JP2018161860A - 熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法 - Google Patents

熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高吐出でも充填材成分の分散性、強度を高いレベルで維持しながら樹脂劣化（茶スジ）を抑制する熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物を、二軸押出機を用いて溶融混練し、ペレットを製造するとき、前記二軸押出機が口金を有するダイヘッド、スクリュウ、およびスクリュウヘッドを有し、前記スクリュウヘッドが円柱部を有し、かつ、以下の（１）式および（２）式が満足されるように溶融混練する。Ｑ＞０．０４５Ｄ２．３・・・（１）式Ｓ／Ｄ２＜１．３５ ・・・（２）式式中、Ｑは吐出量（ｋｇ／ｈ）、Ｄはスクリュウ外径（直径；ｍｍ）、Ｓは円柱部と樹脂組成物との接触面積（ｍｍ２）を表す。【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法に関するものである。
融点の高いエンジニアリングプラスチックは、二軸押出機を用い、高い溶融混練温度で、種々の添加剤や無機フィラーと混練し、熱可塑性樹脂組成物を調製する事で、目的とする物性を得ている。
エンジニアリングプラスチックを含む熱可塑性樹脂組成物のペレットを製造する方法は、一般的に、図１に例示する構成からなる二軸押出機を使用し、熱可塑性樹脂や添加剤、無機フィラー等の充填材をホッパーから供給し、シリンダ内の二軸のスクリュウで混練溶融させ、ダイヘッドで混練物が通る流路の断面形状を変形させ、複数の吐出孔を有する口金から複数の熱可塑性樹脂組成物のストランドを押し出し、冷却し造粒する工程を含む。
熱可塑性樹脂の種類、充填材の配合比などでその最適な溶融混練温度は異なるが、温度が高すぎると樹脂劣化や粘度低下による混練不足が生じ、温度が低すぎると粘度が増大し、樹脂と充填材の反応性低下、繊維状充填材の破断による強度低下や、装置への過負荷による吐出量の低下が課題となるため、最適とされる温度範囲は狭い。
近年、二軸押出機はスクリュウのトルク強度の向上により、スクリュウの深溝化が可能となり、より小型の二軸押出機でも従来の大型の押出機と同等の吐出量が可能となってきた。このため、省スペース化、コスト削減の観点から二軸押出機の小型化が進んでいる。しかし、小型の二軸押出機で高吐出量の溶融混練を行おうとすると、大型の二軸押出機で同じ吐出量で溶融混練をするときと比べ、押出機内の滞留時間が減少する。このため小型の二軸押出機で高吐出量の溶融混練をするには、樹脂の溶融混練温度をより緻密にコントロールする事により、充填材をいっそう効率的に分散、反応させることが重要となってきている。
高吐出量で熱可塑性樹脂組成物のペレットを製造する際、ダイヘッドから口金の吐出孔へ向けて混練物が通る流路の断面形状を変形させる工程で、溶融樹脂の熱劣化が起きると思われる。その結果、着色したペレット（茶スジペレット）が発生し、歩留まりの低下が問題となっている。このため、茶スジペレットを、不良品として仕分ける処理、または吐出量を落とすなどの対応を余儀なくされ、熱可塑性樹脂組成物を製造する生産性の低下を招いている。
従来、二軸押出機のスクリュウエレメントの固定のためにスクリュウ先端部に取り付けられるスクリュウヘッド形状を変更する事によって、ダイヘッドから口金の吐出孔までの流路における溶融樹脂の劣化を抑制する押出技術が提案されている。
例えば、特許文献１では、ダイヘッド部での樹脂滞留を抑制するため、スクリュウヘッド形状を楕円形とし、長径から短径方向へと傾斜する屋根形状を形成させ、かつ互いのスクリュウヘッドの長径が直角を成すよう組み付けている。
また、特許文献２では、ダイヘッド内部での局所的な摩擦を低減するため、スクリュウヘッドに複数の羽根を周方向に間隔をおいて突設され、ダイヘッド内面に近接させるよう設置している。
さらに、特許文献３では、滞留劣化を防ぎ、均一な樹脂組成物の加熱のため、先端に向かって混練部のスクリュウ径より徐々に拡径されたテーパー部とテーパー部より先端側にバレル内径との隙間が一定である平行部とにより構成されたスクリュウヘッドを取り付けている。
特開昭５５−５７４４４号公報 特開平９−７６３２６号公報 特開平９−８５８０４号公報
しかしながら、特許文献１、２、３に記載されたスクリュウヘッドは、いずれも一般的な形状ではなく、加工難度が高い。そのうち、特許文献１、２に記載のスクリュウヘッドは組み付けに一対のスクリュウヘッドの位相合わせが必要となり、組み付けが容易ではない。また、特に高吐出での連続生産時に問題となるスクリュウヘッドの磨耗による形状変化時には、機械強度の低下による破損の恐れや、目的である樹脂劣化抑制の効果も奏しない。特許文献３に記載されるスクリュウヘッドは、樹脂組成物の押出機内での滞留抑制には効果を奏するが、スクリュウヘッドを拡径することで、高吐出条件化では、より激しいせん断がかかり、熱劣化が促進してしまう。
一方、熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造条件として、スクリュウ回転数の低減、シリンダ温度の低減により、溶融樹脂の劣化を抑制する事が考えられる。しかしながら、小型の二軸押出機で高吐出量の溶融混練を行うとき、スクリュウ回転数の低減は、充填材成分（例えばガラス繊維）の未分散が問題となり、シリンダ温度の低減は、充填材との反応性減による強度低下が問題となる。このため、高吐出量における、充填材成分の分散性、強度を高いレベルで維持しながら、樹脂劣化(茶スジ)を抑制する事は、非常に困難であった。
本発明の目的は、小型の二軸押出機で高吐出量の溶融混練を行うときでも、充填材成分の分散性、強度を高いレベルで維持しながら、樹脂劣化(茶スジ)を抑制し、優れた品質を有する熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決する本発明の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法は、以下（１）〜（８）の構成からなる。（１）少なくとも熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物を、二軸押出機を用いて溶融混練し、熱可塑性樹脂組成物のペレットを製造する方法であって、前記二軸押出機がダイヘッド、スクリュウ、および該スクリュウの先端に取り付けられるスクリュウヘッドを有し、前記ダイヘッドが口金を有し、前記スクリュウヘッドが円柱部を有し、かつ、以下の（１）式および（２）式が満足されるように溶融混練する、熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
Ｑ＞０．０４５Ｄ２．３ ・・・（１）式
Ｓ／Ｄ２＜１．３５ ・・・（２）式
ここで、Ｑは熱可塑性樹脂組成物の吐出量（ｋｇ／ｈ）、Ｄはスクリュウ外径（直径；ｍｍ）、Ｓは円柱部と樹脂組成物との接触面積（ｍｍ２）を表す。
（２）更に以下の（３）式を満たすように溶融混練する、前記（１）に記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
Ｓ／Ｄ２＜１．１０ ・・・（３）式
ここで、Ｄはスクリュウ外径（直径；ｍｍ）、Ｓは円柱部と樹脂組成物との接触面積（ｍｍ２）を表す。
（３）前記熱可塑性樹脂の融点が２００℃以上である、前記（１）または（２）に記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
（４）前記熱可塑性樹脂がポリアミドである、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
（５）前記熱可塑性樹脂組成物が、さらに無機フィラーを含む、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
（６）前記無機フィラーがガラス繊維である、前記（５）に記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
（７）前記無機フィラーの含有量が、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対し、８０重量部以上である、前記（５）または（６）に記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
（８）前記口金が複数の吐出孔を有し、全ての吐出孔において、それぞれの吐出孔から吐出される前記熱可塑性樹脂組成物の温度Ｔｃと前記熱可塑性樹脂の融点Ｔｍとの差（Ｔｃ−Ｔｍ）が３５℃以上５５℃以下である、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
本発明の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法によれば、スクリュウヘッドと熱可塑性樹脂組成物の接触面積を低減する事で、小型の二軸押出機を使用して高吐出量で溶融混練しても、充填材成分の分散性、強度を維持しつつ、樹脂劣化（茶スジペレット数）を低減させることが可能となる。
本発明の製造方法に使用する二軸押出機の実施形態の一例の断面を示す概略図である。 図１に記載の二軸押出機における吐出部の（Ａ）上面図および（Ｂ）側面図である。 実施例および比較例の製造方法における熱可塑性樹脂組成物の吐出温度分布を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態などについて図面を用いて説明する。
図１は、本発明の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法において、好適に使用される二軸押出機の実施形態の一例を示す模式的断面図である。この二軸押出機は、原料供給部（ａ）、溶融混錬部（ｂ）、及び吐出部（ｃ）を含む。
図２は、吐出部（ｃ）の実施形態の１例を示す模式的断面図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。
原料供給部（ａ）は、少なくとも１組のフィーダーおよびホッパーにより構成され、二軸押出機の上部および／または側部から、熱可塑性樹脂、無機フィラー、その他配合剤等の原料を投入する機能を有する。また二軸押出機の最も上流側（駆動機側）に配置された主投入口および／または二軸押出機の上流から下流の間の任意の位置に配置されたサイド口から、原料を供給することができる。原料の形態は、固体状、液体状のいずれでもよい。フィーダーは、容量式、重量計量式、のいずれでもよく、また単軸スクリュウ型、二軸スクリュウ型、振動型、ポンプ型、ベルト型のいずれでもよい。
溶融混錬部（ｂ）は、シリンダ（ｄ）およびスクリュウ（ｅ）により構成され、２本のスクリュウ（ｅ）が、機械方向に平行に配置されたシリンダ（ｄ）内部の空間に収容され、駆動機に接続される。２本のスクリュウ（ｅ）は、それぞれの軸心を回転軸にし、互いに同方向または異方向に回転する。スクリュウ（ｅ）の回転に伴い、原料供給部（ａ）に投入された原料が、吐出部（ｃ）に向かって搬送されながら熱を受け、原料樹脂が溶融し、分配、分散され混練される。シリンダ（ｄ）は、複数のバレルを並べて配置して構成され、バレル毎に温度制御を行うと共に、原料投入口および脱気口の有無を決めることができる。スクリュウ（ｅ）は、複数のスクリュウエレメントからなり、フルフライト、ニーディングディスク、ミキシング、等の任意のエレメントを組合わせることができる。また各エレメントのねじり方向は、混練物の流れ方向に対し、順方向、中立、逆方向のいずれでもよい。さらにエレメント断面は、二条形、三条形のいずれでもよく、噛み合い式、非噛み合い式のいずれでもよく、深溝式、浅溝式のいずれでもよく、これらを組み合わせてもよい。一組のスクリュウは、各スクリュウ軸に複数のエレメントを組合わせて、任意の形式で嵌め込み、そのスクリュウ軸の先端にスクリュウヘッド（ｈ）が嵌められ固定されることにより、組み立てられる。本明細書において、スクリュウ（ｅ）の駆動機側端部からスクリュウヘッド（ｈ）より上流側を、溶融混錬部（ｂ）という。
吐出部（ｃ）は、溶融混錬部（ｂ）で得られた溶融混練物を、機外に所定の形状で押出すためのダイヘッド（ｆ）からなり、その内部にスクリュウヘッド（ｈ）を有する。図２は、溶融混錬部（ｂ）で得られた溶融混練物を、ダイヘッド（ｆ）およびその先端の口金（ｇ）の長い矩形領域内に配置された複数の吐出孔を通し、複数のストランドとして押出す装置構成を例示するものである。押し出されたストランドは、任意の方法で冷却され、ストランドカッターで切断されて、ペレットが製造される。図２の例は、複数の吐出孔を長い矩形領域内に配置する口金（ｇ）を記載するが、口金（ｇ）における複数の吐出孔の配置はこれに限定されるものではなく、円周上、または複数の同心円の周上に配置してもよい。また、溶融混練物が吐出孔から押し出した直後に、ホットカット、水中カットなどにより切断し、ペレット形状にした後に冷却してもよい。
本発明の製造方法に使用する二軸押出機は、少なくともダイヘッド（ｆ）、スクリュウ（ｅ）、およびスクリュウの先端に取り付けられるスクリュウヘッド（ｈ）を有する。またダイヘッド（ｆ）が口金（ｇ）を有し、スクリュウヘッド（ｈ）が円柱部を有する。この円柱部は、円柱の中心線が、スクリュウ（ｅ）の軸心の延長線と重なるように配置する他は、特に制限されるものではなく、スクリュウヘッド（ｈ）の任意の一部を構成する。円柱部の外径（直径）は、好ましくはスクリュウ（ｅ）の溝底の内接円と略同じにしてもよく、異ならせてもよい。
本発明におけるスクリュウヘッド（ｈ）の形状は、摩擦により形状変化しても溶融樹脂温度に影響を及ぼすことがなく、加工がしやすく組み付けがしやすい円柱部を有している事を特徴としている。スクリュウヘッド（ｈ）の円柱部以外の形状については、特に限定されない。また、ダイヘッド（ｆ）は、ダイヘッド内の圧力を低減するため、スクリュウヘッド周辺の空間をシリンダ内径より広げていても良い。
またスクリュウヘッド（ｈ）の材質は、磨耗による形状変化を防止するため、ＨＲＣ硬度が５０以上である事が好ましく、クロムメッキや窒化チタンコーティング等の表面処理を施していても良い。
本発明者らは、研究の結果、スクリュウヘッド（ｈ）の延長線上に存在する吐出孔から吐出される樹脂の温度が、他の吐出孔から吐出される樹脂の温度より高いと茶スジを有するペレットの量が増えること、および全ての吐出孔から吐出される樹脂温度の最大値が高いと茶スジを有するペレットの量が増えるという相関がある事を見出した。そして、以下の（１）式を満たす高吐出量の混練条件において、以下の（２）式の要件を満たすこと、より好ましくは（３）式の要件を満たすことにより、溶融混練温度を下げず優れた混練性能を確保しながら、吐出される樹脂温度の最大値を低減し、茶スジを有するペレットの量を大幅に削減することを見出した。
Ｑ＞０．０４５Ｄ２．３ ・・・（１）式
Ｓ／Ｄ２＜１．３５ ・・・（２）式
Ｓ／Ｄ２＜１．１０ ・・・（３）式
ここで、Ｑは熱可塑性樹脂組成物の吐出量（ｋｇ／ｈ）、Ｄはスクリュウ外径（直径；ｍｍ）、Ｓは円柱部と樹脂組成物との接触面積（ｍｍ２）を表す。
本発明の製造方法は、前記（１）式を満たし、吐出量Ｑ（ｋｇ／ｈ）が、スクリュウ外径Ｄ（ｍｍ）に対して高吐出量でペレットを製造するという、茶スジを有するペレットが発生しやすい条件下において、係る課題を解決するものである。一般的に二軸押出機は押出機のスクリュウ外径Ｄ（ｍｍ）が大きいほど、高吐出量が可能である。本発明では、吐出量Ｑ（ｋｇ／ｈ）が、前記（１）式を満たすように、スクリュウ外径に対して高吐出量でペレットを製造することにより、二軸押出機内の圧力が大きくなる事で、溶融樹脂により大きなせん断がかかり、溶融樹脂温度が高くなる。また、多量の溶融樹脂を押し出すため、スクリュウ回転数を高くする必要があり、スクリュウ回転数を高くすると、さらに大きなせん断がかかり溶融樹脂温度はさらに上昇してしまうため、前記（１）式を満たす高吐出量でのペレットの製造では、樹脂劣化（茶スジ）を引き起こしやすい。本発明は、高吐出でのペレットの製造時でも、前記（２）式を満たすことにより、樹脂劣化を生じさせない、または大幅に削減することができる。
研究の結果、熱可塑性樹脂組成物がスクリュウヘッド（ｈ）の円柱部に接触すると、その樹脂温度が局所的に高くなりやすく、スクリュウヘッド（ｈ）の円柱部と熱可塑性樹脂組成物の接触面積（Ｓ）が大きいほど、スクリュウヘッド（ｈ）の延長線上に存在する吐出孔から吐出される樹脂の温度が、他の吐出孔から吐出される樹脂温度より高くなるという知見が得られた。更に、全ての吐出孔から吐出される樹脂温度の最大値と茶スジ量に相関がある事を見出した。
スクリュウ外径Ｄに対する、スクリュウヘッド（ｈ）の円柱部と熱可塑性樹脂組成物の接触面積Ｓの関係は、Ｓ／Ｄ２が、１．３５以下であることが必要であり、好ましくは、１．１０以下であるとよい。Ｓ／Ｄ２を１．３５以下にすることにより、吐出孔から吐出される樹脂の温度を適正化し、温度分布を小さくすることができる。ただし、機械強度を保つためには、Ｓ／Ｄ２が０．３０以上であることが好ましい。円柱部と熱可塑性樹脂組成物の接触面積Ｓは、溶融樹脂を口金から圧力をかけて押し出すため、ダイヘッドからスクリュウヘッドの周囲にかけて熱可塑性樹脂組成物が密に充填されることから、円柱部の外周表面の面積を、熱可塑性樹脂組成物との接触面積Ｓとすることができ、円柱部の外周長×円柱長で算出できる。通常、二軸押出機の特性は、スクリュウ外径Ｄの二乗Ｄ２に相似形であることから、接触面積Ｓをスクリュウ外径の二乗Ｄ２で規格化することにより、異なるスクリュウ外径Ｄを有する二軸押出機にも適用することができる。
本発明の製造方法は、熱可塑性樹脂の融点が２００℃以上であり、高温での混練が必要な茶スジの発生しやすい高融点の熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物に好適に用いることができる。熱可塑性樹脂として、例えば、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン９Ｔ、ナイロン１０Ｔ等）、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、液晶プラスチック等を用いることができる。このうち、さらに好適である熱可塑性樹脂は、茶スジの発生しやすいポリアミドである。
熱可塑性樹脂組成物に無機フィラーを配合すると、粘度が高くなるため、せん断発熱が大きくなり、樹脂劣化が生じやすくなるが、熱可塑性樹脂組成物の機械的強度を向上させることができるため、好ましい。無機フィラーを含む熱可塑性樹脂組成物を製造するとき、本発明の製造方法を用いることにより、茶スジを有するペレットの発生を抑制することができる。
本発明で使用できる無機フィラーとしては、熱可塑性樹脂組成物の無機フィラーとして通常、使用されるものが使用できる。無機フィラーとして、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アスベスト繊維、グラファイト繊維、金属繊維、チタン酸カリウムウイスカ、ホウ酸アルミニウムウイスカ、マグネシウム系ウイスカ、珪素系ウイスカ、スラグ繊維、石膏繊維、シリカ繊維、シリカアルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化硅素繊維及びホウ素繊維などの無機強化繊維や、ベントナイト、ドロマイト、モンモリロナイト、バーライト、微粉ケイ酸、ケイ酸アルミニウム、酸化ケイ素、ドーソナイト、シラスバルーン、クレー、セリサイト、長石粉、タルク、炭酸カルシウム、炭酸リチウム、水酸化マグネシウム、カオリン、ゼオライト（合成ゼオライトも含む）、滑石、マイカ、合成マイカおよびワラステナイト（合成ワラステナイトも含む）、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ハイドロタルサイトおよびシリカ等の珪酸鉱物、珪酸塩鉱物や種々の鉱物類を粉砕などの加工により微粉化した板状、針状、および粒状の無機フィラーが挙げられ、またこれら無機フィラーを２種以上配合してもよい。このうち、使用する無機フィラーとして、ガラス繊維が好ましい。また、本発明の製造方法は、熱可塑性樹脂１００重量部に対し、無機フィラーを好ましくは８０重量部以上配合する、高粘度となる熱可塑性樹脂組成物のペレットを製造するのに好適である。
添加剤については、可塑剤、離型剤、カップリング剤、結晶核材、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、エポキシ樹脂、シランカップリング剤、含水珪酸マグネシウム、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、黒鉛、生カーボン、ステアリン酸塩類、リン酸エステル類、酸化鉄等が挙げられる。
本発明において、全ての吐出孔において、それぞれの吐出孔から吐出される熱可塑性樹脂組成物の温度Ｔｃと、熱可塑性樹脂組成物に含まれる熱可塑性樹脂の融点Ｔｍとの差（Ｔｃ−Ｔｍ）は３５℃以上５５℃以下である事が好ましい。熱可塑性樹脂組成物の温度Ｔｃと融点Ｔｍとの差（Ｔｃ−Ｔｍ）が３５℃未満である場合、粘度低下による充填材の反応性低下による強度低下や押出機への過負荷が問題となり、（Ｔｃ−Ｔｍ）が５５℃を超えると充填材の分散不良や樹脂劣化が問題となる。
次に実施例及び比較例によって、本発明の効果を具体的に説明する。
熱可塑性樹脂および無機フィラーを含む熱可塑性樹脂組成物を、二軸押出機を用い、スクリュウヘッドの形状および混練条件を異ならせ、熱可塑性樹脂組成物のペレットを製造した。得られたペレットについて、茶スジを有するペレットの有無、無機フィラー（ガラス繊維）の分散状態、および成形品の機械的特性を評価した。
熱可塑性樹脂組成物の組成は、熱可塑性樹脂としてナイロン６６（東レ（株）製 Ｅ３００１（融点２６５℃））、無機フィラーとしてガラス繊維（日本電気硝子（株）製 Ｔ−２５３（長さ３ｍｍ、繊維径１３μｍのチョップドストランド））を使用し、熱可塑性樹脂１００重量部に対し、無機フィラーを８２重量部配合するように、かつ表１に記載された吐出量Ｑ（ｋｇ／ｈ）になるように、メインフィーダーからの熱可塑性樹脂の供給量、およびサイドフィーダーからの無機フィラーの供給量をそれぞれ決定した。
使用した二軸押出機は、以下の通りである。
二軸押出機：（株）東芝機械製二軸押出機 ＴＥＭ７５−ＳＳ スクリュウ長さ（Ｌ）； ３０００ｍｍ
スクリュウ外径（Ｄ）；７５ｍｍ
メインフィーダーの位置；Ｌ／Ｄ＝ ０〜１０のバレルの上方
サイドフィーダーの位置；Ｌ／Ｄ＝５０〜６０のバレルの側方
この二軸押出機で溶融混練するとき、前記（１）式の右辺の値は、０．０４５Ｄ２．３＝９２４であり、吐出量Ｑを９２４（ｋｇ／ｈ）より大きくすると、前記（１）式の関係を満たすことになる。
またスクリュウの先端に、円柱部を有するスクリュウヘッドを取り付け、円柱部の形状を以下の通り異ならせた。
スクリュウヘッドＡ：円柱部長さが２０．０ｍｍ、円柱部直径が４８．０ｍｍ、円柱部と樹脂組成物との接触面積が３０１６ｍｍ２。
スクリュウヘッドＢ：円柱部長さが４０．０ｍｍ、円柱部直径が４８．０ｍｍ、円柱部と樹脂組成物との接触面積が６０３２ｍｍ２。
スクリュウヘッドＣ：円柱部長さが５０．０ｍｍ、円柱部直径が４８．０ｍｍ、円柱部と樹脂組成物との接触面積が７５４０ｍｍ２。
スクリュウヘッドＤ：円柱部長さが７３．５ｍｍ、円柱部直径が４８．０ｍｍ、円柱部と樹脂組成物との接触面積が１１０８４ｍｍ２。
二軸押出機のダイヘッドは、溶融混錬部（ｂ）から略楕円形の断面形状で押し出される溶融樹脂組成物を、口金へ向けて略水平方向に細長い矩形の断面形状であって、押出圧力が略同程度になるように、口金の形状に合わせるように徐々にその形状を変形させながら流動させる形態を有する。ダイヘッドが備える口金には、５７個の吐出孔を略水平方向の直線状に配置した。また、押出機向かって左端の吐出孔の番号を１として、順に右へ２，３，・・・，５７と番号付けを行い、各吐出孔から押出される溶融樹脂組成物の温度を測定した。溶融樹脂組成物の温度は、携帯型サーモグラフィー（Ｆｌｕｋｅ社製Ｔｉ３２）を使用した。
上述した熱可塑性樹脂組成物について、表１に記載した７種類の混練条件（実施例１〜３、比較例１、参考例１〜３）により溶融混練を行い、吐出孔から押出される溶融樹脂組成物のストランドを水冷した後、ストランドカッターで切断し、熱可塑性樹脂組成物のペレットを製品として得た。得られたペレットの樹脂劣化（茶スジ不良）、ＧＦ未解繊不良、および成形品のシャルピー衝撃強度を以下の方法で評価した。
樹脂劣化評価（茶スジ入りペレット数）
得られたペレットを２５０ｇサンプリングし、この中の茶スジ入りペレットの数（個／２５０ｇ）を目視観察した。
充填材分散性評価（ＧＦ未解繊ペレット数）
得られたペレットを２５０ｇサンプリングし、熱プレスにより薄肉シートを成形した。このシート中のガラス繊維（ＧＦ）が未解繊であるペレット数（個／２５０ｇ）を目視観察した。
機械的特性（シャルピー衝撃強度）
得られたペレットを８０℃で１２時間真空乾燥させた後、射出成形機（日精樹脂工業社製ＮＳ６０−９Ａ）を用いて、シリンダ温度２９０℃、金型温度８０℃の条件で、ＩＳＯ１７９−１に準拠するＩＳＯ試験片（３ｍｍ厚）を射出成形した。得られたＩＳＯ試験片）を用い、ＩＳＯ１７９−１に準拠し、２３℃の条件で、ノッチ付きシャルピー衝撃強度を測定した。
得られた熱可塑性樹脂組成物の評価結果を、結果表１、および図３に示す。
Figure 2018161860
実施例１〜３および比較例１の製造例は、吐出量が１０００ｋｇ／ｈであり、（１）式を満たす高吐出量の条件で混練が行われた。
（２）式について、実施例１〜３の製造例は、Ｓ／Ｄ２が１．３５より小さく、茶スジ入りペレット数が大きく減っている事が分かり、さらにＳ／Ｄ２が１．１０より小さい実施例１、２の製造例では、茶スジ入りペレットが全く発生していないことが分かる。これに対し、Ｓ／Ｄ２が１．３５以上である比較例１の製造例では、茶スジ入りペレット数が８０個／２５０ｇと多くなった。
茶スジ数を減らすために、スクリュウ回転数を低減する場合、参考例１に示すようにＧＦ未解繊ペレット数が増えてしまった。また、シリンダ温度を低くする場合、参考例２に示すようにシャルピー衝撃強度が低下してしまった。このため、押出し条件で充填材の分散不良や熱可塑性樹脂組成物の強度低下がないようにするには、参考例３に示すとおり、吐出量を低減するしか手段がないが、参考例３の製造例では生産効率が低く生産コストが高くなってしまう。
実施例１、２、３と比較例１の各吐出孔から吐出される樹脂温度を図３に示す。比較例１の製造例では、スクリュウヘッドの延長線上に存在する吐出孔１５〜２４、３３〜４０の樹脂温度が、これ以外の吐出孔の樹脂温度よりも高くなった。これに対して、実施例１、２、３の製造例では、吐出孔１５〜２４、３３〜４０の樹脂温度が比較例１の製造例と比べ低く、Ｓ／Ｄ２が小さいスクリュウヘッドを有する実施例１の製造例がより樹脂温度が低くなり、吐出孔毎の温度分布の幅が小さい事が分かる。
（ａ）：原料供給部
（ｂ）：溶融混錬部
（ｃ）：吐出部
（ｄ）：シリンダ
（ｅ）：スクリュウ
（ｆ）：ダイヘッド
（ｇ）：口金
（ｈ）：スクリュウヘッド

Claims (8)

  1. 少なくとも熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物を、二軸押出機を用いて溶融混練し、熱可塑性樹脂組成物のペレットを製造する方法であって、前記二軸押出機がダイヘッド、スクリュウ、および該スクリュウの先端に取り付けられるスクリュウヘッドを有し、前記ダイヘッドが口金を有し、前記スクリュウヘッドが円柱部を有し、かつ、以下の（１）式および（２）式が満足されるように溶融混練する、熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
    Ｑ＞０．０４５Ｄ２．３ ・・・（１）式
    Ｓ／Ｄ２＜１．３５ ・・・（２）式
    ここで、Ｑは熱可塑性樹脂組成物の吐出量（ｋｇ／ｈ）、Ｄはスクリュウ外径（直径；ｍｍ）、Ｓは円柱部と樹脂組成物との接触面積（ｍｍ２）を表す。
  2. 更に以下の（３）式を満たすように溶融混練する、請求項１に記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
    Ｓ／Ｄ２＜１．１０ ・・・（３）式
    ここで、Ｄはスクリュウ外径（直径；ｍｍ）、Ｓは円柱部と樹脂組成物との接触面積（ｍｍ２）を表す。
  3. 前記熱可塑性樹脂の融点が２００℃以上である、請求項１または２に記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
  4. 前記熱可塑性樹脂がポリアミドである、請求項１〜３のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
  5. 前記熱可塑性樹脂組成物が、さらに無機フィラーを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
  6. 前記無機フィラーがガラス繊維である、請求項５に記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
  7. 前記無機フィラーの含有量が、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対し、８０重量部以上である、請求項５または６に記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
  8. 前記口金が複数の吐出孔を有し、全ての吐出孔において、それぞれの吐出孔から吐出される前記熱可塑性樹脂組成物の温度Ｔｃと前記熱可塑性樹脂の融点Ｔｍとの差（Ｔｃ−Ｔｍ）が３５℃以上５５℃以下である、請求項１〜７のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物のペレットの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021120636A (ja) * 2020-01-30 2021-08-19 ポリプラスチックス株式会社 繊維状フィラー含有ペレット中の未解繊フィラーの検査方法及び検査システム
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021120636A (ja) * 2020-01-30 2021-08-19 ポリプラスチックス株式会社 繊維状フィラー含有ペレット中の未解繊フィラーの検査方法及び検査システム
JP7356365B2 (ja) 2020-01-30 2023-10-04 ポリプラスチックス株式会社 繊維状フィラー含有ペレット中の未解繊フィラーの検査方法及び検査システム
CN116141635A (zh) * 2022-11-04 2023-05-23 巴斯夫一体化基地(广东)有限公司 用于生产高性能热塑性树脂粒料的方法
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