JP4020387B2 - スクリュ式反応押出機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂原料の化学反応を伴う溶融混練を行うスクリュ式反応押出機に関し、特に、反応部に合成樹脂原料の送り機能を設けないことにより合成樹脂原料の反応時間を長くするための新規な改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、合成樹脂原料の物性を改質あるいは改善するための溶融混練用装置として、スクリュ式混練押出機が使用されている。このような処理の一方法として、合成樹脂原料の化学反応を伴う溶融混練が行われている。従来より、合成樹脂原料の化学反応を伴う溶融混練には、図4に示されるような通常のスクリュ式混練押出機が使用され、押出機の全長およびスクリュ形状の組合せを含む機器構成、および温度、圧力等の運転条件を適宜に選定して溶融混練が行われている。
【0003】
図4は従来の化学反応を伴う溶融混練を行うスクリュ式反応押出機の概略を示す正面断面構成図である。図4において、符号10で示されるものはスクリュ式反応押出機であり、このスクリュ式反応押出機10はシリンダ11、ダイス12およびスクリュ13により構成されている。なお、図4では、前記シリンダ11の下側部分が省略して示されている。前記スクリュ式反応押出機10は、水平配置された前記シリンダ11の貫通内孔11c内に、前記スクリュ13が回転駆動可能に挿入されており、シリンダ11の下流端面に前記ダイス12が組付け固定されている。前記スクリュ式反応押出機10は、前記シリンダ11の貫通内孔11c内に前記スクリュ13を1本、2本あるいは3本以上挿入されて構成され、それぞれ単軸、二軸あるいは多軸押出機と呼称される。前記スクリュ式反応押出機10は、また、上流部(図4の左端部)から下流部(図4の右端部)へ沿って、輸送部A、溶融部Bおよび反応部Cにより構成されている。なお、前記スクリュ13の上流端部(図4の左端部)は図示しない回転駆動装置に連結されている。
【0004】
以上のように構成されたスクリュ式反応押出機10において、合成樹脂原料の化学反応を伴う溶融混練および押出が以下のように行われている。すなわち、シリンダ11の各シリンダブロックが所定の温度に温度調節された状態で、スクリュ13を所定回転数で回転駆動する。次に、合成樹脂原料供給口11aから合成樹脂原料を所定の供給割合でシリンダ11の貫通内孔11c内へ供給する。シリンダ11の貫通内孔11c内に供給された合成樹脂原料は、輸送部Aにおいて輸送部スクリュ13aにより下流方向(図4の右方向)へ順次輸送される。輸送されて溶融部Bに到達した合成樹脂原料は、溶融部スクリュ13bによる混練作用とシリンダ11による加熱により溶融混練されながら、輸送部Aから順次輸送されてくる合成樹脂原料に押されて、溶融部Bを下流方向へ順次流動する。溶融部Bを通過した合成樹脂原料は高温の溶融状態で反応部Cに流入する。反応部Cにおいて、合成樹脂原料は先ず添加剤供給孔11bより所定量の添加剤が加えられ、反応部スクリュ13cのフライトにより下流方向へ順次流動する。添加剤を加えられた高温溶融状態の合成樹脂原料は、反応部Cを流動する間に化学反応が起る。所定の化学反応を終えて反応部Cの下流端に到達した合成樹脂原料は、ダイス12を経て押出される。
【0005】
また、スクリュ式反応押出機の他の従来例として、図示しない構成がある(例えば、特許文献1参照)。この従来例では、反応部の一部においてシリンダの貫通内孔の径を大きくし、貫通内孔の軸直角断面積が大きくなるように構成されている。このように構成されたスクリュ式反応押出機では、図4に示される従来構成と比較して、貫通内孔を大きくした部分において合成樹脂原料の流動速度が遅くなる。その結果、反応部を通過する時間すなわち反応時間を長くすることが可能である。
【0006】
【特許文献1】
特開平11−34041号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスクリュ式反応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、図4に示されるスクリュ式反応押出機では、スクリュの強度、設備上の制限等の理由から押出機の長さを無闇に長くすることが出来ず、従って押出機の長さに限界がある。従って、合成樹脂原料が反応部Cを通過する時間すなわち反応時間を長くすることに限界があり、反応速度の遅い合成樹脂原料を処理する場合、反応が不充分な状態で押出されることがある。
【0008】
前述の特許文献1に示されるスクリュ式反応押出機では、シリンダの貫通内孔の径を大きくさせる部分に特別なシリンダを設ける必要があり、コスト面、汎用性に欠ける。
【0009】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、反応部を送りのない形状とすることにより、反応時間を長くすることが可能であり、部分的な反応程度の差異を発生せず、均質な反応が可能となるスクリュ式反応押出機を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明によるスクリュ式反応押出機は、複数のシリンダブロックが直列接続された長尺筒状シリンダの貫通内孔内で回転駆動されフライトを有する複数のスクリュピースからなるスクリュにより溶融混練され押出される合成樹脂原料の流動方向に沿って、順次、少なくとも輸送部、溶融部および反応部が形成されるスクリュ式反応押出機において、前記反応部は前記合成樹脂原料の送り機能が無く前記スクリュの溝底径を外周とするリングからなり複数の前記シリンダブロックにわたって形成された複数の反応部スクリュからなり、前記貫通内孔と前記反応部スクリュの外周との間に前記フライトのフライト溝深さのリング状断面の空間が各反応部スクリュの周りに形成されている構成である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるスクリュ式反応押出機の好適な実施の形態について説明する。なお、従来例と同一又は同等部分については同一符号を用いて説明する。
【0012】
図1〜図3に示される第1実施の形態において、符号10で示されるものはスクリュ式反応押出機であり、このスクリュ式反応押出機10は全長において一定の径の貫通内孔11cで構成された長尺筒状で複数のシリンダブロックC1〜C10からなるシリンダ11、ダイス12およびスクリュ13により構成されている。なお、図1では、前記シリンダ11の下側部分が省略して示されている。前記スクリュ式反応押出機10は、水平配置された前記シリンダ11の貫通した貫通内孔11c内に前記スクリュ13が回転駆動可能に挿入されており、シリンダ11の下流端面に前記ダイス12が組付け固定されている。前記シリンダ11の貫通内孔11c内に前記スクリュ13を1本、2本あるいは3本以上挿入されて構成され、それぞれ単軸、二軸あるいは多軸押出機と呼称されるが、本形態では二軸の場合が示されている。前記スクリュ式反応押出機10は、また、上流部から下流部へ沿って、輸送部A、溶融部B、反応部Cおよび押出部Dにより構成されている。なお、前記スクリュ13の上流端部(図1の左端部)は図示しない駆動装置に連結されている。
【0013】
前記輸送部Aには合成樹脂原料の輸送用に、前記溶融部Bには合成樹脂原料の溶融混練用に、そして前記押出部Dには合成樹脂原料の押出用に、それぞれ最適のフライト形状が形成されたスクリュピースを配列して、輸送部スクリュ13a、溶融部スクリュ13bおよび押出し部スクリュ13dが構成されている。
【0014】
前記反応部Cにはフライトが無く合成樹脂原料である溶融樹脂を送る機能がないように前記スクリュ13の溝底径を外周とするスクリュピースを配列して反応部スクリュ13cが構成されている。輸送部スクリュ13aの外形は、図2のように、長軸の長さをシリンダ11の貫通内孔11cの直径とする楕円形の断面形状に構成されている。他方、前記反応部スクリュ13cの外形は、図3で示されるように、円形の断面形状に構成され、前記合成樹脂原料を送るためのフライト等の送り機能がないように形成されている。またフライトがないことにより、スクリュとシリンダ間の空間面積、すなわち流路断面積を通常のものよりも大きくしている。その結果として、前記反応部Cにおいては、スクリュ13cに送り機能がないことにより溶融樹脂がシリンダ内に充満し、さらに流路断面積が通常より大きいため、溶融樹脂の反応部Cにおける滞留時間を延ばすことができる。
このように前記輸送部スクリュ13aでは、フライトが形成されるが、前記反応部スクリュ13cでは、前記貫通内孔11cと前記反応部スクリュ13cの外周との間にフライト溝深さのリング状断面の空間がそれぞれの反応部スクリュ13cの周りに形成される。このスクリュ反応部13cの構成は、リング状のスクリュエレメント、すなわちリングのみで接続して構成することができる。尚、各反応部スクリュ13cで形成される反応部Cは、複数の前記シリンダブロックC1〜C10の中のC4〜C7にわたって形成されている。
【0015】
以上のように構成されたスクリュ式反応押出機10において、合成樹脂原料の化学反応を伴う溶融混練および押出が以下のように行われる。すなわち、シリンダ11の各シリンダブロックC1〜C10が所定の温度に温度調節された状態で、スクリュ13を所定回転数で回転駆動する。次に、合成樹脂原料供給口11aから合成樹脂原料を所定の供給割合でシリンダ11の貫通内孔11c内に供給する。シリンダ11の貫通内孔11c内に供給された合成樹脂原料は、輸送部Aにおいて輸送部スクリュ13aにより下流方向(図1の右方向)へ順次輸送される。輸送されて溶融部Bに到達した合成樹脂原料は、溶融部スクリュ13bによる混練作用とシリンダ11による加熱により溶融混練されながら、輸送部Aから順次輸送されてくる合成樹脂原料に押されて、溶融部Bを下流方向へ順次流動する。溶融部Bを通過した合成樹脂原料は、高温の溶融状態で反応部Cに流入する。反応部Cにおいて、合成樹脂原料は先ず添加剤供給孔11bより所定量の添加剤が加えられ、溶融部Bから流入してくる合成樹脂原料に押されて、リング状断面の反応部Cを下流方向へ順次流動する。添加剤を加えられた高温溶融状態の合成樹脂原料は、反応部Cを流動する間に化学反応が起る。所定の化学反応を終えて反応部Cの下流端に到達した合成樹脂原料は、混練スクリュ13eにより混練されて均質化される。反応部Cを通過した合成樹脂原料は押出部スクリュ13dへ流出し、押出部スクリュ13dにより押出圧力を加えられ、ダイス12を経て押出される。
【0016】
なお、前述の実施の形態において、添加剤は添加剤供給孔11bより供給される例で示したが、これに限らず樹脂原料、運転条件に応じて、添加剤の供給位置は最適とされる位置に設置され、例えば合成樹脂原料供給口11aから合成樹脂原料と共に添加剤が供給される場合もある。
【0017】
【発明の効果】
本発明によるスクリュ式反応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。
スクリュ式反応押出機の反応部におけるスクリュが、フライトのないスクリュ(リング)であることにより、スクリュの送り機能がなくなり、スクリュとシリンダ間の空間に樹脂を充満させることができる。
またシリンダ内占有体積を小さくすることができ、その結果反応部における流路断面積を従来の構成と比較して格段に大きくさせることができる。
これらの結果、反応部における合成樹脂原料の流動速度が遅くなり、滞留時間を大きくとることができる。したがって、反応時間を長くすることが可能になり、反応速度の遅い合成樹脂原料の必要な反応時間を確保することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による化学反応を伴う溶融混練を行うスクリュ式反応押出機の第1実施の形態を示す正面断面構成図である。
【図2】図1におけるII−II断面図である。
【図3】図1におけるIII−III断面図である。
【図4】従来の化学反応を伴う溶融混練を行うスクリュ式反応押出機を示す正面断面構成図である。
【符号の説明】
10 スクリュ式反応押出機
11 シリンダ
11a 合成樹脂原料供給口
11b 添加剤供給孔
11c 貫通内孔
12 ダイス
13 スクリュ
A 輸送部
B 溶融部
C 反応部
D 押出部
C1〜C10 シリンダブロック
13c 反応部スクリュ
Claims (1)
- 複数のシリンダブロック (C1 〜 C10) が直列接続された長尺筒状シリンダ(11)の貫通内孔 (11c)内で回転駆動されフライトを有する複数のスクリュピースからなるスクリュ(13)により溶融混練され押出される合成樹脂原料の流動方向に沿って、順次、少なくとも輸送部(A)、溶融部(B)および反応部(C)が形成されるスクリュ式反応押出機において、前記反応部(C)は前記合成樹脂原料の送り機能が無く前記スクリュ (13) の溝底径を外周とするリングからなり複数の前記シリンダブロック (C4 〜 C7) にわたって形成された複数の反応部スクリュ (13c) からなり、前記貫通内孔 (11c) と前記反応部スクリュ (13c) の外周との間に前記フライトのフライト溝深さのリング状断面の空間が各反応部スクリュ (13c) の周りに形成されていることを特徴とするスクリュ式反応押出機。
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