WO2024034420A1 - ２軸型連続混練押出装置 - Google Patents

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WO2024034420A1
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twin
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shaft
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啓太 森田
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株式会社シーティーイー
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Definitions

  • the present invention relates to a twin-screw continuous kneading and extrusion device.
  • a twin-screw continuous kneading and extrusion device that is equipped with two deep-groove screws arranged in parallel and continuously melts, kneads, deaerates, and extrudes synthetic resin materials.
  • This conventional twin-screw type continuous kneading extrusion device has a structure in which two screws have the same length, rotate in the same direction, and mesh with each other.
  • conventional twin-screw continuous kneading and extrusion equipment has problems such as (1) poor uniform feeding of the composite material fed into the extrusion equipment (feedneck phenomenon), and (2) high kneading retention of the composite material and low resin temperature.
  • the present invention has been made in view of the above facts, and its purpose is to provide a twin-screw continuous kneading and extrusion device that is improved over the conventional one.
  • the twin-screw continuous kneading extrusion device of the present invention has two passage sections arranged in parallel in a state of communication with each other, and a material (for example, a resin material) supplied to the two passage sections.
  • a two-shaft kneading feed section having a first kneading feed shaft and a second kneading feed shaft rotatably disposed in each of the two passage sections for kneading the kneading material fed from the two-shaft kneading feed section; a single screw portion having a single passage for receiving material and a separate screw shaft rotatably disposed in the single passage for extruding material from the single passage;
  • Each of the first and second kneading feed shafts is configured such that a mixing rotor is formed in at least one axial section.
  • the separate screw shaft is controlled to rotate at a lower speed than the rotational speed of the first kneading feed shaft and the second kneading feed shaft.
  • the first kneading feed shaft and the second kneading feed shaft are configured as separate screw shafts, and the resin kneading is carried out by rotating the first kneading feed shaft and the second kneading feed shaft at higher speeds.
  • a separate screw shaft is rotated at a low speed to extrude the material while suppressing the rise in material temperature through low resin kneading. Therefore, excessive kneading and overheating of the resin can be avoided, and burnout of the resin can be prevented.
  • a maximum outer diameter portion having a maximum radius in a cross section perpendicular to the axial direction is formed in a part of the outer periphery of the mixing rotor, and a gap between the maximum outer diameter portion and an inner wall of the passage portion is preferably formed.
  • a tip clearance is formed in the tip clearance, and the material is sheared as it passes through the tip clearance.
  • the first kneading feed shaft and the second kneading feed shaft are controlled to rotate in opposite directions. Since the tip clearance (gap G) can be reduced while maintaining mechanical strength, the shearing rate can be increased compared to a conventional two-shaft machine using meshing screws.
  • the shearing force increases, but the shearing time becomes shorter.Furthermore, the shearing and compression are followed by a release action, and these are repeated, so the shearing force is reduced. Even if it is made larger, the heat generation effect will be reduced.
  • the two passages are cocoon-shaped when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction.
  • Such a shape can increase the gap between the circles drawn by the maximum outer diameter portions of the two mixing rotors, thereby increasing the open space for the material.
  • a mixing rotor is provided in each of a plurality of mutually spaced axial sections of the first and second kneading feed shafts.
  • a screw may be provided in the axial section where the mixing rotor is not formed.
  • the plurality of mixing rotors formed in each of the plurality of axial sections move toward the terminal end of the two-axis kneading feed section. If the clearance becomes smaller or the viscosity of the material increases during the melting process, the tip clearance is formed to become larger as it moves toward the terminal end.
  • each of the first kneading feed shaft and the second kneading feed shaft has a base shaft, and at least one of the mixing rotor and the screw can be replaceably attached to the base shaft.
  • the twin-screw kneading and feeding section includes a first open vent for degassing.
  • the single screw portion also includes a second open vent for vacuum degassing.
  • the twin-screw kneading and feeding section and the single-screw section include heating means for heating the material.
  • the resin material supplied to the two passages is preheated by the heating means and made into a semi-gel state by the twin-screw kneading feeder, and the water adhering to the resin material is removed accordingly.
  • the material Since the material is melted and kneaded after being degassed through the first open vent, moisture is not kneaded into the molten resin material, and as a result, the molten resin can be sufficiently vacuum degassed in the single screw section. Finally, a kneaded resin of good quality can be obtained with high discharge capacity.
  • the tip clearance is set smaller than the maximum dimension of the pellet-like material in order to make the pellet-like material into a semi-gel state by the mixing rotor. or when the material supplied to the two passages is a powder material, the tip clearance is adjusted according to the particle size of the powder material in order to make the powder material into a semi-gel state by the mixing rotor. is set.
  • the flow path through which the material flows from the twin-screw kneading feed section to the single-screw section is provided with a flow rate adjustment mechanism for adjusting the flow rate of the material.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a twin-screw continuous kneading and extrusion device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of a two-axis kneading and feeding section in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line 2-2 in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line 4-4 in FIG. 2.
  • the twin-screw continuous kneading and extrusion device 10 of this embodiment includes a twin-screw kneading and feeding section 16 that kneads materials, and a unit that receives and extrudes the material sent out from the twin-screw kneading and feeding section 16.
  • a shaft screw portion 33 is provided.
  • the two-axis kneading feed section 16 includes two passages 11 and 12 arranged in parallel in a state of communication with each other in the first casing 13, Each of the sections 11 and 12 is provided with a first kneading feed shaft 14 and a second kneading feed shaft 15 which are rotatably arranged.
  • the two passage parts 11 and 12 overlap each other so as to form a cocoon shape when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction (see FIG. 4), allowing the material to communicate between the two passage parts 11 and 12. .
  • the first kneading feed shaft 14 and the second kneading feed shaft 15 are rotationally controlled by a drive control section (not shown) so that they rotate in opposite directions. Note that the rotation speed of either the first kneading feed shaft 14 or the second kneading feed shaft 15 may be made faster (for example, about 10%) than the other.
  • a heating means 25 can be attached to the outer periphery of the first casing 13.
  • the single screw part 33 is rotatable between a single passage part 31 formed in the second casing 29 and separated from the first kneading feed shaft 14 and the second kneading feed shaft 15 on the downstream side.
  • a separate single screw shaft 32 is arranged in the axial direction. The rotation of the single screw shaft 32 is controlled by a drive control section (not shown) so that it rotates at least at a slower speed than the first and second kneading feed shafts 14 and 15.
  • a heating means 25 can be attached to the outer periphery of the second casing 29.
  • a material supply port 17 (see FIGS. 1 and 2) that communicates with each of the passages 11 and 12 is formed at one end of the first casing 13 in the biaxial kneading and feeding section 16.
  • a resin material is sent to this material supply port 17 from a resin supply device (not shown).
  • Each of the two kneading feed shafts 14 and 15 has a first screw 18, a first mixing rotor 19, a second screw 20, and a second mixing rotor 21 in each section along the axial direction from one end side of the upstream. and the third screw 22 are arranged in order (see FIG. 2).
  • the first and second kneading feed shafts 14, 15 can be constructed by attaching segmented screws of various lengths and mixing rotors to the base shafts 14a, 15a selectively in line. Therefore, by freely combining screws of different lengths and mixing rotors of different lengths and numbers, the kneading time and kneading intensity can be adjusted. Therefore, it is preferable that these mixing rotors and screws be configured to be replaceable.
  • first screw 18, first mixing rotor 19, second screw 20, second mixing rotor 21, and third screw 22 in the first kneading feed shaft 14 are shown as being attached to the second kneading feed shaft 15. It can be left-right symmetrical, as in, but it can also be left-right asymmetrical. In any case, the first and second kneading feed shafts 14 and 15 are configured to work together to efficiently knead and feed the materials.
  • the first mixing section 23 in the two-shaft kneading feed section 16 is constituted by two first mixing rotors 19 adjacent to and cooperating on the kneading feed shafts 14 and 15, as shown in FIG.
  • the second mixing section 24 in the two-shaft kneading feed section 16 is constituted by two second mixing rotors 21 on the kneading feed shafts 14 and 15 that work adjacently.
  • the first mixing section 23 which the material sent from the material supply port 17 by the two kneading feed shafts 14 and 15 first reaches, is configured to bring the material into a semi-gel state. There is.
  • the configuration of the first mixing section 23 (second mixing section 24) for bringing the material into a semi-gel state will be described below.
  • the mixing rotor 19 (21) of the first mixing section 23 (second mixing section 24) is attached perpendicularly to a part of the outer periphery of the mixing rotor 19 (21) in the axial direction.
  • a maximum outer diameter portion 42 is formed where the radius of the cross section is maximum.
  • the maximum outer diameter portion 42 of one mixing rotor 19 (21) is shown as two protrusions facing each other at 180 degrees in the cross section of FIG. 4, and is formed in a spiral shape in the axial direction ( (See Figure 2).
  • a minimum outer diameter portion with a minimum radius is formed between the maximum outer diameter portions 42 of one mixing rotor 19 (21).
  • the maximum outer diameter portion 42 of each of the mixing rotors 19, 19 (21, 21) arranged in the left and right passages 11, 12 has a tip clearance (gap G) between it and the inner wall of the passages 11, 12.
  • the material 26 is sheared as it passes through the tip clearance (gap G). Since the gap G can be reduced while maintaining mechanical strength, the shearing rate can be increased compared to a conventional two-shaft machine using meshing screws. In addition, since the material 26 is sheared and compressed by the mixing rotor, the shearing force increases, but the shearing time is shortened.Furthermore, the shearing and compression are followed by the release action by the smallest outer diameter part, and these are repeated. Therefore, even if the shear force is increased, the heat generation effect will be reduced. Furthermore, the gap G can be easily changed by replacing the mixing rotor, and the shearing force can be set as desired.
  • the two passage portions 11 and 12 have cocoon-shaped cross sections as described above. Such a shape increases the gap between the circles drawn by the maximum outer diameter portions 42 of each of the two mixing rotors 19, 19 (21, 21), and increases the open space for the material 26. can do. In this way, the shear action, release action, and continuous flow in the axial direction on the material 26 due to the tip clearance can be efficiently promoted.
  • the gap G (see FIG. 4) between the maximum outer diameter portion 42 of the first mixing rotor 19 and the inner walls of the passages 11 and 12 of the first casing 13 is set to be slightly smaller than the maximum dimension of the resin pellet. ing.
  • An example of a preferable dimension of this gap G is 1 to 4 mm.
  • the resin material 26 (see FIG. 4), which is preheated by the heating means 25 attached to the outer periphery of the first casing 13 while being sent from the material supply port 17 to the first mixing section 23, fills the gap G with the material. It is turned into a semi-gel state in the first mixing section 23 due to the shearing action it receives while passing through. When the resin material 26 is brought into a semi-gel state in this way, the water adhering to the resin material evaporates.
  • the first casing 13 is provided with a first open vent 27 for communicating the passage section in which the second screw 20 is disposed to the outside. .
  • the moisture evaporated from the semi-gelled resin 26 in the first mixing section 23 is released to the outside of the first casing 13 via the first open vent 27.
  • the second mixing section 24 is configured to completely melt and knead the resin 26 that has been made into a semi-gel state in the first mixing section 23, deaerated, and then sent by the second screw 20.
  • the gap G between the outer diameter portion 42 and the inner wall of the passage portions 11 and 12 of the first casing 13 is, for example, 0.1 to 1.0 mm when the viscosity decreases during the melting process of the resin. It is set small.
  • the maximum outer diameter part 42 of the first mixing rotor 19 and the first casing 13 are
  • the gap G between the inner walls of the passages 11 and 12 is set small enough to semi-gelatize according to the particle size.
  • the gap G in this case is preferably about 0.1 to 1.0 mm.
  • the gap G between the mixing rotors 19, 21 in the plurality of mixing parts 23, 24 and the inner walls of the passage parts 11, 12 of the first casing 13 is If the viscosity decreases, it is set so that it becomes smaller as it moves towards the end of the two-axis kneading feed section 16, and if the viscosity increases during the process of melting the resin, it is set so that it becomes larger as it moves towards the end.
  • a mode in which the gap G is made smaller as it moves toward the terminal end is a mode in which the gap G is constant within the same mixing rotor, and the gap G is made smaller as the mixing rotor is closer to the terminal end (in the case of this embodiment, the mixing rotor). It is possible to form each mixing rotor so that the gap G at the mixing rotor 21 is smaller than the gap G at the mixing rotor 19), and also to form each mixing rotor so that the gap G becomes smaller closer to the terminal end even within the same mixing rotor. .
  • the screw shaft rotation speed is high, it is preferable to provide a bearing portion 35 at the end of the casing in order to suppress vibration of the screw at high speed.
  • the left and right passages 11 and 12 in the bearing part 35 do not communicate with each other and are independent (see FIG. 3). This is not the case when the screw shaft rotation speed is low, and as shown in FIG. 4, the horizontal passages 11 and 12 may communicate between the screws at the ends of the casing.
  • a flow rate adjustment mechanism 36 is provided at the casing end, and one vertical through passage 38 is provided inside the flow rate adjustment mechanism 36, and this one through passage communicates with the two horizontal passages at the casing end. (See Figure 2).
  • the cylindrical valve body 39 in the flow rate adjustment mechanism 36 is capable of reciprocating in the direction of arrow H.
  • the valve body 39 opens and closes the through passage 38 as it moves, and adjusts the flow rate of the molten resin flowing through the through passage 38.
  • the passage part 31 formed inside the second casing 29 of the single screw part 33 receives at the receiving port the molten resin that flows through the through-path 38 and is discharged from the lower end of the through-path 38 at a receiving port.
  • the other end of the casing is opened to the outside, and this opening is used as a discharge port 40 for molten resin.
  • the second casing 29 is provided with a second open vent 41 for vacuum degassing, and this open vent 41 communicates with the passage portion 31 of the second casing 29. There is.
  • the flow rate adjustment mechanism 36 is arranged between the two-screw kneading feed section 16 and the single-screw section 33, and adjusts the flow rate of the molten resin that reaches the single-screw section 33.
  • the flow rate adjustment mechanism 36 may have another configuration, or a mode in which the flow rate adjustment mechanism is not provided is also conceivable.
  • the first kneading feed shaft 14 and the second kneading feed shaft 15 are movable in the axial direction, and the kneading feed shaft 14 and the second kneading feed shaft 15 and the surroundings are It is also possible to have a structure in which a valve body is formed by an uneven portion formed on the inner surface of the casing 13 to adjust the degree of opening and closing of the flow path.
  • Resin with high viscosity and low fluidity may be supplied to the receiving port of the screw shaft 32 from the end of the two-shaft part in free fall without going through a flow rate adjustment mechanism. Further, if the viscosity is high but it is sticky and does not enter the receiving port of the screw shaft 32 by free fall alone, it may be supplied to the receiving port of the screw shaft 32 by a pusher (a piston-type pushing device, not shown). It is possible to set a number of mixing rotors with different rotor gaps depending on the melting resistance and viscosity of the resin.
  • the passage parts 11 and 12 of the twin-screw kneading feeding part 16 are arranged horizontally, and the passage part 11 and 12 are arranged horizontally.
  • 12 was fed through a through passage 38 extending vertically, but now the single screw part 33 is disposed horizontally beside the twin screw kneading feed part 16 and the through passage 38 is extended horizontally. may be configured. In this case, the flow rate adjustment mechanism 36 may be removed and used.
  • the axial direction of the two-screw kneading feed section 16 and the axial direction of the single-screw section 33 are arranged to be substantially parallel; It can also be arranged so that the direction and the axial direction of the single screw portion 33 form a constant angle, for example, 90 degrees.
  • the present invention is not limited to this example, and the number and axial length The height can be set as desired. That is, the kneading feed shafts 14 and 15 may be provided with one or more mixing rotors and one, two, or four or more screws. Alternatively, the kneading feed shafts 14 and 15 may not be provided with screws, but only a mixing rotor may be provided. In this case, a mixing rotor having substantially the same length in the axial direction as the kneading feed shafts 14 and 15 may be provided.
  • the present invention is not limited to this example.
  • a different position, length and asymmetrical shape with respect to the kneading feed shafts 14, 15 in at least one axial section is also possible.
  • the cross-sectional shape of the mixing rotor is not limited to the example shown in FIG. 4, and any suitable shape that can form a tip clearance can be considered. Further, it is also possible that the phase shift between the left and right mixing rotors is at an angle different from 90 degrees.
  • the present invention is not limited to this shape.

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Abstract

材料の高混練、高分散化及び低温コントロールを達成する。　２軸型連続混練押出装置１０は、互いに連通した状態で並列に配置された２つの通路部１１、１２と、供給された材料を混練するため２つの通路部の各々に回転可能に配置された第１及び第２の混練送り軸１４、１５とを有する、２軸混練送り部１６と、２軸混練送り部１６から送り出された材料を受け取る単一通路部３１と、材料を押し出すため単一通路部に回転可能に配置された別個のスクリュー軸３２とを有する、単軸スクリュー部３３と、を備える。第１及び第２の混練送り軸１４，１５の各々には、少なくとも１つの軸方向区分においてミキシングロータ１９が形成され、ミキシングロータの外周囲の一部には、軸方向に垂直な断面の半径が最大となる最大外径部が形成され、最大外径部と通路部の内壁との間にチップクリアランスを形成し、材料はチップクリアランスを通過する際にせん断される。

Description

２軸型連続混練押出装置
　本発明は２軸型連続混練押出装置に関する。
　並列に配置された２本の深溝のスクリューを備え、合成樹脂材料の溶融、混練及び脱気、押し出しを連続的に行う２軸型連続混練押出装置が知られている。この従来の２軸型連続混練押出装置は、２本のスクリューが、同一長さであり、同方向に回転し、互いに噛み合う構造を有している。しかし、従来の２軸型連続混練押出装置には、（１）押出装置に投入した複合原料の均一な食い込みの不良（フィードネック現象）、（２）複合材料の高混練保持と樹脂温度の低温コントロール化の実現、（３）溶融粘度及び溶融温度の異なる複合材料の高混練・高分散化、（４）ベント部からの水分、発生ガスなどの十分な脱気効果の必要性、（５）経済的かつ採算ベースに見合う高生産性（高押出量）の確保といった、改善するべきいくつかの課題が存在していた。
　本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、従来より改善した２軸型連続混練押出装置を提供することをその目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の２軸型連続混練押出装置は、互いに連通した状態で並列に配置された２つの通路部と、該２つの通路部に供給された材料（例えば樹脂材料）を混練するため該２つの通路部の各々に回転可能に配置された第１混練送り軸及び第２混練送り軸とを有する、２軸混練送り部と、前記２軸混練送り部から送り出された材料を受け取る単一通路部と、該単一通路部から材料を押し出すため該単一通路部に回転可能に配置された別個のスクリュー軸とを有する、単軸スクリュー部と、を備え、前記第１及び第２の混練送り軸の各々には、少なくとも１つの軸方向区分においてミキシングロータが形成されるように構成したものである。好ましくは、前記別個のスクリュー軸は、前記第１混練送り軸及び前記第２混練送り軸の回転速度よりも低速で回転制御される。
　本発明によれば、第１混練送り軸及び第２混練送り軸と別個のスクリュー軸とを分けて構成し、第１混練送り軸及び第２混練送り軸をより高速回転することにより樹脂混練を十分に良好とし、これに対して別個のスクリュー軸を低速回転として低い樹脂混練で材料温度の上昇を抑えた状態で材料を押し出しするようにしている。よって、樹脂が過剰に混練し過加熱されることを未然に回避し、樹脂の焼損を防止できる。
　また好ましくは、前記ミキシングロータの外周囲の一部には、軸方向に垂直な断面の半径が最大となる最大外径部が形成され、該最大外径部と前記通路部の内壁との間にチップクリアランスを形成し、材料は該チップクリアランスを通過する際にせん断される。このとき、前記第１混練送り軸及び前記第２混練送り軸は、互いに逆方向に回転制御されている。チップクリアランス（ギャップＧ）は、機械的強度を維持したまま、小さくすることができるため、噛み合うスクリューを用いた従来型二軸機と比べて、せん断速度を大きくすることができる。また、材料のせん断、圧縮がミキシングロータで行われるため、せん断力は大きくなるが、せん断時間は短くなり、さらに、せん断、圧縮の次は解放作用が続き、これらが繰り返されるため、せん断力を大きくしても発熱作用が少なくなる。
　好ましくは、前記２つの通路は、軸方向に垂直な断面で見て、まゆ型状である。このような型状は、２つのミキシングロータのそれぞれの最大外径部が描く円と円との間の隙間を大きくし材料のための解放空間を大きくすることができる。
　好ましくは、前記第１及び第２の混練送り軸の互いに離間した複数の軸方向区分の各々においてミキシングロータが設けられている。この場合、前記ミキシングロータが形成されていない軸方向区分にはスクリューが設けられていてもよい。
　好ましくは、前記複数の軸方向区分の各々に形成されてなる複数のミキシングロータは、材料が溶融する過程で粘度が低下する場合には、前記２軸混練送り部の終端側に移るに従って前記チップクリアランスが小さくなり、又は材料が溶融する過程で粘度が増加する場合には、前記終端側に移るに従って前記チップクリアランスが大きくなるように形成されている。
　さらに好ましくは、第１混練送り軸及び第２混練送り軸の各々は基軸を有し、前記ミキシングロータ及び前記スクリューの少なくともいずれかは、前記基軸に交換可能に取り付け可能である。長さの異なるスクリュー、長さ及び個数の異なるミキシングロータを自由に組み合わせることにより、混練時間や混練の強さの調整をすることができる。
　本発明の好ましい態様は、前記２軸混練送り部は、脱気用の第１のオープンベントを備える。また、前記単軸スクリュー部は、真空脱気用の第２のオープンベントを備える。さらには、前記２軸混練送り部及び前記単軸スクリュー部は、材料を加熱するための加熱手段を備える。本態様によれば、前記２つの通路部に供給された樹脂材料は加熱手段によって予熱され、２軸混練送り部で半ゲル状態にされると共に、これに伴って樹脂材料に付着していた水分を第１のオープンベントにより脱気した上、材料を溶融混練するため、水分を溶融樹脂材料に練り込むことがなく、その結果、単軸スクリュー部で溶融樹脂の真空脱気も十分にでき、最終的に品質のよい混練樹脂を高い吐出能力で得ることができる。
　好ましくは、前記２つの通路部に供給される材料がペレット状材料である場合、該ペレット状材料を前記ミキシングロータにより半ゲル状にするため前記チップクリアランスが前記ペレット状材料の最大寸法より小さく設定され、又は、前記２つの通路部に供給される材料がパウダー状材料である場合、該パウダー状材料を前記ミキシングロータにより半ゲル状にするため前記チップクリアランスが前記パウダー状材料の粒径に応じて設定される。
　さらに好ましくは、前記２軸混練送り部から前記単軸スクリュー部へ材料が流れる流路には、該材料の流量を調整するための流量調整機構が設けられる。
本発明の一実施の形態に係る２軸型連続混練押出装置を示す概略断面図である。 図１における２軸混練送り部の概略説明図である。 図２における２－２線に沿った断面図である。 図２における４－４線に沿った断面図である。
発明の実施の形態
　以下、図面を参照して本発明の２軸型連続混練押出装置の実施の形態を説明する。図１及び図２には、本発明の一実施の形態に係る２軸連続混練押出装置１０が図示されている。図１に示されるように、この実施形態の２軸連続混練押出装置１０は、材料を混練する２軸混練送り部１６と、２軸混練送り部１６から送り出された材料を受け取り、押し出しする単軸スクリュー部３３とを備えている。
　２軸混練送り部１６は、図２に最もよく示されるように、第１のケーシング１３内に、互いに連通した状態で並列に配置された、２つの通路部１１、１２と、該２つの通路部１１、１２の各々に回転可能に配置された第１混練送り軸１４及び第２混練送り軸１５とを備えている。２つの通路部１１、１２は、軸方向に垂直な断面で見てまゆ型状となるように重なり合っており（図４参照）、材料が２つの通路部１１、１２の間を連通可能としている。第１混練送り軸１４及び第２混練送り軸１５は、図示しない駆動制御部により互いに逆方向に回転するように回転制御される。なお、第１混練送り軸１４及び第２混練送り軸１５のいずれかの回転速度を他方よりも（例えば１０％程度）速くするようにしてもよい。第１のケーシング１３の外周囲には加熱手段２５を取り付けることができる。
　単軸スクリュー部３３は、第１混練送り軸１４及び第２混練送り軸１５から下流側に離れて第２のケーシング２９内に形成された単一の通路部３１と、通路部３１に回転可能に配置された別個の単一のスクリュー軸３２とを備えている。単一のスクリュー軸３２は、第１、第２の混練送り軸１４、１５よりも少なくとも低速に回転するように図示しない駆動制御部により回転制御される。第２のケーシング２９の外周囲には加熱手段２５を取り付けることができる。
　２軸混練送り部１６における第１のケーシング１３の一端には、各通路部１１、１２に連通する材料供給口１７（図１、図２参照）が形成されている。この材料供給口１７には、図示しない樹脂供給装置から樹脂材料が送られる。２つの各混練送り軸１４、１５の各々には、上流の一端側からそれぞれその軸方向に沿った各区分において第１スクリュー１８、第１ミキシングロータ１９、第２スクリュー２０、第２ミキシングロータ２１及び第３スクリュー２２が順番に配列されて構成されている（図２参照）。
　このような第１及び第２の混練送り軸１４、１５は、セグメント化された各種長さのスクリューとミキシングロータとを基軸１４ａ、１５ａに選択的に並べて取り付けることで構成することができる。従って、長さの異なるスクリュー、長さ及び個数の異なるミキシングロータを自由に組み合わせることにより、混練時間や混練の強さの調整をすることができる。従って、これらのミキシングロータやスクリューは交換可能に構成するのが好ましい。
　なお、第１混練送り軸１４における第１スクリュー１８、第１ミキシングロータ１９、第２スクリュー２０、第２ミキシングロータ２１及び第３スクリュー２２は、第２混練送り軸１５に取り付けられたものと図示のように左右対称とすることもできるが、左右非対称とすることもできる。いずれにしても第１及び第２の混練送り軸１４、１５は協働して材料を効率的に混練し、送り出しするように構成される。例えば、２軸混練送り部１６における第１ミキシング部２３は、図２に示されるように混練送り軸１４、１５における隣接して協働する２つの第１ミキシングロータ１９により構成されている。
　同様に、２軸混練送り部１６における第２ミキシング部２４は、混練送り軸１４、１５における隣接して協働する２つの第２ミキシングロータ２１により構成されている。２軸混練送り部１６において、材料供給口１７から両混練送り軸１４、１５によって送られてきた材料が最初に到達する第１ミキシング部２３は、材料を半ゲル状態にするように構成されている。
　材料を半ゲル状態にするための第１ミキシング部２３（第２ミキシング部２４）の構成について以下に説明する。第１ミキシング部２３（第２ミキシング部２４）のミキシングロータ１９（２１）は、図４の断面図に示されるように、ミキシングロータ１９（２１）の外周囲の一部に、軸方向に垂直な断面の半径が最大となる最大外径部４２が形成されている。一つのミキシングロータ１９（２１）の最大外径部４２は、図４の断面では１８０度対向する２つの突起部として示されており、軸方向には、らせんを描くように形成されている（図２参照）。一つのミキシングロータ１９（２１）の最大外径部４２と最大外径部４２との間には、半径が最小となる最小外径部が形成されている。
　左右の通路部１１、１２に配置されたミキシングロータ１９、１９（２１，２１）の各々の最大外径部４２は、通路部１１，１２の内壁との間に、チップクリアランス（ギャップＧ）を形成し、材料２６は該チップクリアランス（ギャップＧ）を通過する際にせん断される。ギャップＧは、機械的強度を維持したまま、小さくすることができるため、噛み合うスクリューを用いた従来型二軸機と比べて、せん断速度を大きくすることができる。また、材料２６のせん断、圧縮がミキシングロータで行われるため、せん断力は大きくなるが、せん断時間は短くなり、さらに、せん断、圧縮の次は最小外径部による解放作用が続き、これらが繰り返されるため、せん断力を大きくしても発熱作用が少なくなる。さらには、ギャップＧはミキシングロータを交換することにより容易に変更することができ、せん断力を任意好適に設定することができる。
　２つの通路部１１、１２は、上述したように断面がまゆ型状となっている。このような型状は、２つのミキシングロータ１９、１９（２１、２１）のそれぞれの最大外径部４２が描く円と円との間の隙間を大きくし、材料２６のための解放空間を大きくすることができる。かくして、材料２６に対する、チップクリアランスによるせん断作用、解放作用、軸方向への連続的な流れを効率的に促進させることできる。
　材料供給口１７から第１のケーシング１３の各通路部１１、１２に供給される樹脂材料がペレット（一般的には、長さが約３ｍｍ、直径が約３ｍｍの円筒体）である場合には、第１ミキシングロータ１９の最大外径部４２と第１のケーシング１３の通路部１１、１２内壁とのギャップＧ(図４参照)が、樹脂ペレットの最大寸法より僅かに小さくなるように設定されている。このギャップＧの一例として好ましい寸法は、１～４ｍｍである。
　材料供給口１７からこの第１ミキシング部２３まで送られる間に第１のケーシング１３の外周囲に取り付けられた加熱手段２５によって予熱された樹脂材料２６（図４参照）は、ギャップＧを材料が通過する際に受けるせん断作用により第１ミキシング部２３で半ゲル状態にされる。このように樹脂材料２６を半ゲル状態にすると、樹脂材料に付着していた水分が蒸発する。
　上述のように蒸発した水分を脱気するために、第１のケーシング１３には、第２スクリュー２０が配置された通路部を外部に連通するための第１のオープンベント２７が設けられている。これにより、第１ミキシング部２３において半ゲル状態の樹脂２６から蒸発した水分は、この第１のオープンベント２７を介して第１のケーシング１３外に放出される。その結果、第１ミキシング部２３で蒸発した水分が半ゲル状態にされた溶融樹脂２６に再び練り込まれて供給されることを防ぐことができる。
　このような脱気に関し、樹脂にフィラー（例えば、タルクや炭酸カルシウム）を加えた樹脂材料を混練して押し出す場合、フィラーは非常に吸湿性が高い性質を持っているため、半ゲル状態で脱気するこの装置で混練押出を行うと、最終製品である溶融樹脂の品質が非常によくなり、また吐出能力が向上する。しかし、この脱気を行わない従来の装置では、水分が溶融樹脂に練り込まれ、後行程での真空脱気を行いにくくなると共に吐出能力も低下する。
　また、樹脂材料がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である場合には、従来の装置で混練押出を行うと、水分が溶融樹脂に練り込まれて加水分解を起こす、という問題があった。しかし、この装置により半ゲル状態で脱気すると、このような加水分解は事実上まったく起こらなくなる。
　第２ミキシング部２４は、第１ミキシング部２３で半ゲル状態にされ、脱気され、その後第２スクリュー２０で送られてきた樹脂２６を完全に溶融混練するため、第２ミキシングロータ２１の最大外径部４２と第１のケーシング１３の通路部１１、１２内壁とのギャップＧ（図４と同様）は、樹脂が溶融する過程で粘度が低下する場合は、例えば０．１～１．０ｍｍと小さく設定されている。
　材料供給口１７から第１のケーシング１３の各通路部１１、１２に供給される樹脂材料がパウダー状である場合には、第１ミキシングロータ１９の最大外径部４２と第１のケーシング１３の通路部１１、１２内壁とのギャップＧ(図４参照)は、粒径に合わせて半ゲル化する程度に小さく設定される。一般的にはこの場合のギャップＧは、約０．１～１．０ｍｍとすることが好ましい。
　ただし、この２軸型連続混練押出装置１０において複数のミキシング部２３、２４におけるミキシングロータ１９、２１と第１のケーシング１３の通路部１１、１２内壁とのギャップＧは、樹脂が溶融する過程で粘度が低下する場合には２軸混練送り部１６の終端側に移るに従って小さくなるように設定され、また樹脂が溶融する過程で粘度が増加する場合には終端側に移るに従って大きくなるように設定されることが好ましい。なお、ギャップＧを終端側に移るに従って小さくする態様としては、同じミキシングロータ内ではギャップＧを一定とし、終端側により近いミキシングロータほどギャップＧを小さくする態様（本実施形態の場合にはミキシングロータ２１でのギャップＧをミキシングロータ１９でのギャップＧよりも小さくする）、及び、同じミキシングロータ内でも終端側に近いほどギャップＧが小さくなるように各ミキシングロータを形成する態様のいずれも考えられる。
　スクリュー軸回転数が高速の場合、スクリューの高速時のぶれを抑えるためにケーシング端部において、軸受部３５を設けることが好ましい。この場合、軸受部３５において左右の通路部１１、１２は連通せず独立している(図３参照)。スクリュー軸回転数が低速の場合はこの限りでなく、図４に示されるようにケーシング端部で各水平な通路部１１、１２はスクリュー間で連通していてもよい。
　ケーシング端部には、流量調整機構３６が設けられ、流量調整機構３６の内部に１つの垂直な貫通路３８が設けられ、この１つの貫通路はケーシング端部において前記水平な２つの通路に連通するように形成されている(図２参照)。
　図１に示されるように、流量調整機構３６における筒状の弁体３９は矢印Ｈ方向に往復移動可能となっている。この弁体３９は、その移動に伴って貫通路３８を開閉し、貫通路３８を流れる溶融樹脂の流量を調整する。
　他方、貫通路３８を流れ貫通路３８の下端から吐出する流量調整された溶融樹脂を受け取り口で受け取る単軸スクリュー部３３の第２のケーシング２９の内部に形成された通路部３１は、第２のケーシングの他端で外部に開放し、この開放部が溶融樹脂の吐出口４０とされている。更に、この単軸スクリュー部３３において第２のケーシング２９には、真空脱気用の第２のオープンベント４１が設けられ、このオープンベント４１は第２のケーシング２９の通路部３１に連通している。
　このように流量調整機構３６は、２軸混練送り部１６と単軸スクリュー部３３との間に配置され、単軸スクリュー部３３へ至る溶融樹脂の流量を調整するものである。
　以上が本発明の実施形態であるが、本発明は上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で任意好適に変更可能である。
　例えば、流量調節機構３６としては他の構成であってもよく、或いは、流量調整機構を設けない態様も考えられる。流量調節機構３６の他の構成の一例では、第１混練送り軸１４及び第２混練送り軸１５を軸方向に移動可能として、この混練送り軸１４及び第２混練送り軸１５とその周囲にあるケーシング１３の内面に形成した凹凸部により弁体を形成し、流路の開閉度を調整する構造にすることも可能である。粘度が高く流動性の低い樹脂は、２軸部終端から、流量調整機構を介さず自由落下でスクリュー軸３２の受け取り口に供給することもある。また、粘度は高いが自由落下だけではベト付いてスクリュー軸３２の受け取り口に入っていかない場合は、プッシャー（図示しないピストン式押し込み装置）によりスクリュー軸３２の受け取り口に供給する場合もある。樹脂の溶融のしにくさ、粘度に合わせて、ロータギャップの違う多数のミキシングロータをセット可能である。
　また図１に示される実施形態では、２軸混練送り部１６の通路部１１、１２を水平に配置し、２軸混練送り部１６の下方に配置された単軸スクリュー部３３に、通路部１１、１２からの材料を垂直に延びる貫通路３８を介して送っていたが、単軸スクリュー部３３を２軸混練送り部１６の水平方向横に配置すると共に貫通路３８を水平方向に延びるように構成してもよい。この場合、流量調節機構３６を外して使用してもよい。
　さらに図１に示される実施形態では、２軸混練送り部１６の軸方向と単軸スクリュー部３３の軸方向とが略平行となるように配置されていたが、２軸混練送り部１６の軸方向と単軸スクリュー部３３の軸方向とが一定角度、例えば９０度をなすように配置することもできる。
　さらにまた、上記実施形態では、混練送り軸１４、１５の各々において、２つのミキシングロータ、３つのスクリューも設けたが、本発明は、この例に限定されるものではなく、個数や軸方向長さを任意好適に設定することができる。即ち、混練送り軸１４、１５において１又は３以上のミキシングロータ、１，２、又は４以上のスクリューを設けてもよい。或いは、混練送り軸１４、１５においてスクリューを設けず、ミキシングロータのみを設けてもよい。この場合、混練送り軸１４、１５の軸方向長さと実質的に同じ長さのミキシングロータを設けることもできる。さらには、スクリューやミキシングロータが形成された、対応する軸方向区分の位置及び長さを同じとし、形状を左右対称としたが、本発明は、この例に限定されるものではない。例えば、少なくとも１つの軸方向区分において、混練送り軸１４、１５とで、異なる位置、長さ及び非対称の形状とすることも可能である。
　さらには、ミキシングロータの断面形状も図４の例に限定されるものではなく、チップクリアランスを形成することが可能となる任意好適の形状が考えられる。また、左右のミキシングロータの位相のずれが９０度とは異なる角度とすることも可能である。
　さらにまた、２つの通路部１１、１２の断面がまゆ型状となる例を示したが、本発明は、この型状に限定されるものではない。
１０  ２軸型連続混練押出装置
１１  通路部
１２  通路部
１３  第１のケーシング
１４  第１混練送り軸
１４ａ　第１混練送り軸の基軸
１５  第２混練送り軸
１５ａ　第２混練送り軸の基軸
１６  ２軸混練送り部
１７  材料供給口
１８  第１スクリュー
１９  第１ミキシングロータ
２０  第２スクリュー
２１  第２ミキシングロータ
２２  第３スクリュー
２３  第１ミキシング部
２４  第２ミキシング部
２５  加熱手段
２６  溶融樹脂材料
２７  第１のオープンベント
２９  第２のケーシング
３１  通路部
３２  スクリュー軸
３３  単軸スクリュー部
３５　軸受部
３６　流量調整機構
３８　貫通路
３９　弁体
４０  吐出口
４１  第２のオープンベント
４２　最大外径部
 

Claims (14)

  1. 　２軸型連続混練押出装置であって、
    　互いに連通した状態で並列に配置された２つの通路部と、該２つの通路部に供給された材料を混練するため該２つの通路部の各々に回転可能に配置された第１混練送り軸及び第２混練送り軸とを有する、２軸混練送り部と、
    　前記２軸混練送り部から送り出された材料を受け取る単一通路部と、該単一通路部から材料を押し出すため該単一通路部に回転可能に配置された別個のスクリュー軸とを有する、単軸スクリュー部と、
    を備え、
    　前記第１及び第２の混練送り軸の各々には、少なくとも１つの軸方向区分においてミキシングロータが形成される、２軸型連続混練押出装置。
  2. 　前記別個のスクリュー軸は、前記第１混練送り軸及び前記第２混練送り軸の回転速度よりも低速で回転制御される、請求項１に記載の２軸型連続混練押出装置。
  3. 　前記ミキシングロータの外周囲の一部には、軸方向に垂直な断面の半径が最大となる最大外径部が形成され、該最大外径部と前記通路部の内壁との間にチップクリアランスを形成し、材料は該チップクリアランスを通過する際にせん断される、請求項１に記載の２軸型連続混練押出装置。
  4. 　前記第１混練送り軸及び前記第２混練送り軸は、互いに逆方向に回転制御される、請求項３に記載の２軸型連続混練押出装置。
  5. 　前記２つの通路は、軸方向に垂直な断面で見て、まゆ型状である、請求項１に記載の２軸型連続混練押出装置。
  6. 　前記第１及び第２の混練送り軸の互いに離間した複数の軸方向区分の各々においてミキシングロータが設けられている、請求項１に記載の２軸型連続混練押出装置。
  7. 　前記ミキシングロータが形成されていない軸方向区分にはスクリューが設けられている、請求項６に記載の２軸型連続混練押出装置。
  8. 　前記複数の軸方向区分の各々に形成されてなる複数のミキシングロータは、材料が溶融する過程で粘度が低下する場合には、前記２軸混練送り部の終端側に移るに従って前記チップクリアランスが小さくなり、又は材料が溶融する過程で粘度が増加する場合には、前記終端側に移るに従って前記チップクリアランスが大きくなるように形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の２軸型連続混練押出装置。
  9. 　第１混練送り軸及び第２混練送り軸の各々は基軸を有し、前記ミキシングロータ及び前記スクリューの少なくともいずれかは、前記基軸に交換可能に取り付け可能である、請求項７又は８に記載の２軸型連続混練押出装置。
  10. 　前記２軸混練送り部は、脱気用の第１のオープンベントを備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の２軸型連続混練押出装置。
  11. 　前記単軸スクリュー部は、真空脱気用の第２のオープンベントを備える、請求項１０に記載の２軸型連続混練押出装置。
  12. 　前記２軸混練送り部及び前記単軸スクリュー部は、材料を加熱するための加熱手段を備える、請求項１１に記載の２軸型連続混練押出装置。
  13. 　前記２つの通路部に供給される材料がペレット状材料である場合、該ペレット状材料を前記ミキシングロータにより半ゲル状にするため前記チップクリアランスが前記ペレット状材料の最大寸法より小さく設定され、又は、
    　前記２つの通路部に供給される材料がパウダー状材料である場合、該パウダー状材料を前記ミキシングロータにより半ゲル状にするため前記チップクリアランスが前記パウダー状材料の粒径に応じて設定される、請求項１２に記載の２軸型連続混練押出装置。
  14. 　前記２軸混練送り部から前記単軸スクリュー部へ材料が流れる流路には、該材料の流量を調整するための流量調整機構が設けられる、請求項１から８のいずれか１項に記載の２軸型連続混練押出装置。
     
     
     
     
PCT/JP2023/027568 2022-08-10 2023-07-27 ２軸型連続混練押出装置 WO2024034420A1 (ja)

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