JP2005225232A - 押出方式における方法、押出方式および押出方式用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術より押出成形における押出速度を高くし、温度を低くし、エネルギー消費量を低くする方法、方式および装置を提供。
【解決手段】本発明は、押出可能な樹脂系熱可塑性材料を熱可塑化した流動体を押出オリフィスから流し出すことによって押出成形品を製造する方式における方法に関するものである。本発明は更に、押出方式および押出装置に関するものである。本発明では、上記流動体を分離して中心流と、その中心流の外側の少なくとも１つの境界流とにすることができる。これら中心流および境界流の物理的分離状態を保ちながら、調整用添加剤を境界流へ添加する。これら流動体は、材料を押出オリフィスから噴出させる前に再合流させ、境界流は、特性を変化させた比較的薄い表層として、中心層と押出オリフィスの表面との間に挿入する。あるいは添加剤は、物理的分離工程を経ることなく材料流動体の表層部へ直接添加してもよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、押出可能な樹脂系熱可塑性材料を熱可塑化した流動体を押出オリフィスから流し出すことによって押出成形品を製造する方式における方法に関するものである。本発明は更に、押出方式と、押出成形品を製造する装置とに関するものである。

本発明は、粘度の高い重合体材料の押出方法と、押出方式と、押出装置とに関するものである。より具体的には、本発明は、溶融体に対する過剰なせん断力を発生して融液破断に至らせることなく、粘度の高い重合体材料から押出成形物を製造し、これによって従来技術より押出速度を高くし、温度を低くし、エネルギー消費量を低くすることを目的とするものである。すなわち、本発明を実施すれば、製品品質および生産能力の損失を招く、成形鋳型におけるメルトフローの不規則性を回避可能である。

押出方式にて重合体材料が融液破断する性向、および表面平滑度の損失は、何年にもわたる大きな研究課題であった。このような問題に対する研究手段として、樹脂およびその分子重量分布の調整、分布の拡大、あるいは複雑な分布の形成などが行われていた。しかし、このような調整は材料の物理特性を失するものであり、事実、高性能重合体は押出方式においては加工範囲が狭くなりがちである。

押出工具の金属表面に潤滑剤を案内し、あるいは、例えばテフロン（登録商標）などの低摩擦材で押出工具の金属表面を被覆して、最終成形作業を潤滑化することにより、表面の不規則性につながるせん断力を小さくすることが可能なことは、公知のことである。この手法における難点は、被覆材で構成された比較的軟性な層の耐久性にあり、特に研磨材を押し出す場合に顕著である。また他の難点は、一様な潤滑層が得られるよう、潤滑剤の分布を調整することにある。更に、多くの用途において、潤滑剤は最終製品の表面から除去することも必要である。この潤滑層は、フッ素重合体系加工補助材を重合体と共に押出成形機の供給装置へ継続的に添加することによって、押出工具の金属表面に滞留させることができる。したがって、せん断力を小さくすることは可能であるが、溶融体全体が添加剤で処理されることから、添加剤が余分に必要であるし、更に、本技術分野において用いられる他の潤滑剤と同様に、これらの添加剤は最終製品の表面を移行して、最終製品の印刷特性および付着特性を変えてしまう傾向にある。

メルトフローの境界条件は、少なくとも、メルトフローのスキン層を調整することのみによる副作用によって、効果的に制御される。溶融体の一部を分離加熱してその粘度を減少させ、次いで上記分離部分を表層として押出成形機のヘッドに被覆する方法が公知である。しかしこの方法は制御が困難であり、粘度の差異も限定されていて、重合体に対して非常に好ましくない大きな温度負荷を与えてしまう。押出成形機のヘッドにある溶融体に、他の押出成形機等によって、粘度の低いスキン層を案内する方法も公知である。しかし、この方法は多種多様の機器を用いているために構造が複雑であり、更にそれらの機器の制御も困難である。

従来技術の事例として、米国特許第5573720号、第4187269号、および第4629650号を挙げることができる。
米国特許第５５７３７２０号明細書 米国特許第４１８７２６９号明細書 米国特許第４６２９６５０号明細書

本発明はこのような従来技術の欠点を解消することができる方法、工程および装置を提供することを目的とする。本目的は本発明によって達成される。

本発明による方法は、押出工程に先立って行なう次の工程、すなわち、押出可能な樹脂系熱可塑性材料の流動体の表層部分へ調整用添加剤を選択的に案内し混合する工程を含むことを特徴とする。

本発明による押出方式は、押出工程に先立って行なう次の工程、すなわち、材料流動体の表層部分へ調整用添加剤を案内して混合する工程を特徴とする。

本発明による装置は、押出オリフィスの手前に案内手段を含み、この案内手段によって、押出可能な樹脂系熱可塑性材料の流動体の表層部分へ調整用添加剤を選択的に案内し、これによって流動体の表層部分を形成している材料の特性を改変することを特徴とする。

本発明は、例えば高透明度のフィルムを作るフィルム押出の場合など、平滑面を有する重合体の押出成形物を製造する方法、方式および装置を提供する。本発明では、重合体材料は正圧下で空洞を介して供給し、この空洞において、溶融体の一部は混合部を通過し、この混合部で溶融体に対して粘度調整用添加剤を案内し、混合する。添加剤が混合された材料の一部は、溶融体の中心部を表層として被覆する。これにより溶融体の表層は溶融体の中心部より粘度が低くなり、鋳型壁における境界条件が改変され、それに応じて流動体の特性も変化する。この改変された境界条件によって溶融体に対するせん断力が小さくなり、これによって、従来技術から公知の方式に比べて、生産速度を高くし、表層の質を改善することが可能となる。

次に添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は押出成形鋳型の中を流れる代表的な熱可塑性材料の流速特性を示す図である。

図２は低粘度のスキン層を有する熱可塑性材料の流速特性を示す図である。

図３は本発明による装置の一実施例を示す図である。

図１は、代表的な熱可塑性材料の流速特性を示す。図１は、壁付近と流域の中央部分とにおけるそれぞれの速度値を比較すると、相当の速度差があることを明確に示している。これらの差異は境界条件によるものであり、かかる境界条件によって、図１の実施例では、例えば、むしろ強いせん断作用が溶融体に生じ、これによって流動体の速度値は、流域の中央部に比較して、壁付近で明らかに低くなっている。図２は、流動体の中心部より粘度が低いスキン層を有する熱可塑性材料の流速特性を示す。図２は、流域全体にわたる速度分布が図１に示す速度分布と比べて、はるかに均一であることを示している。すなわち図２における実施例では、調整された境界条件により、溶融体に対して生じるせん断力が小さく、これによって、生産速度を高くし、表層品質を改善することが可能である。本発明は図２に示す条件を簡単に獲得する方法を提供する。

図３は、本発明に用いる装置の一実施例を概略的に示す。図３において、参照番号１はねじ手段を示し、これによって、押出可能な樹脂系熱可塑性材料は、押出オリフィス２の方へ運ばれる。すなわち、ねじ手段１は押出可能な樹脂系熱可塑性材料の流動体を発生させる。図３に示す装置は、この流動体を物理的に分離して、中心流と、この中心流の外側の少なくとも１つの境界流とにする、第１の手段３を有する。第１の手段３は流路系統を有していて、これによって流動体の一部は第２の手段すなわち案内手段４へ案内される。案内手段４は、中心流および境界流の物理的分離状態を保ちながら、境界流に対して粘度調整用添加剤を選択的に添加する。上記案内手段は１つのチャンバおよび１つの管装置を有し、これらを介して添加剤を境界流へ供給することができる。添加剤には、粘度調整用成分を有する混合物を含めてよい。上記チャンバは、例えば第１の手段３の流路系統と一体化してもよい。

本発明による装置は更に、押出オリフィスから材料を噴出させる前に上記流動体を再合流させる第３の手段５を有する。境界流は改変された粘度を有する比較的薄い表層として、中心層と押出オリフィスの表面との間に挿入される。第３の手段５は１つの流路系統を有し、これによって、上述のように薄い表層が形成されるよう、添加剤を混合された境界流は中心流へ案内される。これらの流動体は、全体として、押出オリフィスの近傍で再合流する。

上述の本発明の実施例は、流動体を２つの部分流、すなわち中心流と境界流とに分離する手段と、上記２つの部分流を再合流させる手段とを有する。しかし、これは本発明を使用する唯一の方法ではなく、分離工程を経ることなく、直接、押出可能な樹脂系熱可塑性材料の流動体の表層部分へ調整用添加剤を案内し、混合して、表層部分における特性を改変させることも可能である。

図３を用いて説明した実施例は、単純な製品に関するものである。しかし、本発明は、多層フィルムその他の多層製品の加工処理に関連して用いることも可能である。すなわち、図３は本発明の原理を示す一実施例にすぎず、本発明は、多重ヘッド構造などに関連して使用することもできる。

以上、本発明を境界流の粘度を改変する一実施例によって説明した。本文において粘度という用語は広義に解釈するべきであり、例えばこの用語の意味するところは、境界流が粘度特性を改変した場合、その境界流は、粘度特性未改変の中心流に比較してより流れ易い流動体になったということである。したがって、本文で用いているこの用語は、機能性、例えば、流動体の変形特性などの機能を意味している。更に、流動体が粘度特性を改変していれば、その流動体は、粘度特性未改変の中心流より内部摩擦特性が小さくなると言うこともできる。しかし、本発明は決して粘度に限定されるものではなく、他の特性を本発明の原理を用いて改変もしくは追加してもよい。例えば、境界流に対して抗菌特性を有する添加剤を供給することによって、表面に一種の抗菌特性を有する製品を製造し、あるいは、他の有益な、さらに／または機能的な特性、例えば反応特性を有する製品を製造することも可能である。本発明を用いれば、例えば一種の加工助成特性や、はぎ合わせ特性を得ることもできる。本発明を用いて得られる改善特性の一例として、多層製品の層間において、よりよい接着特性を得ることができる。

上述の典型的な実施例は決して本発明を限定するものではなく、本発明は特許請求の範囲内で自由に改変可能である。したがって、例えば本発明の装置およびその内容は必ずしも上述の実施例の通りにする必要はなく、他の方式も実行可能であることは明らかである。

押出成形鋳型の中を流れる代表的な熱可塑性材料の流速特性を示す図である。 低粘度のスキン層を有する熱可塑性材料の流速特性を示す図である。 本発明による装置の一実施例を示す図である。

符号の説明

１ ねじ手段
２ 押出オリフィス
３ 第１の手段
４ 第２の手段
５ 第３の手段

Claims (11)

1. 押出可能な樹脂系熱可塑性材料を熱可塑化した流動体を押出オリフィスから流し出すことによって押出成形品を製造する方式における方法において、該方法は、押出工程に先立って行なう次の工程、すなわち、
   前記押出可能な樹脂系熱可塑性材料の流動体の表層部分へ調整用添加剤を選択的に案内し混合する工程を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、該方法は更に、前記押出工程に先立って行なう以下の工程、すなわち、
   前記流動体を物理的に分離して、中心流と、該中心流の外側の少なくとも１つの境界流とにする工程と、
   前記中心流および境界流の物理的分離状態を保ちながら、該境界流に対して調整用添加剤を選択的に添加する工程と、
   該添加する工程の後であって前記押出オリフィスから前記材料を噴出させる前に、前記流動体を再合流させ、前記境界流を、改変された特性を有する比較的薄い表層として、中心層と前記押出オリフィスの表面との間に挿入する工程とを含むことを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記流動体は、全体として、前記押出オリフィスの近傍で再合流させることを特徴とする方法。
4. 請求項１または２に記載の方法において、前記案内し混合する添加剤には、粘度調整用成分を有する混合物を含めることを特徴とする方法。
5. 押出可能な樹脂系熱可塑性材料を熱可塑化した流動体を押出オリフィスから流し出し、
   熱可塑化した押出可能な合成樹脂系熱可塑性材料の供給元を提供する工程と、
   該材料を第１の流路に沿って前記押出オリフィスの方へ進める工程とを含む、押出成形品を製造する押出方式において、該方式は、押出工程に先立って行なう次の工程、すなわち、
   前記材料の流動体の表層部分へ調整用添加剤を案内し混合する工程を特徴とする押出方式。
6. 請求項５に記載の押出方式において、該方式は更に、
   材料の一部を第１の流路から第２の流路へ転向させ、該転向させた流動体に対して調整用添加剤を案内し混合する工程と、
   該調整した材料が前記押出オリフィスを通過する前に、該材料を比較的薄い層として、第１の流路を流れる樹脂の表面に適用する工程とを特徴とする押出方式。
7. 請求項６に記載の方式において、第１の流路から第２の流路へ転向させる工程と、前記調整した材料を第１の流路へ進める工程とを、前記押出オリフィスの手前で実行するよう配設することを特徴とする押出方式。
8. 請求項５または６に記載の方式において、前記案内し混合する添加剤には、粘度調整用成分を有する混合物を含めることを特徴とする押出方式。
9. 押出可能な樹脂系熱可塑性材料を熱可塑化した流動体を押出オリフィスから流し出すことによって押出成形品を製造する装置において、該装置は、前記押出オリフィスの手前に、前記押出可能な樹脂系熱可塑性材料の流動体の表層部へ調整用添加剤を選択的に案内する案内手段を含み、これによって、前記流動体の表層部を形成する材料の特性が変化することを特徴とする押出成形品の製造装置。
10. 請求項９に記載の装置において、該装置は更に、前記流動体を１つの中心流と、該中心流の外側の少なくとも１つの境界流とに物理的に分離する第１の手段を含み、前記案内手段は、前記中心流および境界流の物理的分離状態を保ちながら調整用添加剤を前記境界流へ案内するよう配設され、該装置は更に、前記押出オリフィスから前記材料を噴出させる前に前記中心流および境界流を再合流させる第３の手段を含み、前記境界流は、特性が改変された比較的薄い表層として、中心層と前記押出オリフィスの表面との間に挿入されることを特徴とする装置。
11. 請求項10に記載の装置において、第３の手段は、全体として、前記押出オリフィスの近傍に配されていることを特徴とする装置。

Images