TWI402151B - 造粒用模具、造粒裝置及發泡性熱塑性樹脂粒子之製造方法 - Google Patents

造粒用模具、造粒裝置及發泡性熱塑性樹脂粒子之製造方法 Download PDF

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Yasumasa Asano
Masatoshi Yamashita
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Sekisui Plastics
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Description

造粒用模具、造粒裝置及發泡性熱塑性樹脂粒子之製造方法
本發明係關於以熱切法(hot cut method)為了成形熱塑性樹脂的粒子所需之造粒用模具(dies)及造粒裝置，尤其關於可防止噴嘴(nozzle)阻塞，可有效率地生產粒徑均勻的粒子之造粒用模具及造粒裝置。本發明另關於使用前述模具之發泡性熱塑性樹脂粒子之製造方法。
本案係根據2007年2月23日在日本申請之特願2007-43927號而主張優先權，在此援用該案之內容。
用來成形熱塑性樹脂之顆粒(pellet)的裝置(稱為造粒機(pelletizer))為周知的裝置。此裝置一般係具備擠製機(extruder)、安裝於該擠製機的前端之模具(dies)、及切斷器(cutter)而構成，且係利用擠製機將經過熔融混練的樹脂材料自模具擠出，並用切斷器將擠出物切斷，而製造所希望大小之顆粒。
將自模具的噴嘴擠出的樹脂材料切斷之方法，已知有熱切法及冷切法(cold cut method)。冷切法係將從模具的噴嘴擠出的樹脂材料導入水槽中冷卻而成為條(strand)狀後加以切斷之方法。另一方面，熱切法係使有複數個噴嘴開口之模具前端面與循環的水流接觸，並以切斷器將剛在水流中擠出之高溫樹脂切斷之方法。以熱切法進行之造粒，因係在樹脂未充分硬化的狀態下切斷，因此不會發生冷切法的缺點之樹脂粉體化。同時，以熱切法進行之造粒， 還具有可得到球狀的粒子等優點。
不過，熱切法中由於模具的樹脂排出面與水流接觸，因此水流側會從樹脂排出面奪走熱，而有模具內部局部的溫度會降到樹脂的融點以下之情形。結果，會發生噴嘴阻塞之情形，使得生產性降低。即使沒有發生噴嘴阻塞的情形，也會產生噴嘴口徑變小的情形，而發生顆粒的粒徑不一致，導致品質降低。再者，阻塞變多，樹脂的擠出就變得不可能，壓力會變得異常地高，會對模具的上游側的裝置，例如擠製機等造成不良的影響。
過去，在專利文獻1至4中揭示的技術曾經提出作為：防止以熱切法進行造粒所用的造粒用模具中的噴嘴阻塞之技術。
專利文獻1中揭示：在模具內各流路的中心設置棒狀加熱器，並與各流路對應而分別配設複數個噴嘴，以可均勻加熱噴嘴之方式的造粒用模具。
專利文獻2中揭示：在以旋轉切斷器切斷從模具擠出的熔融樹脂而得到樹脂粒子之熱塑性樹脂粒子的製造方法中，以使用表面隔熱的模具為特徵之熱塑性樹脂粒子的製造方法。
專利文獻3、4為本案申請人曾提出專利申請之發明，此兩專利文獻中揭示：以不在位於水流的流入方向及流出方向上的區域、以及位於與水流的流入方向及流出方向垂直的方向上的區域形成噴嘴，在該等區域設置用以加熱樹脂流路內的樹脂之熱媒流路作為特徵之造粒用模具。
(專利文獻1)日本特開平7-178726號公報
(專利文獻2)日本特開平5-301218號公報
(專利文獻3)國際公開WO2004/080678號公報
(專利文獻4)國際公開WO2005/028173號公報
然而，專利文獻1至4中揭示的先前技術具有如下所述之問題。
專利文獻1中揭示的先前技術，係以使棒狀加熱器的前端與模具的樹脂排出面接近的方式配置棒狀加熱器，然而棒狀加熱器在構造上並無法將鎳鉻合金(nichrome)線設置到前端部，因此加熱器前端部並不發熱。因此，就此模具構造而言，很難對最需要加溫之模具前端部的樹脂排出面進行充分的加溫，無法完全防止阻塞。另外，由於必須在模具設置複數個圓形樹脂流路，因此有構造複雜且模具的製作成本變高等問題。
專利文獻2中揭示的先前技術，係以製造並未混合發泡劑之單純的樹脂顆粒為前提，與如同本發明之混合了發泡劑之熱塑性樹脂(發泡性熱塑性樹脂粒子)之造粒技術不同。發泡性熱塑性樹脂粒子的情況，與單純之樹脂顆粒的情況不同，必須抑制粒子之發泡，因此需要將循環水的溫度保持在30℃以下。因此，樹脂溫度與循環水溫度的差變大，只靠隔熱材並無法抑制水流從模具的前端部奪走熱能，使得噴嘴之阻塞變得容易發生。此外，在發泡性熱塑 性樹脂粒子的製造中，樹脂會因為發泡劑而軟化，所以必須使切斷器的刀刃與模具表面接觸(壓抵在模具表面)而切斷排出的樹脂。如專利文獻2所揭示之以隔熱材覆蓋表面之模具構造，隔熱材會因切斷器的刀刃摩擦而在短時間內磨耗，因此模具的耐久性會有問題。
專利文獻3、4中揭示的技術，係藉由不在位於水流的流入方向及流出方向上的區域、以及位於與水流的流入方向及流出方向垂直的方向上的區域形成噴嘴，藉由在該等區域設置用以加熱樹脂流路內的樹脂之熱媒流路，使得噴嘴的阻塞不易發生，而可改善發泡性熱塑性樹脂粒子的生產性。然而，此方法必須要有熱媒體之加熱循環裝置以及通往模具之配管，有設備成本變高之問題。此外，還有為了使高溫之油等的熱媒體不漏出，檢查保養的成本也會變高之問題。
本發明係有鑑於上述課題而完成者，其目的在提供一種可防止熱切法所用的造粒用模具中的噴嘴阻塞，而可有效率地生產粒徑均勻的粒子之造粒用模具。
為了達成前述目的，本發明提供一種造粒用模具，具備有：與水流接觸而設置之樹脂排出面、以及與擠製機之缸筒(cylinder)相連通而在前述樹脂排出面開口之複數個噴嘴(nozzle)，前述噴嘴係沿著前述樹脂排出面上的假想圓的圓周而配置，且在配置前述噴嘴之圓周內側的樹脂排出面設有隔熱材，在樹脂排出面的附近以通過前述圓周的 中心部而延伸到外側的方式設有複數個管式加熱器(cartridge heater)。
本發明之造粒用模具中，較佳者為，前述管式加熱器係沿著前述樹脂排出面之前述水流的流入方向及流出方向、以及與前述水流的流入方向及流出方向垂直之方向而配置。
此外，本發明之造粒用模具中，較佳者為，具備有與前述擠製機之缸筒相連通且連結至前述噴嘴之複數個樹脂流路，前述樹脂流路係沿著前述樹脂排出面上的假想圓的圓周而配置，前述管式加熱器係相對於前述樹脂流路配置在前述圓周的周方向兩側，且以長度方向向著前述圓周的徑向而橫切過前述圓周之狀態來配置。
此外，本發明之造粒用模具中，較佳者為，前述管式加熱器的加熱器深度(亦即從樹脂排出面到管式加熱器的中心部的距離)為10至50mm。
另外，本發明提供一種造粒裝置，包含：前述本發明相關之造粒用模具；前端安裝有前述造粒用模具之擠製機；以及收容用以將自前述造粒用模具之噴嘴排出的樹脂切斷之切斷器，並且使前述造粒用模具之樹脂排出面與水流接觸之腔室(chamber)。
另外，本發明提供一種發泡性熱塑性樹脂粒子之製造方法，具有：將熱塑性樹脂供給至安裝有前述本發明之造粒用模具之擠製機，使熔融混練之步驟；一邊使前述熱塑性樹脂向著前述造粒用模具移動一邊將發泡劑注入前述熱 塑性樹脂而形成含有發泡劑的樹脂之步驟；以及在水流中利用切斷器將自前述造粒用模具之噴嘴排出的前述含有發泡劑的樹脂切斷而得到發泡性熱塑性樹脂粒子之步驟。
另外，本發明提供一種熱塑性樹脂發泡粒子之製造方法，具有：將熱塑性樹脂供給至安裝有前述本發明之造粒用模具之擠製機，使之熔融混練之步驟；一邊使前述熱塑性樹脂向著前述造粒用模具移動一邊將發泡劑注入前述熱塑性樹脂而形成含有發泡劑的樹脂之步驟；在水流中利用切斷器切斷自前述造粒用模具之噴嘴排出的前述含有發泡劑的樹脂而得到發泡性熱塑性樹脂粒子之步驟；以及預備發泡前述發泡性熱塑性樹脂粒子而得到熱塑性樹脂發泡粒子之步驟。
另外，本發明提供一種熱塑性樹脂發泡成形體之製造方法，具有：將熱塑性樹脂供給至安裝有前述本發明之造粒用模具之擠製機，使之熔融混練之步驟；一邊使前述熱塑性樹脂向著前述造粒用模具移動一邊將發泡劑注入前述熱塑性樹脂而形成含有發泡劑的樹脂之步驟；在水流中利用切斷器切斷自前述造粒用模具之噴嘴排出的前述含有發泡劑的樹脂而得到發泡性熱塑性樹脂粒子之步驟；使前述發泡性熱塑性樹脂粒子預備發泡而得到熱塑性樹脂發泡粒子之步驟；以及使前述熱塑性樹脂發泡粒子在模內發泡成形而得到熱塑性樹脂發泡成形體之步驟。
另外，本發明提供一種依照前述發泡性熱塑性樹脂粒子之製造方法而得到之發泡性熱塑性樹脂粒子。
另外，本發明提供一種使前述發泡性熱塑性樹脂粒子預備發泡而得到之熱塑性樹脂發泡粒子。
另外，本發明提供一種使前述熱塑性樹脂發泡粒子在模內發泡成形而得到之熱塑性樹脂發泡成形體。
由於本發明之造粒用模具係沿著樹脂排出面上的假想圓的圓周而配置噴嘴，且在配置前述噴嘴之圓周內側的樹脂排出面設有隔熱材，在樹脂排出面的附近以通過前述圓周的中心部而延伸到外側的方式設有複數個管式加熱器之構成，因此噴嘴之阻塞難以發生，可改善因阻塞而導致之生產效率的降低，且可製造粒徑均勻之高品質的粒子。
以下，參照圖式說明本發明。
第1圖及第2圖係顯示本發明之一實施形態之圖。第1圖係顯示造粒裝置的構成圖，第2A圖係造粒用模具的截面圖，第2B圖係顯示該造粒用模具的樹脂排出面之側面圖。此等圖中，符號1為造粒用模具，符號2為擠製機，符號3為料斗(hopper)，符號4為發泡劑供給口，符號5為高壓泵，符號6為腔室，符號7為切斷器，符號8為送水泵，符號9為水槽，符號10為脫水處理部，符號11為管路，符號12為容器，符號13為模座(die holder)，符號14為含有發泡劑之樹脂，符號15為螺栓，符號16為樹脂流路，符號17為噴嘴，符號18及19為管式加熱器，符號20為短加熱器，符號21為隔熱材，符號22為樹脂排出 面，符號L為加熱器深度(從樹脂排出面22到管式加熱器18、19的中心部之距離)。
本實施形態之造粒裝置的主要構成元素包含：第2圖所示之造粒用模具1、前端安裝有該造粒用模具1之擠製機2、及使水流與造粒用模具1的樹脂排出面22接觸之腔室6。腔室6收容有用以切斷自造粒用模具1之噴嘴17排出的樹脂之切斷器7。此外，腔室6連接有用以供循環水流通之管路11，此管路11的一端經由送水泵8而連接至水槽9。管路11的另一端設有將發泡性熱塑性樹脂粒子從循環水分離出來，並加以脫水、乾燥之脫水處理部10。在此脫水處理部10分離出來，並經過脫水、乾燥之發泡性熱塑性樹脂粒子係送到容器12。
本實施形態之造粒用模具1，係以複數個螺栓15固定在模座13的前端側，而該模座13係固定在擠製機2的前端側。該造粒用模具1具備有：與水流接觸而設置之樹脂排出面22、以及與擠製機2之缸筒相連通而在樹脂排出面22開口之複數個噴嘴17。噴嘴17係沿著樹脂排出面22上的假想圓(圖中未表示)的圓周而配置，且在配置噴嘴17之圓周內側的樹脂排出面22設有隔熱材21。另外，在樹脂排出面22的附近以通過前述圓周的中心部而延伸到外側的方式設有複數個管式加熱器18、19。此外，在造粒用模具1之比樹脂排出面22靠近擠製機2側的位置插入複數個短加熱器20，使短加熱器20可連結至造粒用模具1的噴嘴17之樹脂流路16進行加熱。
在第2圖所示的例子中，設在樹脂排出面22的附近之管式加熱器18、19，係由通過模具1的中心且沿著模具1的徑向貫通模具1而設置的一根長形管式加熱器18、及沿著與管式加熱器18的延伸方向垂直之方向而設置且具有前端到達模具1的中心附近的長度之兩根管式加熱器19組合成十字形而構成。而且，管式加熱器18係沿著在腔室6內使水流與樹脂排出面22接觸之際，水流相對於樹脂排出面22之流下方向而設置，管式加熱器19係沿著與前述水流之流下方向垂直之方向而設置。設於樹脂排出面22的附近之此等管式加熱器18、19，係配設成可加熱設於樹脂排出面22的中央部之隔熱材21的內面附近部。
管式加熱器18、19可從周知的管式加熱器中因應造粒用模具的大小或形狀而適當地選擇使用。管式加熱器可使用：將捲繞於例如棒狀陶瓷之發熱線(鎳鉻合金線)插入管(耐熱不銹鋼管)中，並將發熱線與管之間隙封裝入高熱傳導性及高絕緣性的材料(MgO)而作成高功率密度(power density)的棒狀加熱器。另外，管式加熱器18可為單側具有兩根導線(lead wire)之管式加熱器，亦可為兩側各具有一根導線之管式加熱器(鞘式加熱器(sheathed heater))，不過因為單側具有兩根導線之管式加熱器的功率密度較高故較佳。
用於本實施形態之造粒用模具1中之隔熱材21，可從周知的各種隔熱材中適當地選擇使用，但以使用特別具有耐水性且構造上表面硬度高之隔熱材為佳。例如，以使用 下述之隔熱材為佳，亦即使用：在造粒用模具1的內部側，配設即使與高溫的模具接觸也不會發生變形等之耐熱性能及隔熱性能良好的隔熱材，並以隔熱性能良好的氟樹脂等的防水性樹脂加以覆蓋，再在樹脂排出面22側依序積層不銹鋼、陶瓷等表面硬度高的材料而成之積層式的隔熱材21。
在第2圖所示的例子中，在造粒用模具1之樹脂排出面22的中心部配置隔熱材21，在樹脂排出面22的外側則有多數個噴嘴17沿著前述假想圓的圓周而形成。配置了隔熱材21及噴嘴17之樹脂排出面22的中央部份，係設成在腔室6的內部與水接觸。前述假想圓之中，與配置成十字形之管式加熱器18、19的配設位置重疊的位置，並不設置噴嘴17。在本例中，噴嘴17係形成為：將有多數個噴嘴17排列在圓周弧段上而成之噴嘴單元，在前述假想圓上成排列複數個之構成，惟噴嘴17之配置方法並不限於此例。
第6圖係顯示本發明之實施形態的變形例圖。以下，對於與上述實施形態相同或同樣的構材，部份使用相同的符號而省略其說明，針對與上述實施形態不同的構成進行說明。
第6A圖係造粒用模具的截面圖，第6B圖係顯示該造粒用模具的樹脂排出面之側面圖。此等圖中，符號41為造粒用模具，符號48及49為管式加熱器，符號50(50A、50B、50C、50D)為熱電偶等之測溫體(溫度感測器)，符號L為加熱器深度(從樹脂排出面22到管式加熱器48、49的中心部 之距離)。
本實施形態之造粒用模具41，係具有設置成在腔室6內與水流接觸之樹脂排出面22，且在配置複數個噴嘴17(與擠製機2之缸筒相連通而在樹脂排出面22開口者)之圓周內側的樹脂排出面22，設有隔熱材21。另外，將以通過前述圓周的中心部而延伸到外側的方式之複數個管式加熱器48、49設置在樹脂排出面22的附近。此外，造粒用模具41具備有與擠製機2之缸筒相連通且連結至噴嘴17之複數個樹脂流路16，樹脂流路16係沿著樹脂排出面22上的假想圓(未圖示)的圓周而配置。
管式加熱器48、49，係配置在樹脂流路16之對於前述圓周的周向兩側，且以其長度方向向著前述圓周的徑向而橫切過前述圓周之狀態配置，結果，成為可從兩側對樹脂排出面22側之樹脂流路16進行加熱之形態。此外，在造粒用模具41之比樹脂排出面22靠近擠製機2側的位置插入有複數個短加熱器20，使短加熱器20可對擠製機2之缸筒側的樹脂流路16進行加熱。
在第6圖所示的例子中，管式加熱器48、49，係由通過模具41的中心且沿著模具41的徑向貫通模具41而設置的一根長形管式加熱器48、及具有前端到達模具41的中心附近的長度之六根管式加熱器49，以中心線間夾45∘角相互組合而構成。此等管式加熱器48、49，係配置成可對設於樹脂排出面22的中央部之隔熱材21的內面附近進行加熱。
管式加熱器48、49可從周知的管式加熱器中依照造粒用模具的大小或形狀而適當地選擇使用。管式加熱器可使用：將捲繞於例如棒狀陶瓷之發熱線(鎳鉻合金線)插入管(耐熱不銹鋼管)中，並在發熱線與管之間隙封裝入高傳熱性及高絕緣性優的材料(MgO)而作成之高功率密度的棒狀加熱器。管式加熱器48可為在單側具有兩根導線之管式加熱器，亦可為在兩側各具有一根導線之管式加熱器(鞘式加熱器(sheath heater))，不過因為在單側具有兩根導線之管式加熱器的功率密度較高故較佳。
管式加熱器48、49之加熱器深度L，在不對模具41的加工面及耐久性造成問題的範圍內，較小者其抑制噴嘴17阻塞的效果較大。加熱器深度L以10至50mm之範圍為佳。不到10mm則有可能對模具41的加工面及耐久性造成問題，超過50mm則有可能使得抑制噴嘴阻塞的效果降低。更佳的範圍為15至30mm。
在第6圖所示的例子中，係在造粒用模具41之樹脂排出面22的中心部配置隔熱材21，在樹脂排出面22的外側則有多數個噴嘴17及樹脂流路16沿著前述假想圓的圓周而形成。配置了隔熱材21及噴嘴17之樹脂排出面22的中央部份，係設成在腔室6的內部與水接觸。前述假想圓上之與中心線間夾45∘角而配置之管式加熱器48、49的中間相當的位置，設有一個噴嘴單元及樹脂流路16。
同時，第6圖所示的例子，毋庸說，也與第2圖所示的例子一樣，其中之管式加熱器48、49及隔熱材21的種 類、以及噴嘴17的配置方法，並不限於本例中之說明者。
接著，說明使用第1圖所示的造粒裝置之發泡性熱塑性樹脂粒子之製造方法，其中該造粒裝置安裝有第2圖所示的造粒用模具1(或第6圖所示的造粒用模具41)。
使用於該造粒裝置之擠製機2，可從過去在樹脂成形領域中周知的各種擠製機中依照所要造粒的樹脂種類等而適當地選擇，可使用例如使用螺桿(screw)的擠製機或未使用螺桿的擠製機之任何一種。使用螺桿的擠製機，以例如單軸擠製機、雙軸擠製機、通氣式(vent type)擠製機、串列型(tandem type)擠製機等為佳。未使用螺桿的擠製機，可列舉如柱塞式(plunger type)擠製機、齒輪泵式(gear pump type)擠製機等。不論是在哪一種擠製機都可使用靜態混合器(static mixer)。此等擠製機中，從生產性的層面而言以使用螺桿之擠製機為佳。另外，在收容切斷器7的腔室6中也一樣，可使用熱切法中所使用之以往周知的構件。
本發明中，並不限定熱塑性樹脂的種類，可將例如聚苯乙烯系樹脂、聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂、聚酯系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)樹脂、AS(丙烯腈-苯乙烯共聚物)樹脂等單獨使用或混合兩種以上使用。亦可使用從曾經使用過的樹脂製品回收而得到之熱塑性樹脂的回收樹脂。其中，尤以通用級聚苯乙烯(GPPS)、耐衝擊性聚苯乙烯(HIPS)等聚苯乙烯系樹脂最適合使用。
在使用前述造粒裝置來製造發泡性熱塑性樹脂粒子的情況，係將熱塑性樹脂供給至前端安裝有造粒用模具1之擠製機2內，使之熔融混練。然後，一邊使熱塑性樹脂向著造粒用模具1移動，一邊藉由高壓泵5將發泡劑從發泡劑供給口4壓入到該熱塑性樹脂，使發泡劑與熱塑性樹脂混合而形成含有發泡劑的樹脂14。含有發泡劑的樹脂14，係從擠製機2的前端經過模座13而壓送至造粒用模具1之樹脂流路16。通過樹脂流路16而輸送之含有發泡劑的樹脂14，係從造粒用模具1之各噴嘴17送出，且立即在腔室6內的水流中由切斷器7的刀刃加以切斷。
在腔室6內切斷成粒狀之含有發泡劑的樹脂14，成為幾近球形之發泡性熱塑性樹脂粒子。此發泡性熱塑性樹脂粒子隨著水流而輸送到管路11內，然後到達脫水處理部10，在此將發泡性熱塑性樹脂粒子從循環水分離出來，並使之脫水、乾燥，分離出的水則送到水槽9。在該脫水處理部10分離出來並經脫水、乾燥之發泡性熱塑性樹脂粒子，係送到容器12而收容在容器12內。
前述發泡劑並沒有特別的限制，例如可將正戊烷、異戊烷、環戊烷、環戊二烯等單獨使用或混合兩種以上使用。亦可以上述戊烷類作為主成分，再混合正丁烷、異丁烷、丙烷等而使用。其中，尤以容易抑制粒子的發泡之戊烷類最適合使用。
前述發泡性熱塑性樹脂粒子，係指使在前述熱塑性樹脂中含有前述發泡劑再成形成粒狀，較佳為小球狀之樹脂 粒子。此發泡性熱塑性樹脂粒子，可用來製造發泡樹脂成形品，亦即在自由空間內對發泡性熱塑性樹脂粒子進行加熱使之預備發泡，再將此預備發泡粒子放入具有所希望形狀的模穴(cavity)之成形模具的模穴內，以蒸氣加熱使預備發泡粒子熔融而相互黏結後，進行脫模即製成所希望形狀的發泡樹脂成形品。
在上述製造方法中，藉由使用第2圖所示的造粒用模具1(或第6圖所示的造粒用模具41)，利用管式加熱器18、19(48、49)的加熱效果使噴嘴17之阻塞難以發生，可改善因阻塞而導致之生產效率的降低，且可製造粒徑均勻之高品質的粒子。
以下，藉由實施例來實際證明本發明之效果。
[實施例] [實施例1]
使用第1圖所示之造粒裝置，並安裝上第2圖所示之造粒用模具，而製造出發泡性聚苯乙烯樹脂粒子。
在口徑90mm(L/D=35)的單軸擠製機，安裝上第2圖所示構造之造粒用模具{在圓周上配置16個各具有15個直徑0.6mm、嘴口長度(land length)3.0mm的噴嘴之噴嘴單元，並在表面中央部安裝隔熱材，且將直徑12mm的管式加熱器配置在加熱器深度(從樹脂排出面到管式加熱器的中心部之距離)為15mm的位置之模具}，且將預先以滾筒式混合機(tumbler mixer)將微粉末滑石0.3質量份均勻混合到聚苯乙烯樹脂(東洋苯乙烯公司製，商品名「HRM10N」)100質 量份中所得到的混合物，以每小時130公斤之速率供給到擠製機內。將擠製機內的最高溫度設定在220℃，使樹脂熔融後，在擠製機中途將相對於樹脂100質量份為6質量份之作為發泡劑的戊烷(異戊烷/正戊烷=20/80之混合物)壓入。在擠製機內一邊使樹脂與發泡劑混練，一邊進行冷卻使在擠製機前端部之樹脂溫度成為170℃，同時使之通過與擠製機連接且藉由加熱器而保持在270℃之前述模具，然後在擠出到有30℃之冷卻水循環之腔室內的同時，使圓周方向具有10片刀刃之高速旋轉切斷器密貼於模具，而以每分鐘3300轉的轉速加以切斷，然後進行脫水乾燥而得到球形的發泡性聚苯乙烯樹脂粒子。此時，循環水為300公升/分鐘，發泡性苯乙烯樹脂粒子的排出量為138公斤/小時。
擠出開始第1小時之通往模具之樹脂導入部的壓力為16.0MPa，乾燥後的樹脂粒子100粒的質量為0.0593克，模具之開孔率為49.0%之良好值。
擠出開始第48小時，通往模具之樹脂導入部的壓力為17.3MPa，100粒質量為0.0618克，模具之開孔率為47.0%，確認可進行48小時以上的穩定擠出。
另外，有關在擠出開始第48小時獲取之發泡性苯乙烯樹脂粒子，以後述的方法製作體積發泡倍數50倍(體積密度0.02克/cm3 )之預備發泡粒子，再使用此預備發泡粒子製造發泡倍數50倍(密度0.02克/cm3 )之發泡成形體。目視觀察所得到的發泡成形體，對於預備發泡粒子往成形金 屬模之充填性進行評價。此外，模具之開孔率係以下述之方法求出。
〈模具之開孔率〉
開孔率(模具表面之排出噴嘴在擠出時的開孔率)=開孔數/模具全部噴嘴數×100(%)。
排出量(公斤/小時)=每一小時以切斷器切出之所有發泡性粒子的總質量=開孔數×切出的個數×1粒質量=開孔數×切斷器的刀刃數×切斷器的旋轉數×1粒質量。
因此，開孔數為如下式開孔數=排出量(公斤/小時)/[切斷器的刀刃數×切斷器的旋轉數(rph；轉數/每小時)×1粒質量(公斤/個)]，所以開孔率可用下式算出。
開孔率(E)=開孔數/全部排出噴嘴數×100(%)=[Q/(N×R×60×(M/100)/1000)]/H×100(%)
(式中，Q表示排出量(rpm；公斤/小時)，N表示切斷器刀刃的片數，R表示切斷器的旋轉數(轉數/每分鐘)，M表示100粒質量(克)(將從發泡性粒子任意選出100粒，並以最小刻度為0.0001克之電子秤秤重所得到的值設定為100粒質量)，H表示模具的全部噴嘴數。)〈開孔率的評價基準〉
開孔率係依以下的基準進行評價。
◎:50%≦E
○:40%≦E<50%
△:30%≦E<40%
×:E<30%
〈發泡成形體之製造〉
將如前述實施而在擠出開始第48小時得到之發泡性苯乙烯樹脂粒子在20℃放置一天後，相對於發泡性苯乙烯樹脂粒子100質量份，添加硬脂酸鋅0.1質量份、羥基硬脂酸三酸甘油酯0.05質量份、硬脂酸單甘油酯0.05質量份，加以混合使之被覆於樹脂粒子表面後，投入小型批次式預備發泡機(內容積40L)，一邊攪拌一邊以吹入壓0.05MPa(表壓)之水蒸氣進行加熱，而製作體積發泡倍數50倍(體積密度0.02克/cm3 )之預備發泡粒子。
接著，使所得到之預備發泡粒子在23℃熟成一天後，使用安裝有外形尺寸300×400×100mm(厚度30mm)且內部具有厚度為5mm、10mm、25mm的間隔部的模具之自動成形機(積水工機製作所製，ACE-3SP型)，以下述成形條件進行成形而得到發泡倍數50倍(密度0.02克/cm3 )之發泡成形體。
成形條件(ACE-3SP QS成形模式)
成形蒸氣壓0.08MPa(表壓)
模具加熱3秒
一方向加熱(壓力設定)0.03MPa(表壓)
逆方向加熱2秒
兩面加熱12秒
水冷10秒
設定取出面壓0.02Mpa
〈預備發泡粒子之模具充填性之評價基準〉
以目視觀察上述發泡成形體，依以下的基準評估模具充填性。
◎：完全填滿厚度5mm間隔部份
○：雖然厚度5mm間隔部份之充填不密實而可觀察到過大的發泡粒，但間隔部份仍算形成
△：在厚度5mm間隔部份可看到由於充填不良所致之粒子缺損，間隔部份並未完全形成
×：厚度5mm間隔部份充填不良，間隔部份完全未形成
〈粒子100粒之合計質量〉
從發泡性聚苯乙烯樹脂粒子中任意選出粒子100粒之合計質量以落在0.02至0.09克的範圍內為佳。超過0.09克則對於成形模具細部的充填性會變得困難，有可能使得可成形的模具限定在單純形狀者。不到0.02克則有粒子的生產性變差之虞。更佳的範圍為0.04至0.06克。此外，在聚苯乙烯系樹脂以外之樹脂的情形，將上述範圍乘以樹脂的比重所得到的值則常在較佳的粒子100粒之合計質量的範圍內。
〈預備發泡粒子之體積發泡倍數的測定方法〉
用漏斗使充分乾燥後的預備發泡粒子自然落下到量筒(例如500毫升容量)內，敲擊量筒底部而充填預備發泡粒子，直到預備發泡粒子的容積到達一定為止。測定此時預備發泡粒子的容積與質量而利用下式算出體積發泡倍數。 其中，容積係以1毫升為單位讀取，質量係以最小刻度為0.01克之電子秤測量。而且，以苯乙烯系樹脂的樹脂比重當為1.0來計算，且體積發泡倍數係將小數點以下1位四捨五入而得。
體積發泡倍數(倍)=預備發泡粒子的容積(毫升)/預備發泡粒子的質量(克)×樹脂比重
〈發泡成形體之發泡倍數的測定方法〉
從充分乾燥後的發泡成形體切出測定用試驗片(例如300×400×30mm)，測量此試驗片的尺寸與質量，以測量出的尺寸為基礎算出試驗片的體積，然後利用下式算出發泡倍數。其中，以苯乙烯系樹脂的樹脂比重當作1.0來計算。
發泡倍數(倍)=試驗片體積(cm3 )/試驗片質量(克)×樹脂比重
[實施例2]
使用第1圖所示之造粒裝置，並安裝上第6圖所示之造粒用模具而製造出發泡性聚苯乙烯樹脂粒子。
在口徑90mm(L/D=35)的單軸擠製機，安裝上第6圖所示構造之造粒用模具{在圓周上配置8個各具有15個直徑0.6mm、嘴口長度3.0mm的噴嘴之噴嘴單元，並在表面中央部安裝隔熱材，且將直徑12mm的管式加熱器48、49配置在加熱器深度(從樹脂排出面到管式加熱器的中心部之距離)為15mm的位置之模具}，且將預先以滾筒式混合機將微粉末滑石0.3質量份均勻混合到聚苯乙烯樹脂(東洋苯乙烯公司製，商品名「HRM10N」)100質量份中所得到的混 合物，以每小時130公斤之速率供給到擠製機內。將擠製機內的最高溫度設定在220℃，使樹脂熔融後，在擠製機中途將相對於樹脂100質量份為6質量份之作為發泡劑的戊烷(異戊烷/正戊烷=20/80之混合物)壓入。在擠製機內一邊使樹脂與發泡劑混練，一邊進行冷卻使在擠製機前端部之樹脂溫度成為170℃，同時使之通過與擠製機連接且藉由加熱器而保持在280℃之前述模具，然後在擠出到有30℃之冷卻水循環之腔室內的同時，使圓周方向具有10片刀刃之高速旋轉切斷器密貼於模具上，而以每分鐘3300轉的轉速加以切斷，然後進行脫水乾燥而得到球形的發泡性聚苯乙烯樹脂粒子。此時的循環水為300公升/分鐘，發泡性苯乙烯樹脂粒子的排出量為138公斤/小時。
在此實施例2中，擠出開始第1小時之通往模具41之樹脂導入部的壓力為16.8MPa，乾燥後的樹脂粒子100粒的質量為0.0704克，模具之開孔率為82.5%之極良好的值。
擠出開始第48小時之通往模具41之樹脂導入部的壓力為17.0MPa，100粒質量為0.0726克，模具之開孔率為80.0%，確認可進行48小時以上的穩定擠出。
有關在擠出開始第48小時獲取之發泡性苯乙烯樹脂粒子，與實施例1一樣製作體積發泡倍數50倍(體積密度0.02克/cm3 )之預備發泡粒子，再使用此預備發泡粒子製造發泡倍數50倍(密度0.02克/cm3 )之發泡成形體。目視觀察所得到的發泡成形體，評估預備發泡粒子對成形模具 之充填性。
[實施例3]
在實施例3中，除了使實施例2中使用之模具的與噴嘴單元連結之樹脂流路擴張(增加斷面積)，且使安裝的模具中每一噴嘴單元之噴嘴數從15個增加到25個以外，其餘與實施例2一樣，而以138公斤/小時的排出量得到球形的發泡性聚苯乙烯樹脂粒子。
在此實施例3中，擠出開始第1小時之通往模具之樹脂導入部的壓力為13.6MPa，乾燥後的樹脂粒子100粒的質量為0.0454克，模具之開孔率為76.8%之良好值。
擠出開始第48小時之通往模具之樹脂導入部的壓力為13.8 MPa，100粒質量為0.0459克，模具之開孔率為76.0%，確認可進行48小時以上的穩定擠出。
使用在擠出開始第48小時獲取之發泡性苯乙烯樹脂粒子，與實施例1一樣製作體積發泡倍數50倍(體積密度0.02克/cm3 )之預備發泡粒子，再使用此預備發泡粒子製造發泡倍數50倍(密度0.02克/cm3 )之發泡成形體。目視觀察所得到的發泡成形體，評估預備發泡粒子對成形模具之充填性。
[實施例4]
在實施例4中，除了使用將實施例3中使用之模具之加熱器深度從15mm變更為30mm之模具以外，其餘與實施例3一樣，而以138公斤/小時的排出量得到球形的發泡性聚苯乙烯樹脂粒子。
在此實施例4中，擠出開始第1小時之通往模具之樹脂導入部的壓力為16.0MPa，乾燥後的樹脂粒子100粒的質量為0.0511克，模具之開孔率為68.2%之良好值。
擠出開始第48小時之通往模具之樹脂導入部的壓力為16.5MPa，100粒質量為0.0552克，模具之開孔率為63.1%，確認可進行48小時以上的穩定擠出。
使用在擠出開始第48小時獲取之發泡性苯乙烯樹脂粒子，與實施例1一樣製作體積發泡倍數50倍(體積密度0.02克/cm3 )之預備發泡粒子，再使用此預備發泡粒子製造發泡倍數50倍(密度0.02克/cm3 )之發泡成形體。目視觀察所得到的發泡成形體，評估預備發泡粒子對成形模具之充填性。
[實施例5]'
在實施例5中，除了使用將實施例3中使用之模具之加熱器深度從15mm變更為45mm之模具以外，其餘與實施例3一樣，而以138公斤/小時的排出量得到球形的發泡性聚苯乙烯樹脂粒子。
在此實施例5中，擠出開始第1小時之通往模具之樹脂導入部的壓力為16.7MPa，乾燥後的樹脂粒子100粒的質量為0.0657克，模具之開孔率為53.1%之良好值。
擠出開始第48小時之通往模具之樹脂導入部的壓力為18.0MPa，100粒質量為0.0865克，模具之開孔率為40.3%，確認可進行48小時以上的穩定擠出。
有關在擠出開始第48小時獲取之發泡性苯乙烯樹脂 粒子，與實施例1一樣製作體積發泡倍數50倍(體積密度0.02克/cm3 )之預備發泡粒子，再使用此預備發泡粒子製造發泡倍數50倍(密度0.02克/cm3 )之發泡成形體。目視觀察所得到的發泡成形體，評估預備發泡粒子對成形金屬模之充填性。
[比較例1]
除了將模具換為第3圖所示之公知構造的模具31之外，其餘與實施例1一樣，以138公斤/小時的排出量製造球形的發泡性聚苯乙烯樹脂粒子。
第3A圖係比較例1中使用的模具31之斷面圖，第3B圖係顯示模具31的樹脂排出面之側面圖。此模具31除了沒有設置第2圖所示之模具1中所用之配置成十字形的管式加熱器18、19之外，具有與實施例1中所用的模具1相同的構造。
在此比較例1中，擠出開始第1小時之通往模具31之樹脂導入部的壓力為21.7Mpa之高，100粒質量為0.1322克，模具31之開孔率為22.0%。
隨著時間增長可觀察到樹脂導入部的壓力升高，到擠出開始第6小時由於到達模具31之耐壓上限值(25 Mpa)，因此在第6小時停止擠出。
[比較例2]
除了將模具換為第4圖所示之公知構造的模具32之外，其餘與實施例1一樣，而以138公斤/小時的排出量得到球形的發泡性苯乙烯樹脂粒子。
第4A圖係比較例2中使用的模具32之斷面圖，第4B圖係顯示模具32的樹脂排出面之側面圖。此模具32雖然具有第2圖所示之模具1中所用之配置成十字形的管式加熱器19，但模具中央部並未設置發熱部。除此之外，具有與實施例1中所用的模具1相同的構造。
在此比較例2中，擠出開始第1小時之通往模具32之樹脂導入部的壓力為略微偏高之20.0 Mpa，100粒質量為0.1030克，模具32之開孔率為28.2%。
隨著時間增長可觀察到樹脂導入部的壓力升高，到擠出開始第10小時到達模具32之耐壓上限值(25 Mpa)，因此在第10小時停止擠出。
[比較例3]
除了藉由以油當熱媒體之間接加熱將模具33保持在270℃以外，其餘與實施例1一樣，而以138公斤/小時的排出量得到球形的發泡性苯乙烯樹脂粒子。
第5A圖係比較例3中使用的模具33之斷面圖，第5B圖係顯示模具33的樹脂排出面之側面圖。此模具33中並未設置第2圖所示之模具1中所用的隔熱材21，而是形成為：在模具33內設有作為熱媒之油的流路23，使高溫的油從設於模具上下的熱媒入口24流入，通過中央之環狀流路23然後從設於模具左右之熱媒出口25流出，而後回到油加熱器之構造。
在此比較例3中，擠出開始第1小時之通往模具33之樹脂導入部的壓力為18.0Mpa，100粒質量為0.0907克， 模具33之開孔率為32.0%。
擠出開始第48小時，通往模具33之樹脂導入部的壓力為21.8 MPa，100粒質量為0.0994克，模具33之開孔率為29.2%。
此比較例3也和實施例1一樣，使用在擠出開始第48小時獲取之發泡性苯乙烯樹脂粒子製作體積發泡倍數50倍(體積密度0.02克/cm3 )之預備發泡粒子，再使用此預備發泡粒子製造發泡倍數50倍(密度0.02克/cm3 )之發泡成形體。目視觀察所得到的發泡成形體，評估預備發泡粒子對成形模具之充填性。
將實施例1至5及比較例1至3之結果整理記載於表1。
從表1之結果可知，本發明之實施例1，從造粒開始第1小時之模具壓力為16.0 MPa，第48小時之模具壓力為17.3 MPa，比比較例1至3低，可連續運轉。而且，噴嘴之開孔率在經過48小時是維持在47%。
此外，實施例2至5，從造粒開始第1小時之模具壓力為13.6至16.8 MPa，第48小時之模具壓力為13.8至18.0 MPa，比比較例1至3低，可連續運轉。而且，噴嘴之開孔率在經過1小時時是53%以上，經過48小時時是在40%以上，尤其是實施例2、3，在經過1小時時有76%以上，在經過48小時時在76%以上，確認開孔率幾乎不隨著時間的經過而變化。
另外，加熱器深度為45mm之實施例5，相較於加熱器深度為30mm之實施例4，開孔率是下降。因此可說：加熱器深度以10至50mm為佳，更佳為15至30mm。
另一方面，在比較例1、2，可看到因噴嘴阻塞所致之模具壓力上昇的情形很顯著，6至10小時程度之運轉就到達模具耐壓上限。噴嘴之開孔率，在經過1小時時就降低到22.0至28.2%。
比較例3與比較例1、2相比，模具壓力上昇的情形受到抑制，開孔率也變高。不過，比較例3所用的模具33與實施例1相比，要在模具內設置環狀油流路，模具的構造變複雜，且需要油的加熱器及循環泵，使油循環之配管也需要保溫等，設置成本很高。另外，還有流路會因為劣化的油或異物而阻塞，當流動難以進行時加熱平衡就會破 壞，而有無法均勻地保持模具的溫度等缺點。
(產業上的可利用性)
依照本發明，在以熱切法進行熱塑性樹脂粒子的成形之際，可防止造粒用模具之噴嘴阻塞，可有效率地生產粒徑均勻的粒子。
1、41‧‧‧造粒用模具
2‧‧‧擠製機
3‧‧‧料斗
4‧‧‧發泡劑供給口
5‧‧‧高壓泵
6‧‧‧腔室
7‧‧‧切斷器
8‧‧‧送水泵
9‧‧‧水槽
10‧‧‧脫水處理部
11‧‧‧管路
12‧‧‧容器
13‧‧‧模座
14‧‧‧含有發泡劑的樹脂
15‧‧‧螺栓
16‧‧‧樹脂流路
17‧‧‧噴嘴
18、19、48、49‧‧‧管式加熱器
20‧‧‧短加熱器
21‧‧‧隔熱材
22‧‧‧樹脂排出面
23‧‧‧流路
24‧‧‧熱媒入口
25‧‧‧熱媒出口
31、32、33‧‧‧模具
50(50A至50D)‧‧‧測溫體
L‧‧‧加熱器深度(從樹脂排出面到管式加熱器的中心部之距離)
第1圖係顯示本發明之造粒裝置之構成的一個例子圖。
第2A圖係本發明之造粒用模具之一實施形態中的造粒用模具的斷面圖。
第2B圖係顯示本發明之造粒用模具之一實施形態中的造粒用模具的樹脂排出面之側面圖。
第3A圖係比較例1中用的模具斷面圖。
第3B圖係顯示比較例1中用的模具之樹脂排出面的側面圖。
第4A圖係比較例2中用的模具斷面圖。
第4B圖係顯示比較例2中用的模具之樹脂排出面的側面圖。
第5A圖係比較例3中用的模具斷面圖。
第5B圖係顯示比較例3中用的模具之樹脂排出面側面圖。
第6A圖係本發明之造粒用模具之其他實施形態中的造粒用模具斷面圖。
第6B圖係顯示本發明之造粒用模具之其他實施形態 中的造粒用模具的樹脂排出面之側面圖。
1‧‧‧造粒用模具
15‧‧‧螺栓
17‧‧‧噴嘴
18、19‧‧‧管式加熱器
20‧‧‧短加熱器
21‧‧‧隔熱材
22‧‧‧樹脂排出面

Claims (11)

  1. 一種造粒用模具，具備有：與水流接觸而設置之樹脂排出面、以及與擠製機之缸筒相連通而在前述樹脂排出面開口之複數個噴嘴，前述噴嘴係沿著前述樹脂排出面上的假想圓的圓周而配置，且在配置前述噴嘴之圓周內側的樹脂排出面設有隔熱材，在樹脂排出面的附近以通過前述圓周的中心部而向徑向延伸的方式設有複數個管式加熱器。
  2. 如申請專利範圍第1項之造粒用模具，其中，前述管式加熱器係沿著前述樹脂排出面之前述水流的流入方向及流出方向、以及與前述水流的流入方向及流出方向之垂直方向而配置。
  3. 如申請專利範圍第1項之造粒用模具，其係具備有與前述擠製機之缸筒相連通且連結至前述噴嘴之複數個樹脂流路，前述樹脂流路為沿著前述樹脂排出面上的假想圓的圓周而配置，前述管式加熱器為對於前述樹脂流路配置在前述圓周的周向兩側，且以長度方向向著前述圓周的徑向而橫切過前述圓周之狀態配置。
  4. 如申請專利範圍第1項之造粒用模具，其中，前述管式加熱器的加熱器深度(亦即從樹脂排出面到管式加熱器的中心部之距離)為10至50mm。
  5. 一種造粒裝置，包含：申請專利範圍第1至4項中任一項所記載之造粒用 模具；在前端安裝有前述造粒用模具之擠製機；收容用以將自前述造粒用模具之噴嘴排出的樹脂切斷之切斷器；以及使前述造粒用模具之樹脂排出面與水流接觸之腔室。
  6. 一種發泡性熱塑性樹脂粒子之製造方法，具有：將熱塑性樹脂供給至安裝有申請專利範圍第1至4項中任一項所記載的造粒用模具之擠製機，使之熔融混練之步驟；一邊使前述熱塑性樹脂向著前述造粒用模具移動，一邊將發泡劑注入到前述熱塑性樹脂中而形成含有發泡劑的樹脂之步驟；以及在水流中利用切斷器將自前述造粒用模具之噴嘴排出的前述含有發泡劑的樹脂切斷而得到發泡性熱塑性樹脂粒子之步驟。
  7. 一種熱塑性樹脂發泡粒子之製造方法，具有：將熱塑性樹脂供給至安裝有申請專利範圍第1至4項中任一項所記載的造粒用模具之擠製機，使之熔融混練之步驟；一邊使前述熱塑性樹脂向著前述造粒用模具移動，一邊將發泡劑注入到前述熱塑性樹脂中而形成含有發泡劑的樹脂之步驟；在水流中利用切斷器將自前述造粒用模具之噴嘴排出的前述含有發泡劑的樹脂切斷而得到發泡性熱塑 性樹脂粒子之步驟；以及使前述發泡性熱塑性樹脂粒子預備發泡而得到熱塑性樹脂發泡粒子之步驟。
  8. 一種熱塑性樹脂發泡成形體之製造方法，具有：將熱塑性樹脂供給至安裝有申請專利範圍第1至4項中任一項所記載的造粒用模具之擠製機，使之熔融混練之步驟；一邊使前述熱塑性樹脂向著前述造粒用模具移動，一邊將發泡劑注入到前述熱塑性樹脂中而形成含有發泡劑的樹脂之步驟；在水流中利用切斷器將自前述造粒用模具之噴嘴排出的前述含有發泡劑的樹脂切斷而得到發泡性熱塑性樹脂粒子之步驟；使前述發泡性熱塑性樹脂粒子預備發泡而得到熱塑性樹脂發泡粒子之步驟；以及使前述熱塑性樹脂發泡粒子在模內發泡成形而得到熱塑性樹脂發泡成形體之步驟。
  9. 一種發泡性熱塑性樹脂粒子，其係依照申請專利範圍第6項所記載的發泡性熱塑性樹脂粒子之製造方法而直接得到者。
  10. 一種熱塑性樹脂發泡粒子，其係使申請專利範圍第9項所記載的發泡性熱塑性樹脂粒子預備發泡而直接製造所得到者。
  11. 一種熱塑性樹脂發泡成形體，其係使申請專利範圍第 10項所記載的熱塑性樹脂發泡粒子在模內發泡成形而直接製造所得到者。
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