて第１図においてスクリユ
ー２の左側のピツチ各部の方が右側より常に高圧
となり、第１図の山部３に設けられた圧縮部およ
び絞り部から成る通路４および５を通して試料は
第１図の左方の溝部から右方の溝部へ逆流する。
この時の通路５における混練の原理を第２図に基
づいて以下に説明する。

第２図には高粘性成分（又は高分子量成分）と
低粘性成分（又は低分子量成分）とを混練するこ
とを想定し、第１図の５で示した型式の位置にあ
る通路を通つて試料が如何に混合されるかを模式
的に示してある。第２図左方のスクリユー溝部に
おいては高粘性成分の混合されていない塊６が低
粘性成分７の海の中に島状に存在しているがこの
塊６は圧力流Ｂの流れに乗つて通路の圧縮部８に
入ると次第に細長く変形され、絞り部９に達する
ときには糸状に引き伸ばされ、絞り部９を経て上
流側のスクリユー溝部に流入する。この時スクリ
ユーの回転により細長く引き伸ばされた高粘性成
分６は細かく切断され、次第に均一に混合されて
行く。第２図において矢印Ａは曳引流を示す。

スクリユーの山部に設けられる通路の形状には
特に限定はなく種々の形状とすることができる。
例えば、第１図のスクリユーの山部３に設けた形
状４のような円錐台状とすることができ、或いは
５のように三角錐台状としてもよく、更にスクリ
ユー全周に亘つて連続した圧縮部と絞り部として
もよいが漏れ流の方向に対し入口の断面積の方が
出口のそれより大きいよう設置しなければならな
い。

より均一な混合状態を得るためには、通路の圧
縮部入口の断面積即ち最大開口断面積S₁と絞り部
の開口断面積S₂との比S₁／S₂と、絞り部の開口断
面積S₂が重要な意味を持つ。

S₁／S₂が小さいと圧縮部での流線形成が良好に
行なわれないため高粘性成分が充分に細く引伸ば
されない。S₁／S₂が５以上で有効であるが、S₁／
S₂が10以上であるのが好ましい。

絞り部の開口断面積S₂があまり大きいと高粘性
成分が細く引伸ばされない。しかしあまり小さい
と塵埃、充填材などにより詰まりを生じ易いし、
漏れ流が少なくなつて実用的でない。従つて10mm²
以下であることが必要であり好ましくは３mm²以下
で0.001mm²以上がよい。

なお１個の圧縮部入口に対し絞り部に複数個の
開口部を有する場合は、その圧縮部入口の断面積
即ち最大開口断面積S₁と絞り部の個々の独立した
開口部の開口断面積の和S′₂との比S₁／S₂′が５以
上で有効であり10以上が好ましく、個々の独立し
た開口部の開口断面積S₂″が10mm²以下であること
が必要であり好ましくは３mm²以下で0.001mm²以上
がよい、ことになる。

絞り部の形状は開口断面で、円形、正方形、長
方形、三角形、円環状など種々とれるし、絞り部
の軸方向の長さはゼロであつてもよいが、逆にあ
まり長くすると漏れ流が少なくなる。従つて一般
には５mm以下であるのが好ましい。

絞り部の役割は導入部から圧縮部を経て高粘性
成分の流線を形成するための最小開口部であると
同時に混合すべき原材料に高いずり速度を与える
ことにある。溶融状態の合成樹脂に高いずり速度
を与えると、溶融破断現象（メルトフラクチヤ
ー）を起し激しい振動を起すことが知られてい
る。この現象のために絞り部に達した細く引伸ば
された高粘性成分は絞り部を出て引きちぎられ細
分化し低粘性成分と混合する。引きちぎられない
にしても絞り部出口附近に発生する渦のためから
み合つた状態になる。

このからみ合いはスクリユーの次の溝部に進行
するにつれ緩和して低粘性成分と新しいからみ合
いを起しより均一な混合がなされる。

圧縮部の軸方向の長さは或る程度必要であつ
て、これが短かいと圧縮部の通過中に高粘性成分
を引伸ばす時間が不足して不充分な混合状態しか
得られないので、絞り部の開口断面積を円周率で
除した値の平方根の２倍以上であるのが好まし
い。

本発明の混合装置を用いる混合の利点には次の
ような例が挙げられる。

合成樹脂として代表的な高密度ポリエチレン、
ポリプロピレンの製造プロセスの主流はスラリー
法であり、重合槽中の重合体は粉状、粒状などで
生成し、これを洗浄、乾燥などの処理をし、最後
に仕上工程によりペレツト化した製品とするのが
普通である。しかし、重合槽を出た粉体や粒体
は、分子量、結晶性などに関して均一ではなく
種々のものの集合体である。又、低密度ポリエチ
レンの塊状重合法、ポリエチレンのビース重合法
などでも同様に均一でない場合が多い。

従つて仕上工程で均一に混合しないと、成形品
に悪影響し例えば、フイルムにフイツシユアイや
ゲルが発生したり、ボトルのESCRが低下したり
する。これを避け均一に混合するために本発明の
混合装置が好適に使用される。

又、合成樹脂の強度のような物性はその重量平
均分子量が大きい程優れるが、成形加工性は逆に
低下する。そこで重量平均分子量を変えないで分
子量分布を広くすれば成形加工性が向上できる
が、分子量分布の拡大は触媒によりある程度可能
なものの、非常に広い分子量分布を得るには重量
平均分子量の非常に異なる多成分を混合すること
になる。このような場合も本発明の混合装置を用
いて混合すればよい。

さらに本発明の混合装置は相溶性が乏しく相分
離する系の混合にも有効に用いられる。例えばポ
リプロピレンの耐寒衝撃性を改良するためにエチ
レンプロピレンゴムを混合する場合、相溶せず相
分離した状態で分散しているのが一般であり、耐
寒耐衝撃性改良につながる高分子量即ち高粘性の
エチレンプロピレンゴム程分散が難かしいが、本
発明の混合装置によりポリプロピレン中にエチレ
ンプロピレンゴム粒子が均一に分散する。

一方、本発明の混合装置によつて相溶性が乏し
い系で高粘性成分を適宜選択して樹脂複合体も得
られる。

又、合成樹脂に有機又は無機充填材を混合する
場合にも、本発明の混合装置の絞り部、拡散部に
おける振動、渦流、回転などの作用により良好な
混合効果が得られる。さらに顔料の混合において
有効な分散のため所要量を減少させる効果もあ
る。

以下に実施例、比較例を挙げて本発明をさらに
詳細に説明する。

実施例１口径50mmφ、Ｌ／Ｄ＝26の単軸押出機を用い、
スクリユーとして供給ゾーン10ピツチ、圧縮ゾー
ン５ピツチ及び計量ゾーン11ピツチのものを用い
た。このスクリユーの計量ゾーンの山部１０に第
３図ＡおよびＢに示すような三角型の圧縮部およ
び絞り部から成る通路１１を全周に亘り１周当り
８個の割合で等間隔に設置した。各通路の圧縮部
入口の最大開口断面積S₁はスクリユーの山部と垂
直に19.0cm²、絞り部の開口断面積S₂は0.758mm²で
あり、両者の比S₁／S₂は25であつた。なお圧縮部
入口はスクリユー半径方向3.5mmの深さと山部に
そつて10mm／cos16゜の内弧からなる扇型であり、
絞り部は面積1/25の前記扇型の相似形とし、スク
リユーの山部巾は５mm、溝巾は45mm、計量ゾーン
の溝深さは3.5mm、供給ゾーンの溝深さは11mm、
であつた。

この押出機を用いて高荷重メルトインデツクス
0.5（８／10分）（ASTM Ｄ−1238、21.6Kg荷重）
および、密度0.930（ｇ／c.c.）の高密度ポリエチレ
ン50重量％と、メルトインデツクス450（ｇ／10
分）および密度0.955（ｇ／c.c.）の高密度ポリエチ
レン50重量％とを、押出機出口温度220℃で混合
した。

この混合物のメルトインデツクスは0.07（ｇ／
10分）、高荷重メルトインデツクスは14.2（ｇ／10
分）であつた。

この試料を用い、インフレーシヨンフイルムを
作成した。成形機の押出機口径は65mmφ、押出機
のバレル設定温度はC₁，C₂が220℃、C₃，Ｄが
200℃であり、ブローアツプ比4.0、引取速度25
ｍ／分で厚さ30μのフイルムを成形した。フイル
ムの成膜性は良好で、フイツシユアイは殆んど検
出されなかつた。またフイルムの引張り衝撃値を
ASTM 1822−68に準じて測定したところ、成形
方向が8.8Kg・cm／cm²、横方向が9.5Kg・cm／cm²と
バランスのとれたものであつた。

比較例１スクリユーフライト部に、圧縮部および絞り部
から成る通路を設置しなかつた以外は、実施例１
と同じ形状のスクリユーを取付けた実施例１と同
じ押出機を用いて実施例１の混練操作を繰り返し
た。

得られた試料を実施例１と同様な条件でフイル
ム成膜したところ、フイルム上に無数のフイツシ
ユアイおよびゲルが発生し、得られたフイルムは
商品価置のないものであつた。また得られたフイ
ルムの引張り衝撃値は成形方向が10.5Kg・cm／
cm²、横方向が3.8Kg・cm／cm²とバランスが非常に
悪く、縦ざけしやすいものであつた。

実施例２実施例１と同一の原料、混合組成比および単軸
押出機を用いて同じ温度条件下に高密度ポリエチ
レンを混合した。

但しスクリユーとしては、計量ゾーン11ピツチ
のスクリユー山部に第１図４に示すような円錐台
状の圧縮部、絞り部からなる通路を全周に亘り１
周あたり８個の割合いで等間隔に設置した以外は
同型のものを用いた。圧縮部の最大開口断面積S₁
はスクリユーの山部と垂直に7.1mm²、絞り部の開
口断面積S₂はスクリユーの山部と垂直に0.79mm²で
S₁／S₂は９であつた。

この混合物のメルトインデツクスは0.08（ｇ／
10分）、高荷重メルトインデツクスは14.8（ｇ／10
分）であつた。この試料を用い30μ厚のインフレ
ーシヨンフイルムを成形したところ、成膜性は良
好でゲル、フイツシユアイはほとんど検出されな
かつた。またフイルムの引張り衝撃値は成形方向
で9.5Kg・cm／cm²、横方向は9.2Kg・cm／cm²でバラ
ンスのとれたものであつた。

比較例２実施例１と同一の原料、混合組成比および単軸
押出機を用いて同じ温度条件下に高密度ポリエチ
レンを混合した。

但し実施例１と同型のスクリユー、同型の混合
器及び配列ではあるが、通路の最大開口断面積S₁
が漏れ流と垂直に19.0mm²、絞り部の開口断面積S₂
が12.5mm²であり、両者の比S₁／S₂が1.68であるス
クリユーを用いて混練を行なつた。

この混合物のメルトインデツクスは0.11（ｇ／
10分）、高荷重メルトインデツクスは15.7（ｇ／10
分）であつた。この試料を用い30μ厚のフイルム
を成形したところフイツシユアイが多発し、商業
的価置のないフイルムしか出来なかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つたスクリユーを備えた混
合装置の一例を示す部分概略半断面図であり、第
２図は第１図の混合装置のスクリユー山部に設け
られた通路における混合状態を示す模式的断面図
である。第３図Ａは実施例１で用いた押出機の計
量ゾーンの山部に設けた圧縮部及び絞り部から成
る通路の配置状態を示す断面図であり、第３図Ｂ
は実施例１で用いた押出機の計量ゾーンの山部に
設けた圧縮部及び絞り部から成る通路の配置状態
を示す側面図である。１……バレル、２……スクリユー、３……スク
リユーの山部、４，５……通路、６……高粘性成
分、７……低粘性成分、８……圧縮部、９……絞
り部、１０……山部、１１……通路。

Claims

【特許請求の範囲】

１スクリユーを備えた混合装置において、前記
スクリユーの山部に孔状又は溝状の通路を設けて
成り、該通路は輸送方向の下流から上流に向つて
断面積が縮少する部分からなる圧縮部および断面
積が最小である部分からなる絞り部を少なくとも
含み、かつ前記圧縮部の最大開口断面積S₁と前記
絞り部の開口断面積S₂との比S₁／S₂が５以上であ
ることを特徴とする混合装置。