JP2732920B2 - 熱可塑性プラスチック溶融体に粉末状又は織維状の添加剤を混合するための単軸又は二軸スクリュー型押出し機 - Google Patents

熱可塑性プラスチック溶融体に粉末状又は織維状の添加剤を混合するための単軸又は二軸スクリュー型押出し機

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Description

【発明の詳細な説明】 （発明の属する分野） 本発明は、供給部分及び次に続くメタリング部分を通
る間に溶融される顆粒としてのプラスチック用の注入口
と、添加剤用の第２の注入口とを備えている、熱可塑性
プラスチック溶融体に粉末状又は繊維状の添加剤を混合
するための単軸又は二軸スクリュー型押出し機に関す
る。
（従来の技術） この種の二軸スクリュー型押出し機は米国特許第3,45
3,356号明細書から公知である。
第１の注入口に熱可塑性プラスチックが挿入され、溶
融される。溶融したプラスチックには次に流れの下流に
設けられた第２の注入口を通して粉砕されたガラス繊維
が装入される。
それ自体として大面積の内側シリンダーを必要とする
第２の注入口の下側にはディスク上に螺旋形の送りウェ
ブが設けられている。押出し機の搬送過程はシリンダー
の内壁に溶融体が付着することによって螺旋形のウェブ
により溶融体を同時にそぎ取る場合達成される。シリン
ダーの内壁に材料がより良く付着すればする程、材料を
それ自身の前で摺動する螺旋形のスクリューウェブによ
って搬送能力がより良くなる。
第２の注入口の面積により材料搬送にとって必要なシ
リンダー面のかなりの部分が使われるので、この範囲で
押し出す場合非常に不充分な材料搬送が確認される。
壁、即ちこの場合にはシリンダー内面が第２の注入口に
よって条件付けられて無い場合、内側シリンダーの壁に
広がり運動を起こさず、材料は大部分スクリュー段で団
塊の流れ或いは層流として留まる。
固有の特性を有する大量のプラスチックが市場で必要
とされている。プラスチックにこれらの特性を与えるた
めに、粉末状又は繊維状等の特殊な種類のカーボンブラ
ックがプラスチック内に混合される必要がある。例えば
粉末状の遊離したカーボンブラックを溶融した重合体内
に混合しかつ混合物の均質性を高めるには種々の問題が
ある。特に特殊プラスチックから薄い膜（25μｍ）を製
造する必要がある時には、絶対的均質性には決定的な意
味がある。
他方で特殊プラスチックに対する押出し機でも生産能
力を上げることは非常に経済的な価値を持つ。というの
は押出し機設備に対する投資費用が高くなるからであ
る。混合した添加剤とプラスチックとの均質性を良くす
るためには今まで非常に長い押出し機が適用されていた
が、そのために長い混合時間を経てやっとそれ相応の均
質性が得られることになった。より長い押出し機は、し
かしながらこのための投資費用を過剰に高くする。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題とするところは、スクリューの構造費用
を高くせず、かつ長い押出し機を適用することを必要と
せず非常に良好な均質生産物が得られるように第２の材
料注入口を有する単軸又は二軸スクリュー型押出し機を
発展形成させることである。混合しずらいプラスチッ
ク、例えば高粘性のプラスチック及び遊離したカーボン
ブラックの均質性生産物が改良されるべきである。
（課題を解決するための手段） この課題は本発明により、押出し機の第２の注入口の
範囲において、螺旋形のウェブを備えるスクリューの代
わりにディスクが設けられており、これらのディスクが
丸いスペーサディスクと交互に配設されており、ディス
クがその背の部分に、搬送作用を有する成形部を備え、
かつケーシング内径にほぼ一致する外径を有しており、
スペーサディスクが、注入領域でスクリューのコア径に
ほぼ一致する直径を有しており、そしてディスクとスペ
ーサディスクとが0.1から1.5D（Ｄはスクリュー直径）
の厚さを備えていることによって解決される。本発明の
基本思想の発展形態はそれ以降の請求の範囲に述べられ
ている。
添加剤用の注入口の下側でスクリュー部分間に設けた
搬送作用を有するディスクを設けることはこの領域での
溶融体の搬送を引き起こす。溶融体の流れは、例えば二
軸スクリュー型押出し機に本発明の思想を適用する場
合、一方のスクリューのディスク間の自由空間から隣合
するスクリューのディスク間の空間に強行促進させる。
従って溶融体の縦及び横方向混合が行われる。
特に有利にはディスクの背の部分に、斜めに延在する
溝の形をした斜め歯形を備えるディスクによって粉末状
の添加剤が即座に溶融体に入り込み、それと最初の混合
が行われる。ディスクの背の部分に、搬送作用を有する
斜め歯形は溶融体と粉末状の添加剤を２つのディスク間
の中間空間へと押圧する。この中間空間は直径より小さ
く寸法付けられたスペーサディスクによって形成され
る。このスペーサディスクはスクリューの注入領域にお
けるスクリューのコア径にほぼ一致する直径を有してい
る。二軸スクリュー形押出し機では、両スクリューのコ
ア径が一般に全スクリュー長さに渡って等しくなってい
る。単軸スクリュー形押出し機では、スクリューのタイ
ロッド径が一般にメタリング部以降作動方向に増加する
ように形成されている。
粉末状又は繊維状の添加剤は第２の注入口に供給され
る。これは即座の材料搬送が行われるが、驚くほど良好
な混合が同時に現れる。第２の注入口の領域で螺旋形ウ
ェブを有する押出し機と比較した押出し機の供給出力は
予期せぬ仕方で高められる。高められた供給出力は概
ね、第２の注入口の範囲でさもなくば普通の層流がスク
リュー溝で引き裂かれ、この層流はシリンダー内径に溶
融体を広げることなく何らの搬送作用を持たない程に引
き戻されうる。歯形の背の部分を有するディスクによっ
て注入口の下方でも搬送及び材料の混合が行われる。
二軸スクリュー形押出し機に本発明を適用する場合、
一方のスクリューのディスク及びスペーサディスクに対
して、隣接するディスク及びスペーサディスクをずらし
て設けることによって次のことが達成される。即ち溶融
体と添加剤とがそれぞれディスクの背の部分を介して作
業方向に、直系でより小さく寸法付けたディスクと隣接
するスクリューのシリンダー内径の間の自由空間へ搬送
されることが達成される。溶融体の搬送はそれぞれディ
スク間の一方の自由な中間空間から隣接するディスク間
の向かい合う中間空間へ行われる。それにより溶融体内
への添加剤の非常に迅速な引き込みが得られる。
ディスクの背の部分で丸いディスクを斜めの歯形にす
ることによって溶融体の搬送が行われる。同時に混合物
は非常に薄い層へ延ばされるか或いは広げられ、そのた
めに粉末状又は繊維状の添加剤をすばらしく引き込むこ
とが更に好ましいものとされる。溶融体の流れは各歯に
よって改めて広げられ層変化される。
あらゆる構成部材のこの色々な層変化に基づいて、特
に混合しにくい高粘性のプラスチックにおいては固定微
粒子の優れた引き込みが得られる。
（実施例） 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する
ことにする。
第１図に示した単軸スクリュー形押出し機はシリンダ
ー２内にスクリュー１を備えている。シリンダーには熱
可塑性プラスチック用の２つの注入口３及び４が取り付
けられている。
注入口４の下側でスクリューは複数のディスク５を備
えている。これらのディスク５は円筒形部分から削り出
すことによって製造することができ、又は個々のディス
ク５を軸方向のタイロッド７に嵌め込むことができる。
両ディスク５の間には交互に丸いスペーサディスク６が
タイロッド７に配設されている。
これらディスクは第３図から第６図に図示されている
ように丸形にも又は角張って形成することもできる。
第３図には第２図の線III−IIIにほぼ対応したディス
ク５を通る断面図が示されている。ディスクの背の部分
８は、この実施例では軸方向の複数の溝９によって形成
された成形部を備えている。溝９はスクリュー長手軸方
向に設けられている。ディスク５の第１図及び第２図に
示した実施例では斜めの溝10を備え、これらの溝はディ
スク５の搬送作用をもたらす。
第２図には同方向に回転するスクリュー11及び12を有
する二軸スクリュー形押出し機の平面図が示され、これ
らスクリューはタイロッド13及び14に嵌め込まれた個々
のスクリュー部分から構成される。また択一的にスクリ
ュー11及び12は円筒状の中実材料から製造するのも良
い。
第２の注入口４の下側には、複数のディスク５がスペ
ーサディスク６と交互に設けられている。
ディスク５とスペーサディスク６との間にはそれぞれ
中間空間16〜22が空いている。
溶融体として存在しているプラスチックはスクリュー
部分12及び13によって中間空間16へと搬送される。この
溶融体がディスクの背の部分15及び溝10を通過した後、
この溶融体が向かい合う側の次の中間空間17へ次に続く
溶融体によって送り流される。
次の経過において溶融体は次にそれぞれの溝10を介し
て中間空間18〜22に達する。従って溶融体はタイロッド
14にそれぞれ設けられたディスク部分からタイロッド13
に設けられた隣接するディスク部分へと還流され、その
結果、非常に薄い層が形成される。これが優れた長手方
向及び横方向の混合を行う。
従来技術に従う供給開口の下側で固定されるべきスク
リュー溝内での流れの中断が避けられる。この流れの中
断は注入口の範囲でのシリンダー内面を欠陥とさせる原
因となる。このことは新しい表面へと導くディスクによ
る常時起こる層変化が生ずる。注入口の面によって供給
過程用のシリンダー内面の一部が失われるという事実に
も拘らず、スクリュー部分を本発明に従って形成するこ
とによって第２の注入口の下側で材料の供給が良くなる
というのは驚くべきことである。特に高粘性のプラスチ
ック溶融体では押出し機の生産能力が高められた。
第４図から第６図までにディスクの別の実施例が図示
されている。第４図及び第５図には、いわゆる２頂点形
ディスク23或いは３頂点形ディスク24が示され、これら
は回転すると交互にこすれ合い、従って高い自己清浄化
効果を備える。混合は微細層に転動され、優れた混合作
用が得られる。
第６図にはスクリューのタイロッドに偏心して設けら
れた丸いディスクが示されている。このディスク26は、
隣接するタイロッド13に設けられたスペーサディスク27
と向かい合って設けられ、これにより中間空間28が作ら
れる。
中間空間28はそれぞれずれて設けられ、それによりス
クリューが同一方向に回転すると供給方向への溶融体の
搬送が得られ、混合体で多数の薄層を同時に作る場合、
良好な長手方向及び横方向混合体が得られる結果とな
る。
これらディスクの供給作用を高めるために、２頂点形
ディスク23又は３頂点形ディスク24の背の部分にはスク
リュー軸に対して斜めに延在する溝を設けることができ
る。
比較例 実験はHD−ポリエチレンで行い、このポリエチレンは
顆粒として第１の注入口内に供給し、第２の注入口の範
囲では溶融体として存在している。
初めに述べた公報、米国特許第3,453,356号明細書に
示されているような二軸スクリュー形押出し機が使用さ
れる。
HD−ポリエチレン溶融体内に第２の注入口を通して40
％の遊離したカーボンブラックが配量供給される。押出
し機は60mmの直径を有するスクリューを有し、直径の20
倍の長さがある。スクリュー回転数は毎分300回転であ
る。毎時80kgの装入量が計測される。混合物の均質性は
不完全で、その為これからは僅かに値の低い噴出成形品
だけが製造されることになる。
直径60mmで、直径の10倍のスクリュー長さを持つが
（毎分300回転）、特許請求の範囲第１項に請求してい
るように（ディスク厚さ、0.75D）であるスクリューを
有する二軸スクリュー形押出し機での比較実験で、毎時
198kgの生産能力が得られる。特にプラスチック混合物
は優れた均質性を備え、このことはその吹き込み成形法
により25μｍの厚さのプラスチック薄膜が製造される場
合に確認される。
【図面の簡単な説明】
第１図は単軸スクリュー形押出し機を通る長手断面図で
あり、 第２図は二軸スクリュー形押出し機の長手部分への平面
図であり、 第３図は第２図の線III−IIIに従う歯形ディスクの断面
図であり、 第４図は第３図に示したディスクに類似の２頂点形ディ
スクの断面図を示し、 第５図は３頂点形ディスクの断面図であり、第６図は偏
心して設けた丸いディスクの断面図を示すものである。 図中参照番号 １……スクリュー ２……シリンダー ３……注入口 ４……第２の注入口 ５……ディスク ６……スペーサディスク ７……タイロッド ８……ディスクの背の部分 ９……軸方向の溝 10……斜めの溝 11,12……スクリュー 13,14……タイロッド 16,17,18,19,20,21,22……中間空間 23……２頂点形ディスク 24……３頂点形ディスク 25,26……偏心ディスク 27……スペーサディスク 28……中間空間

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】供給部分及び次に続くメタリング部分を通
    る間に溶融される顆粒としてのプラスチック用の注入口
    と、添加剤用の第２の注入口とを備えている、熱可塑性
    プラスチック溶融体に粉末状又は繊維状の添加剤を混合
    するための単軸又は二軸スクリュー型押出し機におい
    て、 押出し機の第２の注入口（４）の範囲において、螺旋形
    のウェブを備えるスクリューの代わりにディスク（5,2
    3,24,25）が設けられており、 このディスクが丸いスペーサディスク（6,27）と交互に
    配設されており、 ディスク（5,23,24,25）がその背の部分に、搬送作用を
    有する成形部を備え、かつケーシング内径にほぼ一致す
    る外径を有しており、 スペーサディスク（6,27）が、注入領域でスクリューの
    コア径にほぼ一致する直径を有しており、そしてディス
    ク（5,23,24,25）とスペーサディスク（6,27）とが0.1
    から0.5D（Ｄはスクリュー直径）の厚さを備えているこ
    とを特徴とする単軸又は二軸スクリュー型押出し機。
  2. 【請求項２】粉末状又は繊維状の添加剤用の第２の注入
    口（４）が、0.5から3Dの長さに形成されていることを
    特徴とする請求項１に記載の単軸又は二軸スクリュー型
    押出し機。
  3. 【請求項３】並んで位置するスクリュー（11,12）のデ
    ィスク（5,23,24,25）及びスペーサディスク（6,27）が
    作業方向で交互にタイロッド（13,14）上に配設されて
    おり、隣接するスクリューのディスク（5,23,24,25）及
    びスペーサディスク（6,27）に噛み合って、一方のスク
    リュー（12）のスペーサディスクが隣接するスクリュー
    （11）のディスクにそれぞれ向かい合うように、スクリ
    ュー（11,12）のディスク（5,23,24,25）及びスペーサ
    ディスク（6,27）が形成されていることを特徴とする請
    求項１に記載の二軸スクリュー型押出し機。
  4. 【請求項４】ディスクが２頂点形ディスク（23）として
    形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３ま
    でのいずれか１つに記載の単軸又は二軸スクリュー型押
    出し機。
  5. 【請求項５】ディスクが３頂点形ディスク（24）として
    形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３ま
    でのいずれか１つに記載の単軸又は二軸スクリュー型押
    出し機。
  6. 【請求項６】ディスクが偏心ディスク（25,26）として
    形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３ま
    でのいずれか１つに記載の単軸又は二軸スクリュー型押
    出し機。
JP1316613A 1988-12-10 1989-12-07 熱可塑性プラスチック溶融体に粉末状又は織維状の添加剤を混合するための単軸又は二軸スクリュー型押出し機 Expired - Lifetime JP2732920B2 (ja)

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