JP2006240240A - スクリュ式混練押出機 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、スクリュが樹脂に与えるせん断速度の適切な範囲を設定し、スクリュ設計及びスクリュ形状の決定をするための押出し試験を効率よく行うことができるようにすることを目的とする。
【解決手段】本発明によるスクリュ式混練押出機は、シリンダ(11)の上流から下流へ向けて、固体輸送部(A)、可塑化混練部(B)、溶融体輸送部(D)、及び放出部(F)を複数のスクリュ(12)を用いて形成し、樹脂を溶融・混練するようにしたスクリュ式混練押出機において、前記スクリュ(12)が樹脂に与えるせん断速度が500から1200l/sであるようにした構成である。
【選択図】図1
【解決手段】本発明によるスクリュ式混練押出機は、シリンダ(11)の上流から下流へ向けて、固体輸送部(A)、可塑化混練部(B)、溶融体輸送部(D)、及び放出部(F)を複数のスクリュ(12)を用いて形成し、樹脂を溶融・混練するようにしたスクリュ式混練押出機において、前記スクリュ(12)が樹脂に与えるせん断速度が500から1200l/sであるようにした構成である。
【選択図】図1
Description
本発明はスクリュ式混練押出機に関し、特に、スクリュが樹脂に与えるせん断速度の適切な範囲を設定し、スクリュ設計及びスクリュ形状の決定をするための押出し試験を効率よく行うことができるようにするための新規な改良に関する。
一般に、合成装置により生産された合成樹脂原料は、合成樹脂としての特性の均質化及び改質に、あるいは二次加工用材料としての取扱いを容易にするペレット造粒に、溶融混練による加工処理が行われている。このような加工処理のために、多くの場合、二軸スクリュ式混練押出機を主要機器とする混練押出装置が使用され、大容量の連続加工処理が行われている。
このような大容量の溶融混練処理において、特許文献等は特に開示していないが、従来より使用されている一般的な二軸スクリュ式混練押出機を図1に示す。図1は二軸スクリュ式混練押出機の主要部を示す平面断面図である。図1において、符号10で示されるものは二軸スクリュ式混練押出機であり、この二軸スクリュ式混練押出機10はシリンダ11及び2本のスクリュ12により構成されている。
前記シリンダ11はほぼ筒状部材であり、2本の前記スクリュ12を平行に配置して回転駆動可能に内挿できる貫通内孔11aが形成されている。また、シリンダ11の一端(上流端)部の上側壁面に原料供給口11b、他端(下流端)部の横側壁面あるいは下側壁面(図1では横側壁面)に排出口11cが、それぞれ壁面を貫通して形成されている。なお、図1に示す二軸スクリュ式混練押出機10では、貫通内孔11aの下流端がスクリュ12の下流端を回転支持する軸受部材11dにより封止されている。さらに、シリンダ11は上流端から下流端までを複数の区間に分割され、伝熱ヒータ、オイルヒータ等の加熱装置により、それぞれの区間を個別に温度調節可能に構成されている。
前記スクリュ12は棒状部材であり、前記シリンダ11の貫通内孔11aに内挿される部分の長さ方向において、形状の異なる複数種類のスクリュが外周に形成されている。すなわち、図1の場合、上流端から下流端へ向けて、固体輸送スクリュ12a、可塑化混練スクリュ12b、混練調節軸12c、溶融体輸送スクリュ12d、混練スクリュ12eおよび放出スクリュ12fにより構成されている。
前記二軸スクリュ式混練押出機10は、スクリュ12の前記駆動軸端部12gが図示しない駆動装置に連結され、シリンダ11の前記原料供給口11bが図示しない原料供給装置に連結され、シリンダ11の前記排出口11cが図示しないギアポンプ等の昇圧装置を介して造粒装置へ連結され、後述の混練調節部Cに図示しない混練調節装置が連結されて前記二軸スクリュ式混練押出機10を形成している。この二軸スクリュ式混練押出機10は、内挿されたスクリュ12の前記固体輸送スクリュ12a、可塑化混練スクリュ12b、混練調節軸12c、溶融体輸送スクリュ12d、混練スクリュ12e及び放出スクリュ12fに対応して、上流から下流へ向けて、固体輸送部(フィード部)A、可塑化混練部B、混練調節部C、溶融体輸送部D、混練部E及び放出部Fが構成されている。なお、図1では、2本のスクリュ12がシリンダ11の貫通内孔11aに非噛合い状態で内挿され、駆動軸端部12g部に矢印で示すように、相互に異方向回転する場合が示されているが、これ以外の構成も可能である。
以上のように構成される二軸スクリュ式混練押出機10において、シリンダ11の各部が所定の温度に加熱され、連結された各装置が所定条件で運転され、スクリュ12が回転駆動された状態で、原料供給口11bから貫通内孔11a内へ粉粒体状の合成樹脂原料が連続的に供給されると、貫通内孔11a内に供給された合成樹脂原料は、固体輸送部Aにおいてシリンダ11により徐々に加熱されながら固体輸送スクリュ12aの輸送作用により下流方向へ輸送され、可塑化混練部Bに到る。この可塑化混練部Bにおいて、粉粒体状の合成樹脂原料はシリンダ11により加熱されながら可塑化混練スクリュ12bの混練作用により溶融混練される。
前記可塑化混練部Bにおいて溶融混練された溶融状態の合成樹脂原料は、固体輸送部Aから輸送されてくる合成樹脂原料の圧力により、順次混練調節部Cを経て溶融体輸送部Dへ押出される。この溶融体輸送部Dにおいて溶融状態の合成樹脂原料は、温度調節されたシリンダ11により所定の温度に維持されながら、溶融体輸送スクリュ12dの輸送作用により下流方向へ輸送され、混練部Eに到る。この混練部Eにおいて、溶融状態の合成樹脂原料は、温度調節されたシリンダ11により所定の温度に維持されながら、混練スクリュ12eの混練作用により再度混練される。
前記混練部Eにおいて混練された溶融状態の合成樹脂原料は、溶融体輸送部Dから輸送されてくる合成樹脂原料の圧力により、順次放出部Fへ押出される。この放出部Fにおいて溶融状態の合成樹脂原料は、温度調節されたシリンダ11により所定の温度に維持されながら、溶融体輸送スクリュ12dの輸送作用により下流方向へ輸送され、排出口11cから押出される。
前記混練調節部Cにおいては、図示しない混練調節装置により混練調節軸12cの外周の隙間すなわち流路断面積が調節され、流動抵抗が調節されることにより合成樹脂原料の混練調節部Cにおける滞留時間が調節され、滞留時間の長短により溶融混練度合が調節される。
従来の二軸スクリュ式混練押出機は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、スクリュが合成樹脂原料に与える混練エネルギは、一般に以下に定義されるせん断応力と総せん断歪量との積で表される。すなわち、
せん断応力:τ
τ=μ・γ
μ:合成樹脂原料の粘度
γ:せん断速度(l/s)
γ=πDN/60h
π:円周率
D:シリンダの内径(mm)
N:スクリュの回転数(rpm)
h:チップクリアランス(シリンダ内面とスクリュ外周との距離mm)
総せん断歪量:TS
TS=γ・t
γ:せん断速度(l/s)
t:滞留時間(s)
せん断応力:τ
τ=μ・γ
μ:合成樹脂原料の粘度
γ:せん断速度(l/s)
γ=πDN/60h
π:円周率
D:シリンダの内径(mm)
N:スクリュの回転数(rpm)
h:チップクリアランス(シリンダ内面とスクリュ外周との距離mm)
総せん断歪量:TS
TS=γ・t
γ:せん断速度(l/s)
t:滞留時間(s)
以上の定義式において、せん断応力τを構成するμは加工処理する合成樹脂原料の種類により変化し、総せん断歪量TSを構成するtはスクリュ式混練押出機の処理能力により変化する。従って、スクリュ式混練押出機のスクリュが合成樹脂原料に与える混練エネルギは、主としてせん断速度γにより支配されていることが分かる。しかし、これらの定義式による定量的な数値は一般化されておらず、各スクリュ式混練押出機の製造者がそれぞれの研究実験設備で試験し、試験結果を反映させて生産用のスクリュ式混練押出機を製造している。
従って、スクリュ式混練押出機10の設計時点で、その都度、多条件の長時間にわたる試験を実施して設計条件を探る必要がある。試験の全領域のデータが生産機に反映されるとは限らず、その結果、生産機の運転時に、運転条件によっては試験データとは異なる運転状態となり、不良機を生産する場合がある。
本発明によるスクリュ式混練押出機は、上流から下流へ向けて、少なくとも固体輸送部、可塑化混練部、溶融体輸送部および放出部を複数のスクリュを用いて形成し、樹脂を溶融混練するようにしたスクリュ式混練押出機において、前記スクリュが樹脂に与えるせん断速度が500から1200l/sであるようにした構成であり、また、前記可塑化混練部と溶融体輸送部との間には混練調節部が設けられ、前記溶融体輸送部と放出部との間には混練部が設けられている構成である。
本発明によるスクリュ式混練押出機は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。すなわち、スクリュ式混練押出機においてせん断速度γが500から1200l/sに設定されることにより、スクリュ式混練押出機の設計時において、スクリュ形状決定の試験時間及び設計時間を大幅に短縮することができる。
また、このようにして設計製作されたスクリュ式混練押出機により、良品質の合成樹脂製品を容易に生産することが可能になった。
また、このようにして設計製作されたスクリュ式混練押出機により、良品質の合成樹脂製品を容易に生産することが可能になった。
以下、図面と共に本発明によるスクリュ式混練押出機の好適な実施の形態について説明する。尚、本発明によるスクリュ式混練押出機10については、図1で示される従来構成と同一であるため、図1を援用するものとし、その説明は重複を避けるために省略する。
図2は、前記スクリュ式混練押出機10において、スクリュ12が混練により合成樹脂原料に与えるせん断速度(γ)と混練された合成樹脂原料の粘度(μ)との関係を示すグラフである。図2において、白抜き三角と黒塗り三角とは同一形状のスクリュ12のチップクリアランス(h)が異なる場合を示し、各データの数字は処理量(ton/h)を示している。このグラフから、せん断速度(γ)の増大に伴い、その特定領域から合成樹脂原料の粘度(μ)が低下し、製品が劣化し、品質が低下することが判明した。従って、許容可能なせん断速度(γ)の上限は1200(l/s)程度であることが判明した。
図3は、前記スクリュ式混練押出機10において、スクリュ12が混練により合成樹脂原料に与える比エネルギと混練された合成樹脂原料の粘度係数(M1)との関係を示すグラフであり、4種類(A、B、C、D)の異なるスクリュ形状に関するデータを示している。このグラフから、比エネルギの増大に伴い、その特定領域から合成樹脂原料の粘度係数(M1)が増大(粘度が低下)し、製品が劣化し、品質が低下することが判明した。従って、許容可能な比エネルギの上限は0.25(kWh/kg)位と考えられる。なお、グラフの粘度係数M15は、M1の測定荷重が5kgであることを示している。
図4は、前記スクリュ式混練押出機10において、混練調節部Cの図示しない混練調節装置を開閉させた場合の、スクリュ12が混練により合成樹脂原料に与えるせん断速度(γ)と比エネルギとの関係を示すグラフである。なお、混練調節装置の閉は、最小に流路断面を絞った状態であり、完全に閉塞した状態ではない。このグラフから、混練調節装置の開度調節により前記比エネルギの調節が可能であり、せん断速度(γ)の増大に伴い、その特定領域から比エネルギが増大することが判明した。この比エネルギが0.25(kWh/kg)以下となるように混練調節装置の開度(破線で示す)を調節すれば、製品の良品質を維持できるが、せん断速度(γ)が1250(l/s)を上限値とし、それ以上になると比エネルギが増大し、製品が劣化し、品質が低下する。
図5は、前記スクリュ式混練押出機10において、スクリュ12が混練により合成樹脂原料に与えるせん断速度(γ)と以下に定義する運転安定性との関係を示すグラフであり、複数種類の異なるスクリュ形状に関するデータを示している。
(連続運転中(2分間)の駆動モータ電流値の最大値と最小値との差)×100(%)/(連続運転中(2分間)の駆動モータ電流値の平均値)
このグラフから、せん断速度(γ)の低下に伴い、その特定領域から運転安定性が増大し、運転が不安定になることが判明した。この現象は、せん断速度(γ)の低下により合成樹脂原料の混練溶融が不完全になり、溶融状態が不安定になるためと考えられる。従って、許容可能なせん断速度(γ)の下限は500(l/s)程度であると考えられる。
(連続運転中(2分間)の駆動モータ電流値の最大値と最小値との差)×100(%)/(連続運転中(2分間)の駆動モータ電流値の平均値)
このグラフから、せん断速度(γ)の低下に伴い、その特定領域から運転安定性が増大し、運転が不安定になることが判明した。この現象は、せん断速度(γ)の低下により合成樹脂原料の混練溶融が不完全になり、溶融状態が不安定になるためと考えられる。従って、許容可能なせん断速度(γ)の下限は500(l/s)程度であると考えられる。
10 二軸スクリュ式混練押出機
11 シリンダ
11a 貫通内孔
11b 原料供給口
11c 排出口
12 スクリュ
12a 固体輸送スクリュ
12b 可塑化混練スクリュ
12c 混練調節軸
12d 溶融体輸送スクリュ
12e 混練スクリュ
12f 放出スクリュ
A 固体輸送部
B 可塑化混練部
C 混練調節部
D 溶融体輸送部
E 混練部
F 放出部
11 シリンダ
11a 貫通内孔
11b 原料供給口
11c 排出口
12 スクリュ
12a 固体輸送スクリュ
12b 可塑化混練スクリュ
12c 混練調節軸
12d 溶融体輸送スクリュ
12e 混練スクリュ
12f 放出スクリュ
A 固体輸送部
B 可塑化混練部
C 混練調節部
D 溶融体輸送部
E 混練部
F 放出部
Claims (2)
- 上流から下流へ向けて、少なくとも固体輸送部(A)、可塑化混練部(B)、溶融体輸送部(D)及び放出部(F)を複数のスクリュ(12)を用いて形成し、樹脂を溶融混練するようにしたスクリュ式混練押出機において、前記スクリュ(12)が樹脂に与えるせん断速度が500から1200l/sであるように構成したことを特徴とするスクリュ式混練押出機。
- 前記可塑化混練部(B)と溶融体輸送部(D)との間には混練調節部(C)が設けられ、前記溶融体輸送部(D)と放出部(F)との間には混練部(E)が設けられていることを特徴とする請求項1記載のスクリュ式混練押出機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005062461A JP2006240240A (ja) | 2005-03-07 | 2005-03-07 | スクリュ式混練押出機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005062461A JP2006240240A (ja) | 2005-03-07 | 2005-03-07 | スクリュ式混練押出機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006240240A true JP2006240240A (ja) | 2006-09-14 |
Family
ID=37047099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005062461A Pending JP2006240240A (ja) | 2005-03-07 | 2005-03-07 | スクリュ式混練押出機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006240240A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022239292A1 (ja) * | 2021-05-11 | 2022-11-17 | 株式会社日本製鋼所 | 造粒機,混練調整機構及び樹脂ペレット製造方法 |
-
2005
- 2005-03-07 JP JP2005062461A patent/JP2006240240A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022239292A1 (ja) * | 2021-05-11 | 2022-11-17 | 株式会社日本製鋼所 | 造粒機,混練調整機構及び樹脂ペレット製造方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070809 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070821 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071218 |