JP6526136B2 - Filler reinforced structurally reinforced plastic - Google Patents
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Description
熱可塑性材料のような流体の非線形粘度区域内での添加剤の動的混合を促進するための組成物。 A composition for promoting the dynamic mixing of additives in a non-linear viscosity area of a fluid, such as a thermoplastic material.
押出プロセスは、エンジニアリング構造材料を製造するための最も経済的な製造法の１つである。通常は、押出プロセスは、均一な断面を有する長い押出部材を製造するために用いる。部材の断面は、円形、環状、又は長方形のような種々の単純な形状のものにすることができる。また、部材の断面は、内部支持構造及び／又は不規則な周縁を有するものなどの非常に複雑なものにすることもできる。 Extrusion processes are one of the most economical manufacturing methods for producing engineering structural materials. Usually, the extrusion process is used to produce a long extruded member with a uniform cross section. The cross section of the member can be of various simple shapes such as circular, annular or rectangular. Also, the cross-sections of the members can be very complex, such as those with internal support structures and / or irregular perimeters.
通常は、押出プロセスは熱可塑性ポリマー化合物を用い、これを供給ホッパー中に導入する。熱可塑性ポリマー化合物は、粉末、液体、立方体状、ペレット状、及び／又は任意の他の押出可能な形態であってよい。熱可塑性ポリマーは、バージン、リサイクル、又は両方の混合物であってよい。通常の押出機の例を図１に示す。 Usually, the extrusion process uses a thermoplastic polymer compound which is introduced into the feed hopper. The thermoplastic polymer compound may be in powder, liquid, cubic, pellet, and / or any other extrudable form. The thermoplastic polymer may be virgin, recycled, or a mixture of both. An example of a conventional extruder is shown in FIG.
プラスチック産業においては、製造中の樹脂のコストを低下させるために充填剤が用いられている。通常の充填剤としては、炭酸カルシウム、タルク、木質繊維、及び種々の他のものが挙げられる。コストの削減を与えるのに加えて、プラスチックに充填剤を加えることにより、熱膨張率が減少し、機械的強度が増加し、及び幾つかの場合においては密度が低下する。 In the plastic industry, fillers are used to reduce the cost of the resin during manufacture. Conventional fillers include calcium carbonate, talc, wood fibers, and various others. In addition to providing cost savings, the addition of fillers to the plastic reduces the coefficient of thermal expansion, increases the mechanical strength, and in some cases reduces the density.
炭酸カルシウム及びタルクは、構造安定性を向上させる構造強度又は繊維配向を有しない。タルクは弱いファンデルワールス力によって結合しており、このためにその表面に圧力を加えると材料は繰り返し劈開する。試験結果によってタルクがポリプロピレンに対して種々の利益、例えばより高い剛性及び改良された寸法安定性を与えることが示されているが、タルクは潤滑特性を有する微細充填剤のように作用する。 Calcium carbonate and talc do not have structural strength or fiber orientation that improves structural stability. The talc is bound by weak van der Waals forces, which causes the material to cleave repeatedly when pressure is applied to its surface. Although the test results show that talc gives polypropylene various benefits, such as higher stiffness and improved dimensional stability, talc acts like a fine filler with lubricating properties.
炭酸カルシウムは同様の特性を有するが、吸水性の問題を有しており、このために環境劣化の理由でその用途が限定されている。タルクは疎水性であるので、この問題は回避されている。 Calcium carbonate has similar properties but has the problem of water absorption, which limits its use due to environmental degradation. This problem is avoided because talc is hydrophobic.
木質繊維は、プラスチックとの繊維の特性の相互作用のために若干の寸法安定性を加えるが、木質繊維はまた環境劣化ももたらす。これら３つの通常の充填剤は全て経済的に実現可能であるが、構造的に限定されている。 Wood fiber adds some dimensional stability due to the interaction of fiber properties with plastic, but wood fiber also leads to environmental degradation. These three conventional fillers are all economically feasible but structurally limited.
プラスチック産業においては、数十年の間、引掻及び／又は損傷抵抗性並びに美的外観を向上させることに向けて努力が払われている。最近の１０年の間にわたって多くの改良が行われて引掻及び損傷抵抗性が向上しているが、プラスチック産業及びその技術者には、未だ見つからない技術が存在する。１つの課題は、いかにして美的外観を妨げることなくプラスチックをより硬質にし、コストを維持するかということである。研究努力は、もみ殻、サトウキビ繊維、麦藁、及び種々の他の充填剤のような農業廃棄物繊維をプラスチック内部の低コストの構造充填剤として用いることに焦点が置かれているが、本出願人は、引掻及び損傷抵抗性を向上させるという課題を解決する経済的な構造強化充填剤を知らない。１つの説明は、プラスチックの完全性に焦点を置くのではなくコストに焦点を置いて物理特性を向上させる構造充填剤の技術格差に関する。 In the plastics industry, efforts have been made for improving scratch and / or damage resistance and aesthetic appearance for several decades. Although many improvements have been made over the last decade to improve scratch and damage resistance, there is still technology undiscovered in the plastics industry and its engineers. One challenge is how to make the plastic more rigid and maintain cost without compromising the aesthetic appearance. Although research efforts have focused on using agricultural waste fibers such as rice husk, sugar cane fibers, wheat straw, and various other fillers as low cost structural fillers within plastics, the present application Humans are unaware of economical structural reinforcing fillers that solve the problem of improving scratch and damage resistance. One explanation relates to the technology gap of structural fillers that focus on cost instead of focusing on plastic integrity to improve physical properties.
プラスチックに充填剤を加えることに関して通常用いられる３つのタイプの混合原理が存在する。
１．静的混合：機械的手段による圧力による力によって形成される流れ又は重力によって引き起こされる流れのいずれかによる固定物体の周りの液体の流動；
２．ダイナミック混合：ブレード設計及び剪断設計の両方のデザインの通常のインペラーによる機械的撹拌、並びに二重又は単スクリュー撹拌による液体誘導混合；
３．動的混合：表面に対する速度衝突又は互いにぶつかる２以上の液体の衝突によって液体を混合する。
There are three types of mixing principles commonly used for adding fillers to plastics.
1. Static mixing: the flow of liquid around a fixed object either by a flow formed by force by pressure by mechanical means or a flow caused by gravity.
2. Dynamic mixing: mechanical agitation with conventional impellers of both blade design and shear design, and liquid induction mixing with double or single screw agitation;
3. Dynamic mixing: mixing liquids by velocity impact on a surface or collision of two or more liquids that collide with each other.
上記の３種類の混合法は全て、組み合わせる流体に関係なく、且つ混合する材料が極性、非極性、有機、又は無機であるかなど、或いは圧縮性又は非圧縮性充填剤が充填されている材料であるかどうかに関係なく、混合の最適化を妨げる共通の１つの事項を有する。 All three mixing methods mentioned above, regardless of the fluid to be combined, and whether the materials to be mixed are polar, non-polar, organic, or inorganic, etc., or materials filled with compressible or incompressible fillers Whether or not it has one thing in common that prevents optimization of mixing.
非圧縮性流体は全て、流体速度が壁又は機械的界面において大きく減少する壁効果又は境界層効果を有する。静的混合システムは、この境界層を用い、この抵抗力を用いて液体を混合又はブレンドして撹拌を促進する。 Incompressible fluids all have wall or boundary layer effects where the fluid velocity is greatly reduced at the wall or mechanical interface. Static mixing systems use this boundary layer and use this resistance to mix or blend liquids to facilitate agitation.
ダイナミック混合は、混合ブレード又はタービンの形状に関係なく、境界層によるデッドゾーン及び不完全な混合に至る。ダイナミック混合においては、高い剪断、及び遠心力によって摩擦及び圧縮を促進するように境界層を用いるようにデザインしたスクリューブレードを用いて、機械表面上に不完全な混合境界層を保持しながら撹拌を行う。 Dynamic mixing leads to dead zones and incomplete mixing by the boundary layer, regardless of the shape of the mixing blade or turbine. In dynamic mixing, using a screw blade designed to use the boundary layer to promote friction and compression by high shear and centrifugal forces, stirring is maintained while maintaining the incomplete mixed boundary layer on the machine surface Do.
動的混合は、導入される流れの上及びインジェクターチップの両方の速度プロファイルに対する境界層効果を受ける。しかしながら、このシステムは、輸送流体現象を除いて境界層の最小の効果を受ける。 Dynamic mixing suffers from boundary layer effects on both introduced flow and velocity profiles of the injector tip. However, this system suffers from the minimal effect of the boundary layer except for transport fluid phenomena.
境界層の更なる説明を以下に行う。空力学的力は流体の速度に複雑に依存する。流体が物体を通り過ぎると、表面に直ぐに隣接する分子が表面に粘着する。表面の直ぐ上方の分子は分子とのそれらの衝突で減速して表面に粘着する。これらの分子は次にそれらの直ぐ上方の流動を減速させる。分子が表面からより遠くに離れると、物体表面によってもたらされる衝突はより少なくなる。これにより、速度が表面におけるゼロから表面から離れた自由流値まで変化する表面付近の流体の薄い層が生成する。これは流体の境界上で起こるので、エンジニアはこの層を境界層と呼ぶ。 Further description of the boundary layer is given below. Aerodynamic forces are complicatedly dependent on the velocity of the fluid. As the fluid passes through the object, molecules immediately adjacent to the surface stick to the surface. The molecules just above the surface decelerate and stick to the surface on their collision with the molecules. These molecules then decelerate the flow immediately above them. As the molecules move further away from the surface, fewer collisions will be produced by the object surface. This produces a thin layer of fluid near the surface whose velocity varies from zero at the surface to a free flow value away from the surface. Because this occurs on fluid boundaries, engineers refer to this layer as the boundary layer.
物体が流体を通して移動するか、或いは流体が物体を通過して移動すると、物体付近の流体の分子は妨げられて物体の周りを移動する。空力学的力が流体を物体との間に生成する。これらの力の大きさは、物体の形状、物体の速度、物体のそばを通過する流体の質量、並びに流体の２つの他の重要な特性：流体の粘度又は粘性、及び圧縮性又は弾力性によって定まる。これらの効果を適切にモデリングするために、航空宇宙産業のエンジニアは、問題となる存在する他の力に対するこれらの効果の比である相似パラメーターを用いる。相似パラメーターに関して２回の実験が同等の値を有する場合には、力の相対的重要性が正しくモデリングされている。 As the object moves through the fluid or as the fluid moves past the object, the molecules of the fluid in the vicinity of the object are blocked and move around the object. Aerodynamic forces create fluid between the object and the object. The magnitude of these forces depends on the shape of the object, the velocity of the object, the mass of the fluid passing by the object, and two other important properties of the fluid: viscosity or viscosity of the fluid, and compressibility or elasticity. It becomes settled. To properly model these effects, aerospace engineers use similarity parameters, which are the ratio of these effects to other forces present. The relative importance of the force is correctly modeled if the two experiments have similar values for the similarity parameter.
図２Ａは、自由流から表面への流れ方向の速度変化を示す。実際には、この効果は三次元である。三次元での質量保存から、流れ方向における速度の変化によって他の方向における速度の変化も引き起こされる。その上の流れを排除するか又は動かす表面に対して垂直の速度の小さな成分が存在する。境界層の厚さはこの排除の量であると定義することができる。排除の厚さは、粘性（重質で膠状）力に対する慣性（変化又は動きに対する抵抗）力の比であり、等式：レイノルズ数（Ｒｅ）＝速度（Ｖ）×密度（ｒ）×特性長（ｌ）÷粘性率（μ）、則ちＲｅ＝Ｖ・ｒ・ｌ／μによって与えられるレイノルズ数に依存する
。
FIG. 2A shows the velocity change in the flow direction from free flow to the surface. In fact, this effect is three dimensional. From three-dimensional mass conservation, changes in velocity in the flow direction also cause changes in velocity in the other direction. There is a small component of velocity perpendicular to the surface that eliminates or moves the flow above it. The thickness of the boundary layer can be defined as the amount of this exclusion. The thickness of exclusion is the ratio of inertia (resistance to change or movement) force to viscous (heavy and glued) force and the equation: Reynolds number (Re) = velocity (V) x density (r) x property It depends on the Reynolds number given by the length (l) ÷ viscosity (μ), ie, Re = V · r · l / μ.
図２Ａにおいて分かるように、境界層はレイノルズ数の値によって層流（層状）か又は乱流（乱れている）のいずれかであってよい。より低いレイノルズ数に関しては、境界層は層流であり、図２Ａの左側において示すように、流れ方向の速度は壁から離れるにつれて均一に変化する。より高いレイノルズ数に関しては、境界層は乱流であり、流れ方向の速度は境界層の内部で不安定な（時間と共に変化する）旋回流の特徴を有する。外側の流れは、境界層の端とちょうど物体の物理的表面のように作用する。このために、境界層によって全ての物体に、通常は物理的形状と僅かに異なる「有効」形状が与えられる。境界層が物体から浮き上がるか又は「剥離」して、物理的形状と大きく異なる有効形状を形成する可能性がある。これは、境界中の流れが、非常に低いエネルギー（自由流と比較して）を有し、圧力の変化によってより容易に駆動されるために起こる。流れの剥離は高い迎え角での航空機翼失速の原因である。揚力に対する境界層の効果は揚力係数に含まれ、抗力に対する効果は抗力係数に含まれる。 As can be seen in FIG. 2A, the boundary layer may be either laminar (layered) or turbulent (turbulated) depending on the Reynolds number. For lower Reynolds numbers, the boundary layer is laminar and, as shown on the left side of FIG. 2A, the velocity in the flow direction varies uniformly as it leaves the wall. For higher Reynolds numbers, the boundary layer is turbulent and the velocity in the flow direction has the characteristic of an unstable (varying with time) swirl flow inside the boundary layer. The outer flow acts like the edge of the boundary layer and just the physical surface of the object. To this end, the boundary layer gives all objects an "effective" shape which is usually slightly different from the physical shape. The boundary layer can lift up or "strip" away from the object to form an effective shape that differs significantly from the physical shape. This occurs because the flow through the boundary has very low energy (compared to free flow) and is more easily driven by changes in pressure. Flow separation is the cause of aircraft wing stall at high angles of attack. The effect of the boundary layer on lift is included in the lift coefficient, and the effect on drag is included in the drag coefficient.
境界層流：
流体流の固体表面に近接するこの部分は、剪断応力が大きく、非粘性流の仮定を用いることができない部分である。固体表面は全て、流体及び固体がそれらの界面において同等の速度を有する物理的要件である滑りなし条件のために、粘性の流体流と相互作用する。したがって、流体流は固定された固体表面によって遅延され、有限の動きの遅い境界層が形成される。境界層を薄くするための要件は、物体のレイノルズ数が大きく、１０３又はそれ以上であることである。これらの条件下においては、境界層の外側の流れは、実質的に非粘性であり、層のための駆動メカニズムの役割を果たす。
Boundary layer flow:
This part of the fluid flow close to the solid surface is where the shear stress is high and the inviscid flow assumption can not be used. Solid surfaces all interact with viscous fluid flow due to non-slip conditions, which is a physical requirement that fluids and solids have equal velocity at their interface. Thus, the fluid flow is delayed by the fixed solid surface to form a finite moving slow boundary layer. The requirement for thinning the boundary layer is that the Reynolds number of the object is high, 10 3 or more. Under these conditions, the flow outside the boundary layer is substantially non-viscous and acts as a driving mechanism for the layer.
ここで図２Ｂを参照すると、図において典型的な低速又は層流境界層が示されている。このような壁付近の流れ方向の流れベクトルの変化の表示は速度プロファイルと呼ばれる。滑りなし条件は、示されているように、ｕ（ｘ，０）＝０（式中、ｕは境界層内の流れの速度である）であることを必要とする。速度は壁からの距離ｙと共に単調に上昇し、最終的に外側（非粘性）の流れの速度Ｕ（ｘ）と滑らかに同化する。境界層内の任意の点において、流体の剪断応力／ταμは、ニュートン流体と仮定すると局所速度勾配に比例する。壁における剪断応力の値は、物体の抗力だけでなくしばしばその熱伝達にも関係するので非常に重要である。境界層の端部においては、ταμは漸近的にゼロに近づく。ταμ＝０である実際の箇所はなく、したがって境界層の厚さδは通常はｕ＝０．９９Ｕである点として適宜定義される。 Referring now to FIG. 2B, a typical slow or laminar boundary layer is shown in the figure. An indication of such changes in the flow vector near the wall in the flow direction is called a velocity profile. The non-slip condition requires that u (x, 0) = 0 (where u is the velocity of the flow in the boundary layer), as shown. The velocity monotonously increases with the distance y from the wall and eventually assimilates smoothly with the velocity of the outer (inviscid) flow U (x). At any point in the boundary layer, the fluid's shear stress / ταμ is proportional to the local velocity gradient, assuming a Newtonian fluid. The value of shear stress at the wall is very important as it is often related not only to the drag of the object but also to its heat transfer. At the end of the boundary layer, τ α μ asymptotically approaches zero. There is no actual location where .tau..alpha..mu. = 0, so the thickness .delta. of the boundary layer is suitably defined as the point where u = 0.99 U normally.
本特許は、加速された混合を促進するために固体粒子の周りを流動する流体の流体境界区域内の移動粒子に対する摩擦係数と組み合わせた境界層の静止膜原理を用いて、境界層のミクロ及びナノ混合、則ちミクロン及びナノ混合特性を生じさせる構造的及び機械的充填剤の効果に関する技術の飛躍的発展に焦点を当てている。 The patent uses the stationary layer principle of the boundary layer in combination with the coefficient of friction for moving particles in the fluid boundary area of the fluid flowing around the solid particles to promote accelerated mixing, and the boundary layer micro and The focus is on the rapid development of technology regarding the effects of structural and mechanical fillers that give rise to nanomixing, ie micron and nanomixing properties.
構造充填剤粒子の形状は、境界層中のゼロ速度区域への増加した粘着を促進させる表面粗さの基本原理に基づく。境界層は、材料が存在するその最も強い粘着力又は粘性を有する箇所である。粗いか及び／又は鋭利な粒子表面を有する粒子を用いることによって、滑りなし区域への粘着が増加し、これによって表面特性が僅か乃至全くない平滑な粒子よりも良好な表面粘着が促進される。理想的な充填剤粒子寸法は、粘度が異なるためにポリマー間、並びに機械的表面における剪断力及び表面研磨によって生成する混合力学の間で異なり、これにより境界層の厚さの変化が生じる。粗いか及び／又は鋭利な粒子表面によっ
て、粒子が境界層中において回転する動的混合ブレードとして機能することができる。本特許において具現化する技術の飛躍的発展は、境界層に沿って回転して境界層が存在する表面領域上での撹拌によるミクロ混合を生じさせる鋭利な端部を有する硬化粒子に焦点が当てられている。
The shape of the structural filler particles is based on the basic principle of surface roughness that promotes increased adhesion to the zero velocity area in the boundary layer. The boundary layer is where the material has its strongest cohesion or viscosity. By using particles with a rough and / or sharp particle surface, the adhesion to the non-slip area is increased, which promotes better surface adhesion than smooth particles with little to no surface properties. The ideal filler particle size differs between the polymers due to the different viscosities, as well as between the mixing forces generated by shear on the mechanical surface and surface polishing, which results in boundary layer thickness variations. The rough and / or sharp particle surfaces allow the particles to function as dynamic mixing blades that rotate in the boundary layer. The breakthrough in technology embodied in this patent focuses on hardened particles that have sharp edges that rotate along the boundary layer to cause micromixing by agitation on the surface area where the boundary layer is present. It is done.
本技術の有利性としては、
・高価なポリマーを安価な構造材料に置き換えることによるコストの削減；
・より多い有機材料をプラスチック中に含ませる能力を増大させることによるコストの削減；
・高レベルの有機及び／又は構造材料によって生産性を増大させることによるコストの削減；
・境界混合によって生じる大きな機械的表面上での増加した混合による添加剤及び／又は充填剤のより良好な分配；
・ポリマーの速度及び圧縮が通常の混合操作中に表面に影響を与えるので、大表面積に沿って回転する粒子の摩砕及び切断効果によるポリマーのより良好な混合；
・境界層中の硬質粒子の回転動摩擦によって置き換えられる抗力による境界層効果によって引き起こされる機械表面上での摩擦係数の減少；
・摩擦係数が産出量に直接影響を与える押出、ブロー、又は射出成形プロセスに関して、境界層中の摩擦係数を減少させることによるプラスチック製造の製造量の増加；
・仕上げプロセス中に材料がその中及びその周りを流動するダイ、成形型等の全ての機械表面上の境界層中での動的混合によって引き起こされる研磨効果による、充填剤を含むか又は含まないプラスチックに対する表面品質の向上；
・それによって境界層の自己洗浄特性を有する動的混合による境界層除去の促進；
・熱伝達が主として伝導であるが、停滞膜の混合によって熱伝達表面において強制対流が生じる停滞膜であると考えられる境界層中での動的混合による向上した熱伝達；
が挙げられる。
Among the advantages of this technology are:
・ Cost reduction by replacing expensive polymers with cheap structural materials;
Cost reduction by increasing the ability to include more organic material in the plastic;
Reduction of costs by increasing productivity with high levels of organic and / or structural materials;
Better distribution of additives and / or fillers with increased mixing on large mechanical surfaces caused by boundary mixing;
Better mixing of the polymer due to the attrition and cutting effect of the particles rotating along the large surface area, as the speed and compression of the polymer influence the surface during normal mixing operations;
Reduction in the coefficient of friction on the machine surface caused by the boundary layer effect due to drag replaced by the rotational dynamic friction of the hard particles in the boundary layer;
• an increase in the production of plastic production by reducing the coefficient of friction in the boundary layer with respect to extrusion, blow or injection molding processes where the coefficient of friction directly influences the output;
· With or without fillers due to the abrasive effect caused by dynamic mixing in the boundary layer on all machine surfaces such as dies, molds, etc., in which the material flows during and around the finishing process Improvement of surface quality to plastic;
-Thereby promoting boundary layer removal by dynamic mixing with the self cleaning properties of the boundary layer;
· Heat transfer enhanced by dynamic mixing in the boundary layer which is believed to be a stagnant film where heat transfer is primarily conductive but forced convection occurs on the heat transfer surface by mixing of stagnant films;
Can be mentioned.
境界層中の動的混合のために用いられる固体粒子は、以下の特性を有することが必要である。
・粒子の物理的形状は、粒子に境界層表面に沿って回転又は転動させる能力を与える特性を有していなければならない。
The solid particles used for dynamic mixing in the boundary layer need to have the following characteristics:
The physical shape of the particles must have the property of giving them the ability to rotate or roll along the boundary layer surface.
粒子の混合効率は表面粗さと共に増加し、ゼロ速度区域又は滑りなしポリマー表面と相互作用して静止摩擦よりも動摩擦を促進する。
・粒子は十分に硬質で、粒子の転動又は回転効果による動的混合を促進するために流体が粒子の周りで変形するようでなければならない。
The mixing efficiency of the particles increases with the surface roughness and interacts with the zero velocity area or non-slip polymer surface to promote dynamic friction over static friction.
The particles should be sufficiently hard so that the fluid deforms around the particles in order to promote dynamic mixing due to rolling or rotating effects of the particles.
・粒子は用いる材料の境界層に対して寸法が釣り合っていて、粒子が動的回転摩擦を用いて回転又は転動し、それにより粒子が境界層中において、流動を制限する増加した表面粗さに基づいて境界層のマイナスの効果を増加させるか或いは境界層からのバルク流体中への粒子の移動を引き起こす可能性のある抗力にならないようになっていなければならない。 The particles are size matched to the boundary layer of the material used, the particles are rotated or rolled using dynamic rotational friction, whereby the particles have an increased surface roughness which limits the flow in the boundary layer In order to increase the negative effect of the boundary layer or to cause the drag that may cause the movement of particles from the boundary layer into the bulk fluid.
・粒子は、粒子寸法及び表面粗さに基づいて混合プロセス中にバルク流体から境界層中に再結合できなければならない。
・粒子は、固体又は多孔質の材料、合成又は天然の鉱物、及び／又は岩石であってよい。
The particles should be able to recombine into the boundary layer from the bulk fluid during the mixing process based on particle size and surface roughness.
The particles may be solid or porous materials, synthetic or natural minerals, and / or rocks.
粒子の物理的形状：
同時に起こる次の２つの現象のために、球状粒子は理想形状ではない。第１の現象は滑
りなし区域における粒子の表面摩擦に関係し、第２は流体速度によって粒子に加えられる駆動力に関係し、これは粒子が回転又は転動する能力に影響を与える。駆動力は、境界層の上半分上での流体流によって生じる。粒子の形状は、球形、三角形、ダイアモンド形、正方形等であってよいが、やや平坦又は平坦の物体は、良好に転動しないのであまり望ましくない。やや平坦又は平坦の物体は、横断面領域がその厚さに加えられる流体摩擦への抵抗を少ししか有しないのであまり良好には転動しない。しかしながら、混合の形態での撹拌が望ましいので、滑らかでない転動によって動的なランダムに生じる混合区域が生成するので滑らかでない形態の転動が有益である。これらのランダムな混合区域は、大きな混合ブレードを少数の混合ブレードで操作することと類似している。一部は素早く回転し、一部はゆっくりと回転するが、最終的にそれらは全て混合される。より少ない非弾性特性を有するより粘性の材料においては、粒子の表面粗さ及び鋭利な端部のために、粒子による動的混合によって切刻及び摩砕効果が生じる。
Physical shape of particle:
Spherical particles are not an ideal shape because of the following two phenomena that occur simultaneously. The first phenomenon relates to the surface friction of the particles in the non-slip area and the second relates to the driving force exerted on the particles by the fluid velocity, which affects the ability of the particles to rotate or roll. The driving force is generated by fluid flow on the upper half of the boundary layer. The shape of the particles may be spherical, triangular, diamond-shaped, square, etc, but a somewhat flat or flat object is less desirable as it does not roll well. Semi-flat or flat objects do not roll very well because the cross-sectional area has little resistance to fluid friction applied to its thickness. However, as agitation in the form of mixing is desired, non-smooth rolling is beneficial as non-smooth rolling produces dynamic random mixing zones. These random mixing zones are similar to operating a large mixing blade with a small number of mixing blades. Some rotate quickly and some rotate slowly, but finally they are all mixed. In more viscous materials with less inelastic properties, due to the surface roughness and the sharp edges of the particles, the dynamic mixing with the particles causes the cutting and grinding effect.
通常の押出及び射出成形プラスチックは、ＰＰ、ＰＥ、ＰＢ、ＨＤＰＰ、ＨＤＰＥ、ＨＤＰＢ、ナイロン、ＡＢＳ、及びＰＶＣであり、これらは産業において用いられるタイプのプラスチックの一部であり、これらにおいては、硬度はプラスチックの材料特性に比例する。プラスチック中に硬質充填剤を加えることによって、プラスチックの固有の物理特性よりも耐引掻性及び／又は耐損傷性であるより強靱でより耐久性のプラスチックを再調製することができる。通常の充填剤は、それぞれ１のモース硬度スケール値を有する炭酸カルシウム及びタルクである。しかしながら、少なくとも２．５の硬度を有する構造充填剤を用いることが望ましい。 Common extrusion and injection molded plastics are PP, PE, PB, HDPP, HDPE, HDPB, nylon, ABS and PVC, which are part of the type of plastics used in industry, in which hardness is Is proportional to the material properties of the plastic. By adding hard fillers into the plastic, it is possible to reshape the tougher, more durable plastic that is scratch and / or damage resistant than the inherent physical properties of the plastic. Common fillers are calcium carbonate and talc, each having a Mohs hardness scale value of 1. However, it is desirable to use a structural filler having a hardness of at least 2.5.
硬質構造充填剤として用いるのに好適な環境的に安定な種々の材料は、プラスチック製造産業によって商業的に評価されていなかった。これらの充填剤は、構造体であり、硬質で、軽量で、環境的に安定である。これらの充填剤が商業的に用いられていなかった理由の幾つかは、それらが配合及び取り扱うのが困難であることである。更に、これらの材料はこれまで用いられている充填剤ほどは経済的に適していない可能性がある。以下の軽量の構造充填剤は、硬度、密度、及びミクロン範囲の粒子寸法において同様であるが、プラスチック産業において用いるのに広く許容されてはいなかった。 A variety of environmentally stable materials suitable for use as rigid structural fillers have not been commercially evaluated by the plastics manufacturing industry. These fillers are structural, rigid, lightweight and environmentally stable. Some of the reasons why these fillers have not been used commercially are that they are difficult to formulate and handle. Furthermore, these materials may not be as economically suitable as the fillers used so far. The following lightweight structural fillers are similar in hardness, density, and particle size in the micron range, but have not been widely accepted for use in the plastics industry.
ガラス又はセラミックミクロ球状体は、数十年の間商業的に入手できるものである。この球状体はプラスチック製造において多少は成功したが、主として被覆、接着剤、及び複合体の市場において用いられてきた。 Glass or ceramic microspheres are commercially available for several decades. This sphere has been somewhat successful in plastic production but has been used primarily in the coatings, adhesives and composites market.
パーライトは、主として建築製品、石造用の断熱材、軽量コンクリート、及び食品添加剤用に用いられている天然のケイ質岩石である。
ケイ酸ナトリウムカリウムアルミニウム（黒曜石）は、産出量を向上させ、及び添加剤に関する向上した混合特性を生じさせるためのプラスチック流動性調節剤として用いられているミクロン粉末である。
Perlite is a natural siliceous rock used primarily for construction products, thermal insulation for masonry, lightweight concrete, and food additives.
Sodium potassium aluminum silicate (obsidian) is a micron powder that is used as a plastic flow modifier to improve yield and produce improved mixing characteristics with additives.
これまでに言及されている構造充填剤は５．５のモーススケール硬度を有し、これは窓ガラス、砂、及び良好な品質の鋼製ナイフの刃と同等であり、したがって粒子を加えており、且つプラスチック表面を引掻く通常の材料と同等の硬度である。これらの構造充填剤は弱い力によっては結合していない。したがって、これらはその剛性の形状を保持し、タルクで見られるような分子層の間の弱い化学結合の開裂に関係する潤滑特性を有しない。５．５のモーススケール硬度を有する粒子は、プラスチック表面を通常損傷するものと同等の硬さである。したがって、プラスチック配合物中に含ませた充填剤の剪断硬度による引掻及び／又は損傷に対する抵抗性が改良される。構造充填剤は好ましくは０．１８〜０．８ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する軽量のものであり、これに対してタルク及び炭酸カルシウムは２．５０〜２．８０ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する。したがって、硬質の構
造充填剤によってプラスチック配合物の密度が減少する。
The structural fillers mentioned so far have a Mohs scale hardness of 5.5, which is comparable to the glazing, sand and steel knife blades of good quality and therefore add particles And hardness equivalent to that of ordinary materials that scratch plastic surfaces. These structural fillers are not bound by weak forces. Thus, they retain their rigid shape and do not have lubricating properties related to the breaking of weak chemical bonds between molecular layers as seen with talc. Particles having a Mohs scale hardness of 5.5 are as hard as those that normally damage plastic surfaces. Thus, the resistance to scratching and / or damage due to shear hardness of the filler contained in the plastic formulation is improved. The structural filler is preferably light weight having a density in the range of 0.18 to 0.8 g / cm 3 , whereas talc and calcium carbonate are in the range of 2.50 to 2.80 g / cm 3 Have a density. Thus, hard structural fillers reduce the density of the plastic formulation.
ミクロ球状体は、最近では、それらの向上した強度（それにより破砕することなく機械的圧力に耐えることができる）のために押出プラスチックと共に用いることに興味が持たれ始めている。ミクロ球状体の強度が増加するにつれて製造コストが減少し、このためにミクロ球状体はプラスチック用の理想的な構造充填剤材料になっている。 Microspheres have recently begun to be of interest for use with extruded plastics because of their enhanced strength (which allows them to withstand mechanical pressure without fracture). As the strength of the microsphere increases, the manufacturing cost decreases, which makes the microsphere an ideal structural filler material for plastics.
考慮される他の充填剤材料としては膨張パーライトが挙げられる。膨張パーライトは、材料の自然の特性であり、破砕なしに押出圧に耐えることができないそのミクロのバブルチューブのために、プラスチック産業によって押出プロセスにおいて商業的に用いられていない。充填剤の破砕効果によって体積流量が一貫しなくなり、これにより押出製品の寸法安定性が影響を受け、これは用途によって許容できるか又は許容できない可能性がある。この理由のために、パーライトはプラスチック分野における構造充填剤としての商業的実現性には到達していない。パーライトは微粉砕することができ、これにより生成物の破砕強度が大きく向上し、これによって機械的押出圧プロセスに耐える能力が材料に与えられ、これにより寸法安定性が得られる。この材料が充填剤として採用されなかった１つの理由は、この材料が元々の形態において加圧下で破砕する性質を有していることである。 Other filler materials that come into consideration include expanded perlite. Expanded perlite is a natural property of the material and is not used commercially in the extrusion process by the plastics industry because of its micro bubble tube which can not withstand the extrusion pressure without crushing. The fracture effect of the filler makes the volumetric flow flow inconsistent, which affects the dimensional stability of the extruded product, which may or may not be acceptable depending on the application. For this reason, perlite has not reached commercial viability as a structural filler in the plastics sector. The perlite can be comminuted, which greatly improves the crush strength of the product, which gives the material the ability to withstand mechanical extrusion pressure processes, thereby providing dimensional stability. One reason that this material was not employed as a filler is that this material has the property of fracturing under pressure in its original form.
微粉砕パーライトは、同等の物理特性を有するより細かいメッシュであり、より高い圧力に耐える。微粉砕パーライトは、現在はフィルター媒体として水処理システムにおいて用いられている。 Milled perlite is a finer mesh with equivalent physical properties and withstands higher pressures. Milled perlite is currently used in water treatment systems as a filter media.
一例として、軟質の材料上を回転する硬質の球状体は沈下部が動きながら移動する。この材料は、前部で押し付けられ、後部で跳ね返り、材料が完全に弾性である場合には、押し付け中に蓄えられたエネルギーはその後部で球体に戻される。しかしながら、実際の材料は完全に弾性ではないのでエネルギーの損失が起こり、その結果、回転の運動エネルギーが生成する。定義によれば、流体は静的剪断応力に耐えることができない材料の連続体である。回復しうる変形で剪断応力に反応する弾性固体とは異なり、流体は回復できない流れで反応する。回復できない流れは、境界層中の動的機械混合のための駆動力として用いることができる。回転動摩擦の原理を用いることにより、滑りなし区域の表面での流体の粘着が増加して粘着が生成され、一方、境界層における速度によって粒子に対する慣性力が生成する。慣性力によって、用いる混合機構、則ち静的、ダイナミック、又は動的に関係なく機械プロセス装置の表面に沿って粒子が回転する。 As an example, the hard spherical body rotating on the soft material moves while the slump moves. This material is pressed at the front and rebounds at the back, and if the material is completely elastic, the energy stored during pressing is returned to the sphere at the back. However, since the actual material is not completely elastic, energy loss occurs, resulting in the generation of kinetic energy of rotation. By definition, fluid is a continuum of material that can not withstand static shear stress. Unlike elastic solids that respond to shear stress with recoverable deformation, the fluid reacts in an unrecoverable flow. Unrecoverable flow can be used as a driving force for dynamic mechanical mixing in the boundary layer. By using the principle of rotational kinetic friction, the adhesion of the fluid at the surface of the non-slip area is increased to create adhesion, while the velocity in the boundary layer generates an inertial force on the particles. The force of inertia causes the particles to rotate along the surface of the mechanical processing device regardless of the mixing mechanism used, ie, static, dynamic or dynamic.
ジェットミルプロセス中においては、粒子が互いに衝突して貝殻状断口によって鋭利な端部が形成される。一部の粒子の寸法を選択することにより、異なるポリマーの選択と共に異なる効果が生じるが、それらの特性を生じさせるのはこの粒子の端部の効果である。ケイ酸ナトリウムカリウムアルミニウムの端部効果によって、熱可塑性材料及びポリマー材料中への充填剤、構造充填剤、顔料、繊維、及び種々の他の材料の混和が容易になる。 During a jet mill process, the sharp end by scalloped cross port collide particles with one another are formed. Although the choice of the dimensions of some particles produces different effects with the choice of different polymers, it is the effect of the ends of the particles that give rise to their properties. The end effect of sodium potassium aluminum silicate facilitates the incorporation of fillers, structural fillers, pigments, fibers and various other materials into thermoplastic and polymeric materials.
ジェットミルによって鋭利な端部の効果を生じさせる材料としては、種々の他の採掘可能な鉱物の中で、石膏、パーライト、黒曜石、砂、燧石、粘板岩、及び花崗岩が挙げられる。鋼、アルミニウム、真鍮、セラミクス、及びリサイクルか及び／又は新しい窓ガラスのような種々の合成材料があり、これらはジェットミル又は他の関連する粉砕プロセスのいずれかによって処理して、小さい粒径を有する鋭利な端部を生成させることができる。列記した例に加えて、他の材料も、その材料がモース硬度スケールで２．５と見積もられる十分な硬度を有するならば好適である可能性がある。 Materials that produce sharp edge effects by jet milling include gypsum, perlite, obsidian, sand, vermiculite, slate, and granite, among various other minable minerals. There are various synthetic materials such as steel, aluminum, brass, ceramics, and recycled and / or new glazings, which are treated by either a jet mill or other related grinding process to reduce the particle size Having sharp edges can be generated. In addition to the listed examples, other materials may also be suitable if the material has sufficient hardness, estimated at 2.5 on the Mohs hardness scale.
鋭利な端部の効果を生じさせ、それによって今日の最新のプラスチック、ポリマー、塗料、及び接着剤中に含ませる表面張力調整剤及び構造充填剤として働く有望な候補物質として働く、２．５よりも硬質の種々の材料が存在することは、モース硬度スケールによって明らかである。モーススケールを下記に示す。 From 2.5 producing a sharp edge effect, thereby serving as a potential candidate to act as a surface tension modifier and structural filler in today's modern plastics, polymers, paints and adhesives The existence of various hard materials is evident by the Mohs hardness scale. The Morse scale is shown below.
モーススケールは単なる順序スケールである。例えば、鋼玉（９）は黄玉（８）の２倍硬いが、ダイアモンド（１０）は鋼玉のほぼ４倍硬い。下表に、硬度計によって測定した絶対硬度との比較を示す。 The Morse scale is just an order scale. For example, a steel ball (9) is twice as hard as a yellow ball (8), but a diamond (10) is almost four times as hard as a steel ball. The following table shows the comparison with the absolute hardness measured by the hardness tester.
下表は、各レベルの間に入る更なる物質を含む。 The table below contains additional substances that fall between each level.
粒子表面特性：
粒子の混合効率は、粒子の表面粗さが増加すると増加する。表面粗さが増加することは２重の効果を有する。第１の効果は、表面粗さ及び粒子の形状によって滑りなし区域又は粘性領域への表面粘着が向上し、これによって粒子の回転又は転動からの抵抗が生じることである。第２の効果は、粒子が回転及び転動する能力に対する抵抗が加わることであり、これによって衝突する流体との機械的相互作用がより強くなる。表面を横切って回転する平滑な球状体の例においては、滑りなし区域との相互作用の粘着は最小であり、ポリマーに対する効果によって大きなダイナミック混合は生じない。材料が粗いか及び／又は鋭利か又は両方である場合には、ダイナミック混合は回転に対する抵抗を有し、それによりブレード状の転動効果が生じ、これにより粗さ及び機械的動的回転による撹拌が生成する。
Particle surface properties:
The mixing efficiency of the particles increases as the surface roughness of the particles increases. Increasing the surface roughness has a dual effect. The first effect is that the surface roughness and the shape of the particles improve the surface adhesion to the non-slip area or the viscous region, which causes the particles to resist rolling or rolling. The second effect is the added resistance to the ability of the particles to rotate and roll, which makes the mechanical interaction with the impinging fluid stronger. In the example of smooth spheres rotating across the surface, the adhesion of the interaction with the non-slip area is minimal and the effect on the polymer does not result in significant dynamic mixing. If the material is rough and / or sharp or both, dynamic mixing has resistance to rotation, which results in a blade-like rolling effect, which results in agitation by roughness and mechanical dynamic rotation. Generates.
粒子の硬度及び靱性：
混合ブレード及び高剪断混合装置は、通常は硬化鋼で形成されており、ポリマーは混合中に加えられる機械的撹拌よりも柔軟である。これらの粒子が通過するので、これらは適切に機能するようにそれらの形状を保持する能力が必要である。分子間の化学的相互作用を試験し、それらの硬度に基づいて整理した。モーススケールで銅から始まる２．５の最小硬度又はそれより大きい硬度は、シングルパスの粒子がこの混合プロセスのために十分に強靱であるのに十分である。
Particle hardness and toughness:
Mixing blades and high shear mixing devices are usually formed of hardened steel, and the polymer is more flexible than the mechanical agitation added during mixing. As these particles pass through, they need the ability to retain their shape to function properly. Chemical interactions between molecules were tested and organized based on their hardness. A minimum hardness of 2.5 or more, starting with copper on the Mohs scale, is sufficient for single pass particles to be sufficiently tough for this mixing process.
充填剤粒子は、境界層領域に釣り合う寸法を有していなければならない。この寸法は、通常はｕ＝０．９９Ｕである点として適宜定義される。したがって、粒子の理論的出発直径は、表面に対して垂直に測定したｕ＝０．９９Ｕである高さである。境界区域内の動的混合に関連するパラメーターの計算に困難性を加える多くのファクター、例えば、
１．変化した境界層相互作用を生じさせる充填剤装填量；
２．粘度の差を生じさせる壁を通る熱伝達；
３．スクリュー撹拌によって誘発される剪断効果及び連続的に増加する圧縮；
４．材料が粘度、密度等のような物理特性を変化させる化学反応；
が存在する。
The filler particles should have dimensions commensurate with the boundary layer area. This dimension is suitably defined as the point where u = 0.99U. Thus, the theoretical starting diameter of the particles is a height that is u = 0.99 U measured perpendicular to the surface. Many factors that add difficulty to the calculation of the parameters associated with dynamic mixing in the boundary area, eg
1. Filler loading that produces altered boundary layer interactions;
2. Heat transfer through the wall causing a difference in viscosity;
3. Shear effect induced by screw agitation and continuously increasing compression;
4. Chemical reactions that change physical properties such as viscosity, density etc. of the material;
Exists.
混合の機構は、プロセス産業における最も複雑な機械的化学的相互作用の１つである。粒径は生成物から生成物へと変化し、最適化が必要であるか又は必要でない。試験によって、２５メッシュの生成物と８００メッシュの粒子との間には大きな差が全く無いように思われることが示される。いずれの場合においても、粒子は境界層の混合区域に劇的に影響を与えた。 The mechanism of mixing is one of the most complex mechanical-chemical interactions in the process industry. The particle size varies from product to product and optimization may or may not be necessary. Tests show that there is no significant difference between the 25 mesh product and the 800 mesh particles. In each case, the particles dramatically affected the mixing zone of the boundary layer.
好適な粒径を選択するための１つのアプローチは、特定の粒径が抗力係数を増加させることによって逆の境界層効果を生じさせる時点を求めることである。殆どのプロセスにおいて、これは混合サイクル中のモーター出力（アンペア）の増加を監視することによって確認することができる。アンペアが増加する場合には、粒径を減少させなければならない。 One approach to selecting a suitable particle size is to determine when a particular particle size produces an adverse boundary layer effect by increasing the drag coefficient. In most processes this can be verified by monitoring the increase in motor power (amps) during the mixing cycle. If the ampere increases, the particle size must be reduced.
他のアプローチは、モーター出力（アンペア）を増加させることなく撹拌速度を増加させることができる（これは、境界層内の動的混合による摩擦の減少を示す）かどうかを確かめることである。例えば、図４は、与えられたスクリューのｒｐｍにおける押出機を通る熱可塑性材料の処理量を示す。８％のパーライトの添加剤によって、４５ｒｐｍのスクリューに関して押出機の基部上の処理量が増加することが分かる。 Another approach is to see if the stirring speed can be increased without increasing the motor power (amps), which indicates a decrease in friction due to dynamic mixing in the boundary layer. For example, FIG. 4 shows the throughput of thermoplastic material through the extruder at a given screw rpm. It can be seen that the 8% perlite additive increases the throughput on the base of the extruder for the 45 rpm screw.
図３は、基材にケイ酸ナトリウムカリウムアルミニウム粉末を加えることによって、従来可能であったものよりも高いｒｐｍで押出機を運転することが可能になり、これにより同じ装置についてより大きな処理量が得られることを示す。装置の制限のために、ｒｐｍの上限は確認することができなかった。 FIG. 3 shows that by adding sodium potassium aluminum silicate powder to the substrate, it is possible to operate the extruder at a higher rpm than previously possible, which results in higher throughput for the same equipment Indicates that it can be obtained. The upper limit of rpm could not be confirmed due to equipment limitations.
図５は、木質材含量がプラスチック並びに２％パーライト及び木質材の混合物の５２％〜７３％である場合においても、パーライトを含まない４９％の木質材含量と比較して優れた処理速度を達成することができることを示す。 FIG. 5 shows that even when the wood content is 52% to 73% of the plastic and the mixture of 2% pearlite and wood, an excellent processing speed is achieved compared to the 49% wood content without pearlite Show what you can do.
化学産業において、機械装置を選択するための流体流動特性及び熱伝達特性を計算するための均一な液体及び境界層の相対厚さに関する試験法及び表が作られている。本特許においては、同じプロファイルの仮定が粒径の出発点として組み入れられており、これは境界層において混合を増加させるように機能する。 In the chemical industry, test methods and tables have been prepared for the relative fluid and boundary layer thicknesses to calculate fluid flow characteristics and heat transfer characteristics for selecting mechanical devices. In this patent, the same profile assumptions are incorporated as a starting point for particle size, which functions to increase mixing in the boundary layer.
境界層への粒子の再結合：
粒子は、それが混合中においてバルク流体中に押し流される場合に境界層と再び相互作用するように選択することができる。機械的撹拌を経て流動する全ての流体材料は最小の抵抗の流路を取る。速度プロファイルは、撹拌中に粘性媒体中を動く抵抗性の粒子によって影響を受ける。したがって、流体流に対する抵抗を生じさせる粒子は、通常は境界層に向かって流れ、これにより流体はより自由に流動することができる。粒径が大きい場合には、境界層内の凝集力が、境界層の表面に加えられる流体速度力に抵抗するのには十分ではなく、それにより粒子が流体懸濁液中に押し戻されるので、粒子は流体懸濁液中で結合
し始める可能性がある。小さい寸法を有する粒子は、粒子がバルク流体流中に一時的に懸濁し始める場合であっても、動的混合を促進する表面粗さによって引き起こされる凝集力に基づいて境界層内で自然に再結合する。
Recombination of particles into the boundary layer:
The particles can be selected to interact again with the boundary layer as it is swept into the bulk fluid during mixing. All fluid materials that flow through mechanical agitation take the path of least resistance. The velocity profile is influenced by the resistant particles moving in the viscous medium during stirring. Thus, particles that create a resistance to fluid flow usually flow towards the boundary layer, which allows the fluid to flow more freely. When the particle size is large, the cohesion in the boundary layer is not sufficient to resist the fluid velocity forces applied to the surface of the boundary layer, thereby pushing the particles back into the fluid suspension. The particles may begin to bind in the fluid suspension. Particles with small dimensions will spontaneously re-grow in the boundary layer based on cohesion caused by surface roughness that promotes dynamic mixing, even if the particles begin to temporarily suspend in the bulk fluid stream. Join.
鉱物処理技術は数世紀の歴史があり、高度に専門化している。これらは複数の方法によって粒子を分離し、且つそれらをより小さな粒子に形成する能力を有する。これらの高度に専門化された固体又は多孔質材料を用いて０．７より大きいアスペクト比の鋭利な端部を有する所望の三次元の刃状の特性を生成させる場合においては、材料は衝撃ジェットミル又はジェットミル処理しなければならない。衝撃ジェットミルは、高速のプロセス材料が硬化表面に衝突して粒子の破壊効果を生じさせるプロセスである。ジェットミルにおいては、対向する噴流によってプロセス材料がそれ自体に衝突して破壊効果、則ち材料に貝殻状断口を生じさせる。表面の鋭利さ、則ち刃状の端部によって得られるものによる動的混合粒子の効率性（別表１参照）。 Mineral processing technology has a history of several centuries and is highly specialized. These have the ability to separate particles by multiple methods and to form them into smaller particles. In the case where these highly specialized solid or porous materials are used to produce the desired three-dimensional blade-like properties with sharp edges with aspect ratios greater than 0.7, the materials are impact jets It must be milled or jet milled. An impact jet mill is a process in which high speed process material strikes a hardened surface to create a particle breaking effect. In a jet mill, the opposing jets cause the process material to collide with itself causing a fracture effect, i.e. a clamshell break in the material. The sharpness of the surface, ie the efficiency of the dynamically mixed particles due to what is obtained by the edge-like edge (see attached table 1)
ボールミルプロセスは、バッチプロセスで材料を転動させて所望の表面特性、例えば鋭利さを除去する。熱可塑性材料の押出において粒子として用いるためには、固体鉱物又は岩石は１０〜２０メッシュ又はそれよりも小さい粒子に精製しなければならない。これは材料を衝撃ジェットミル又はジェットミルプロセスに供給するための通常の出発点である。これは、所望の粒径を生成させるための商業的に利用でき産業界で公知の種々の方法によって行うことができる。好ましい鉱物又は岩石は、貝殻状断口を生じさせることができるものでなければならない。これによって三次元の形状を有するナイフ状の端部の効果が確保される。貝殻状断口の画像に関しては別表１を参照されたい。多孔質の鉱物又は岩石の場合においては、衝撃ジェット又はジェットミルプロセス中の衝撃によって孔が粉砕又は破壊される特性によって三次元のナイフ状の端部の形状の粒子が生成する。粗く不均一な表面は幾つかの混合用途においては十分である可能性があるが、この場合には粒子がより鋭利であるとより良好な結果が得られる。ジェットミル後の粒径に関しては別表１を参照。ガラス、セラミクス、及び金属、並びに三次元の形状及び０．７より大きいアスペクト比を有する鋭利な端部を生じさせるモーススケールによって２．５の最小硬度を満足する種々の他のタイプの材料のような合成材料を用いることができる。衝撃ジェット又はジェットミルプロセスにおいてこれらの材料を用いると、通常はシングルパスで５〜６０μｍの平均値を有する粒子が製造される。ガラスのような合成材料は、ジェットミルではなく粒子を粉砕する機械的ローラーミルを用いて０．７以上のアスペクト比を有する所望の三次元の鋭利な端部の粒子に加工することができる。これは、ジェットミルの前の原材料の小さいガラス粒子の別表の図において明確に示されている。 A ball mill process rolls material in a batch process to remove desired surface properties, such as sharpness. To be used as particles in the extrusion of thermoplastic materials, solid minerals or rocks must be refined to particles of 10-20 mesh or smaller. This is the usual starting point for feeding the material into an impact jet mill or jet mill process. This can be done by a variety of commercially available and industry known methods for producing the desired particle size. Preferred mineral or rock shall be capable of producing a shell-like cross-sectional port. This ensures the effect of the knife-like end having a three-dimensional shape. Please refer to Appendix 1 for the image of the shell-like stump . In the case of porous minerals or rocks, the properties of the holes being crushed or broken by impact in an impact jet or jet milling process produce particles in the form of three-dimensional knife-like ends. Rough and uneven surfaces may be sufficient for some mixing applications, but in this case better sharpening of the particles gives better results. See Appendix 1 for particle size after jet milling. Like glass, ceramics, and various other types of materials that meet the minimum hardness of 2.5 by the Mohs scale which produces sharp edges with a three-dimensional shape and an aspect ratio greater than 0.7 Synthetic materials can be used. Using these materials in an impact jet or jet mill process usually produces particles with an average value of 5 to 60 μm in a single pass. Synthetic materials such as glass can be processed into the desired three-dimensional sharp end particles having an aspect ratio of 0.7 or more using a mechanical roller mill that grinds the particles rather than a jet mill. This is clearly shown in the attached chart of the small glass particles of the raw material before the jet mill.
サーモプラスチックと共に通常用いられる他の充填剤材料は木質繊維である。この材料が実際に混合を向上させるかどうかを確認するためには、これにアプローチする最良の方法は、低い流動特性を有する粘度の非常に高い材料を、圧縮性で有機である高密度ポリプロピレン無機繊維木質材料と混合することである。これが重要である理由は、無機及び有機材料が混合が困難であるからである。 Another filler material commonly used with thermoplastics is wood fibres. To determine if this material actually improves mixing, the best way to approach it is to use a very high viscosity material with low flow properties, a high density polypropylene inorganic that is compressible and organic It is to mix with fiber wood material. This is important because inorganic and organic materials are difficult to mix.
木質材プラスチック複合体の押出に関連する制限ファクターは、材料が端部においてクリスマスツリー状の効果を示す「端部効果」である。幾つかの場合において、このクリスマスツリー効果は、粗い端部を生じさせる境界層効果によって引き起こされる押出機出口のダイ上でゆっくりと流れる材料の不適当な混合及び抵抗のためである。産業界においては、配合物中に潤滑剤を添加してこの問題を解決することが通常である。潤滑剤によって材料が境界層の上をより容易に流動することができ、それにより端部効果が現れるまで押出スクリューの回転数を増加させることによって処理量を増加させることができ、これによりプロセス材料の最大処理量が示される。試験手順においては、押出機スクリューの回転数によって制御された最も速い処理量の指標としてその同じ外観のものを用いた。 A limiting factor associated with the extrusion of wood-plastic composites is the "end effect" where the material exhibits a Christmas tree-like effect at the end. In some cases, this Christmas tree effect is due to improper mixing and resistance of the slowly flowing material on the extruder exit die caused by the boundary layer effect resulting in a rough end. In the industry, it is common to add a lubricant in the formulation to solve this problem. The lubricant allows the material to flow more easily over the boundary layer, which can increase throughput by increasing the number of revolutions of the extrusion screw until an end effect is manifested, which allows the process material to be processed. Maximum throughput is indicated. In the test procedure, the same appearance was used as an indicator of the fastest throughput controlled by the number of revolutions of the extruder screw.
実験１：
質量パーセントによって測定した基準配合物：
３％潤滑剤：ステアリン酸亜鉛及びエチレンビスステラミドワックス；
７％タルク：Rio TintoからのNicron 403；
４１％サーモプラスチック：０．５のＭＦＩ及び０．９５３の密度を有するＨＤＰＥ；
４９％木質充填剤：American Wood fibersから購入した商業的に分類された６０メッシュのストローブマツ。
Experiment 1:
Reference formulation measured by mass percent:
3% lubricant: zinc stearate and ethylene bis stearamide wax;
7% talc: Nicron 403 from Rio Tinto;
41% Thermoplastic: HDPE with an MFI of 0.5 and a density of 0.953;
49% Woody Filler: Commercially classified 60 mesh Strobe pine purchased from American Wood fibers.
供給する前に、直径４インチ×深さ１．５インチのドラムブレンダーを用いて材料を５分間乾燥ブレンドした。
押出機は２３Ｌ／Ｄを有する３５ｍｍの円錐形対向回転二軸であった。
Prior to feeding, the materials were dry blended for 5 minutes using a 4 inch diameter × 1.5 inch deep drum blender.
The extruder was a 35 mm conical counter-rotating two-shaft with 23 L / D.
プロセス温度は３２０°Ｆであり、これは全ての実験全体にわたって一定であった。
２つの他の材料を用い、基準配合物に加えて本発明の概念を証明した。これらの挿入硬質充填剤は次のものであった：
１．ケイ酸ナトリウムカリウムアルミニウム（黒曜石）：これは生産量を向上させ、且つ向上した添加剤に関する混合特性を生じさせるためのプラスチック流動性調整剤として用いるミクロンの粉末である。８００メッシュの固体材料。硬度５．５モーススケール硬度（Rheolite 800粉末）；及び
２．膨張パーライトは、主として建築製品、石造用断熱材、軽量コンクリート、及び食品添加剤用で用いられる天然のケイ質岩石である。５００メッシュの多孔質材料。硬度５．５モーススケール。
The process temperature was 320 ° F., which was constant throughout all experiments.
Two other materials were used to prove the inventive concept in addition to the reference formulation. These inserted hard fillers were:
1. Sodium potassium aluminum silicate (obsidian): This is a micron powder used as a plastic flow modifier to improve production and to produce mixing characteristics with improved additives. 800 mesh solid material. Hardness 5.5 Mohs scale Hardness (Rheolite 800 powder); Expanded perlite is a natural siliceous rock primarily used for building products, thermal insulation for masonry, lightweight concrete, and food additives. Porous material of 500 mesh. Hardness 5.5 Mohs scale.
実験２：
端部効果が現れる前の基準材料の最大処理量：
ｒｐｍ１９＝１３．１３。
Experiment 2:
Maximum throughput of reference material before end effects appear:
rpm 19 = 13.13.
ナトリウムカリウムアルミニウム粉末を用いる端部効果前の最大処理量：
０．５％、２２ｒｐｍ＝１５．７５に等しい。１９．９％又は約２０％の処理量の全増分。
Maximum throughput before end effect using sodium potassium aluminum powder:
0.5%, equal to 22 rpm = 15.75. 19.9% or about 20% total increase in throughput.
１％、２２ｒｐｍ＝１９．５、４８．５％の処理量の全増分。
押出に対するパーライト添加剤の効果：
端部効果が現れる前の基準材料の最大処理量：
ｒｐｍ１９＝１３．１３。
1%, 22 rpm = 19.5, 48.5% of the total increase in throughput.
Effect of perlite additive on extrusion:
Maximum throughput of reference material before end effects appear:
rpm 19 = 13.13.
実験３：
パーライトを用いた最大処理量：
実験３の結果は図２において見ることができる。
Experiment 3:
Maximum throughput using perlite:
The results of Experiment 3 can be seen in FIG.
８％、ｒｐｍ４５＝２１．１３、６０．９％の処理量の全増分。
１６％、ｒｐｍ４５＝２１．１３、４４．７％の処理量の全増分。
２５％、ｒｐｍ４５＝２１．１３、５．３３％の処理量の全増分。
8%, rpm 45 = 21.13, 60.9% total throughput increment.
16%, rpm 45 = 21.13, 44.7% total throughput increase.
25%, rpm 45 = 21.13, 5.33% total throughput increase.
３３％、ｒｐｍ４５＝２１．１３、１６．１の処理量の全増分。
高割合のパーライトを選択した理由は、この材料がただの充填剤である可能性を取り除くためであった。境界層と相互作用する三次元ナイフ刃状粒子の端部効果は、３３％においても未だ基準材料よりも１６％大きい向上を示した。この材料の処理量はより高い可能
性があったが、押出機の回転数の制限が４５ｒｐｍであり、材料は手作業で供給した。これは、我々がかかる軽量の材料を始めて供給する困難性のために２５％において処理量が減少すると考えたからであるが、３３％に到達する前にはこれを解明した。
33%, rpm 45 = 21.13, 16.1 total increase in throughput.
The reason for choosing a high percentage of perlite was to remove the possibility that this material was just a filler. The end effect of the three-dimensional knife blade-like particles interacting with the boundary layer still showed an improvement of 16% over the reference material at 33%. The throughput of this material could have been higher, but the extruder speed limit was 45 rpm and the material was supplied manually. This is because we thought that the throughput would be reduced at 25% due to the difficulty of supplying such lightweight materials for the first time, but we solved this before reaching 33%.
実験４：
処理量に対する木質材の効果：
実験４の結果は図４において見ることができる。
Experiment 4:
Effect of wood on throughput:
The results of Experiment 4 can be seen in FIG.
端部効果が現れる前の基準材料の最大処理量：
ｒｐｍ２５＝１７．６８。
パーライトの濃度は２％の出発点で一定に保持した。
Maximum throughput of reference material before end effects appear:
rpm 25 = 17.68.
The concentration of perlite was kept constant at the 2% starting point.
５２％ｒｐｍ４５＝２７．６０、６０．９％の処理量の全増分。
５９％、ｒｐｍ４５＝２６．２５、４８．７％の処理量の全増分。
６４％、ｒｐｍ４５＝１７．００、３６％の処理量の全増分。
52% rpm 45 = 27.60, 60.9% total throughput increase.
59%, rpm 45 = 26.25, total increment of 48.7% throughput.
64%, rpm 45 = 17.00, 36% full throughput increment.
６９％、ｒｐｍ４５＝２４．３３、３７％の処理量の全増分。
７４％、ｒｐｍ３０＝１９．４６、１０％の処理量の全増分。
この試験を選択した理由は、無機材料中への軽量有機充填剤の装填量が増加し、端部効果が速やかに現れるからである。７４％（この時点で回転数を３０に減少させて端部効果を抑止しなければならなかった）までは回転数は最大であったので、再び到達する最大処理量は存在しなかった。圧縮性の繊維は、押出プロセス中において境界層に沿って箒で掃くように作用する。木質繊維は圧縮繊維であり、その密度は壁に対して押出した後に０．０４ｇ／ｃｍから１．２ｇ／ｃｍになり、これはこれらの硬質粒子を境界層内に封入し、それらを永久的に除去する能力を有する。それらを圧縮にかけて押し流す際においても、この材料によって材料中に安息していないより柔軟な材料を切断することができることが、ブレードを有する三次元粒子形状の効果である。
69%, rpm 45 = 24.33, 37% total throughput increase.
74%, rpm 30 = 19.46, 10% full throughput increment.
The reason for choosing this test is that the loading of the light weight organic filler into the inorganic material increases and the edge effect appears quickly. There was no maximum throughput to be reached again, as the rotation speed was at a maximum until 74% (at this point the rotation speed had to be reduced to 30 to suppress the end effect). The compressible fibers act to sweep along the boundary layer during the extrusion process. Wood fibers are compressed fibers whose density after extrusion against the wall goes from 0.04 g / cm to 1.2 g / cm, which encapsulates these hard particles in the boundary layer and makes them permanent Have the ability to It is the effect of the three-dimensional particle shape with the blade that it is possible to cut more flexible material which is not contained in the material by means of this material, even when pressing them down under compression.
この材料は境界層中で作用し、自己洗浄することが確認された。実験の１日目において、我々はグラフによって示される順番で材料を流した。実験の２日目においては、木質充填剤の実験の前に、同等の条件、材料、及び天候下で基準材料が処理量の大きな増加を示した。 This material has been found to work in the boundary layer and self-clean. On the first day of the experiment we flowed the materials in the order shown by the graph. On the second day of the experiment, the reference material showed a large increase in throughput under comparable conditions, materials and weather prior to the wood filler experiment.
１日目においては、端部効果が現れる前に基準材料の最大処理量が得られた。
ｒｐｍ１９＝１３．１３。
２日目においては、端部効果が現れる前に基準材料の最大処理量が得られた。
On day one, maximum throughput of reference material was obtained before the end effect appeared.
rpm 19 = 13.13.
On the second day, the maximum throughput of reference material was obtained before the end effect appeared.
ｒｐｍ２５＝１７．６８、３４．６％の全増分。
これは、１日目から装置の内部を高濃度のパーライトで研磨してそれ自体で境界層の洗浄を与えることによって引き起こされた。研磨した表面上の抗力によって引き起こされる摩擦係数はより小さいので、境界層は減少するか又はより薄くなるので、この研磨した表面は２日目においては動的境界層混合実験に悪影響を与えた。材料の鋭利な刃状の端部を有する三次元形状によって、境界層の厚さが変化して連続的な圧縮によって押出プロセスの動的混合が強制的に行われる場合においても、優れた動的回転能力が与えられることが暗示される。
rpm 25 = 17.68, 34.6% full increment.
This was caused from the first day by polishing the interior of the device with a high concentration of pearlite to provide boundary layer cleaning on its own. This polished surface adversely affected the dynamic boundary layer mixing experiments on day two, as the boundary layer diminishes or becomes thinner because the coefficient of friction caused by the drag on the polished surface is smaller. The three-dimensional shape with sharp edges of the material results in excellent dynamic, even when the boundary layer thickness changes and dynamic compression of the extrusion process is forced by continuous compression. It is implied that the ability to rotate is given.
境界層の動的混合粒子は、種々の方法で産業全体にわたって導入することができる。例えば、プラスチック市場においては、
・粒子をプラスチック製造者からのペレット形態中に含ませて、生産増大プラスチックとして販売することができる。
Boundary layer dynamic mixing particles can be introduced throughout the industry in a variety of ways. For example, in the plastic market
The particles can be included in pellet form from a plastic manufacturer and sold as production augmented plastic.
・粒子を顔料供給者による着色ペレット中に含ませて、迅速分散ペレット化顔料として販売することができる。
・粒子を無機又は有機の充填剤と共にペレット化して含ませて、自己湿潤性充填剤として販売することができる。
The particles can be included in pigmented pellets by the pigment supplier and sold as fast dispersing pelletized pigments.
The particles can be pelletized with inorganic or organic fillers and included and sold as self-wetting fillers.
・粒子を乾燥粉末中に含ませて、難燃剤、殺菌剤、及び充填剤等のような自己湿潤性粉末として販売することができる。
・粒子を、液体顔料、可塑剤、ＵＶ安定剤、発泡剤、及び潤滑剤等のための分配剤として液体中に含ませることができる。
The particles can be included in dry powders and sold as self-wetting powders such as flame retardants, bactericides, fillers and the like.
The particles can be included in the liquid as a distribution agent for liquid pigments, plasticizers, UV stabilizers, blowing agents, lubricants etc.
境界層の動的混合粒子は、塗料産業によって利用することができる。
・粒子を塗料中に含ませて、顔料、可塑剤、殺菌剤、ＵＶ安定剤、難燃剤等の分散特性を向上させることができる。
Dynamic mixing particles of the boundary layer can be utilized by the paint industry.
Particles can be included in the coating to improve the dispersion properties of pigments, plasticizers, bactericides, UV stabilizers, flame retardants etc.
・粒子を塗料販売店において見られる注文混合所において顔料中に含ませて、良好な混合及び分散特性混合によってより少ない材料を分配して同じ色を生成させることを促進させることができる。 The particles can be included in the pigment at a custom mixing station found in paint dealers to promote the distribution of less material and the production of the same color with good mixing and dispersion characteristics mixing.
・粒子を添加剤製造者からの乾燥粉末中に含ませて、難燃剤、充填剤等の分散を促進させることができる。
・粒子をスプレー缶中に含ませて、壁に沿った混合を増加させて境界層混合を促進させることができる。
The particles can be included in the dry powder from the additive manufacturer to facilitate the dispersion of the flame retardant, filler, etc.
The particles can be included in the spray can to increase mixing along the wall to promote boundary layer mixing.
・粒子を２成分混合材料中に含ませて、ウレタン、尿素、及びエポキシ等のより良好な表面領域混合又は境界層及び液−液界面境界層混合を促進させることができる。
・粒子を、化学洗浄剤を用いる連続再循環による洗浄スプレー装置のために用いる潤滑剤パッケージ中に含ませることができる。
The particles can be included in a two-component mixed material to promote better surface area mixing or boundary layers and liquid-liquid interface boundary layer mixing of urethane, urea, epoxy, etc.
The particles can be included in a lubricant package used for a cleaning spray device by continuous recirculation with a chemical cleaner.
境界層の動的混合粒子は、潤滑産業によって利用することができる。
これは固体粒子であるので、粒子をオイル中に含ませて、この添加剤に対する温度の低下を起こさずに良好な湿潤を生じさせる境界層摩擦区域を低下させることによって、表面の周りのより良好な流動を促進させることができる。このオイルとしては、自動車、船舶、飛行機、自転車の内部オイル及び外部オイル等が挙げられる。
The dynamic mixing particles of the boundary layer can be utilized by the lubrication industry.
Since this is a solid particle, better inclusion around the surface by reducing the boundary layer friction area that causes the particles to be included in the oil to provide good wetting without causing a decrease in temperature for this additive. Flow can be promoted. As this oil, internal oil, external oil, etc. of a car, a ship, a plane, and a bicycle are mentioned.
粒子を家庭全体の洗浄のためのオイル中に含ませて、層がより薄いので時間と共にあまり粘着性になりそうにないより薄い層としてより均一にオイルを展開させることができる。 The particles can be included in the oil for household-wide cleaning to allow the oil to spread more uniformly as a thinner layer that is less likely to become tacky over time as the layer is thinner.
境界層は圧力を加えると動的移動性で動くので、粒子を全てのタイプのブレーキオイル、作動液中に含ませて、流体の動きに対するより良好な応答を生じさせることができる。
粒子を燃料添加剤中に含ませて、粒子が未だ洗浄効果を有する箇所である排気管などの燃焼の全流路全体にわたる境界層に対する粒子の相互作用によって、燃料中のより良好な分配、並びに自己洗浄作用を促進させることができる。
Because the boundary layer moves with dynamic mobility as pressure is applied, particles can be included in all types of brake oil, hydraulic fluid to produce a better response to fluid movement.
Better distribution in the fuel by the interaction of the particles with the boundary layer throughout the entire flow path of the combustion, where the particles are included in the fuel additive and where the particles still have a cleaning effect, as well as better distribution in the fuel, and It can promote self-cleaning action.
粒子を潤滑剤及び分配剤として精油所から直接加えることができる。粒子は、自動車の潤滑効果及びシステムの洗浄を促進するだけでなく、境界層中でのスラッジタイプの材料の残渣の蓄積のために、粒子によってガソリンポンプの寿命も増加する。 The particles can be added directly from the refinery as lubricants and distributors. The particles not only promote the lubricating effect of the motor vehicle and the cleaning of the system, but also increase the life of the gasoline pump by the particles due to the accumulation of sludge type material residue in the boundary layer.
境界層の動的混合粒子を利用して流動特性を向上させることができる。パイプ、ポンプ
システム、及び／又はプロセス装置を通って流れる殆どの液体材料は、表面形状にかかわらず抗力係数に基づく境界層効果を受け、本発明の技術によって自己洗浄効果と共に動的境界層混合を促進させることによって抗力を減少させることができる。これにより、パイプ及びプロセス装置を最適のレベルで機能させることができる。
Dynamic mixing particles in the boundary layer can be used to improve flow characteristics. Most liquid materials flowing through pipes, pump systems, and / or process equipment are subject to boundary layer effects based on drag coefficient regardless of surface shape and dynamic boundary layer mixing with self-cleaning effects by the techniques of the present invention By promoting it, the drag can be reduced. This allows the pipes and process equipment to function at an optimal level.
境界層の動的混合粒子を利用して熱伝達を増加させることができる。境界層は動的に動くので、これはもはや停滞流体熱伝達区域ではなく、これにより両側での熱伝達特性が増加する。ここで、停滞境界層は流体対流体及び流体対表面の一方だけではなく両側で強制対流に変化する。 Dynamic mixing particles in the boundary layer can be used to increase heat transfer. Because the boundary layer moves dynamically, it is no longer a stagnant fluid heat transfer area, which increases the heat transfer characteristics on both sides. Here, the stagnant boundary layer changes to forced convection on both sides of not only one of fluid-to-fluid and fluid-to-surface.
境界層の動的混合粒子は、食品、医薬、及び農業産業によって利用することができる。粒子の選択は食品及び医薬によって承認されることができるので、プラントを通して食品をその包装中に加工することを増強することができ、プロセス装置によって材料をより十分に混合することができる。 The dynamic mixed particles of the boundary layer can be utilized by the food, pharmaceutical and agricultural industries. Since the choice of particles can be approved by the food and medicine, processing of the food into its packaging through the plant can be enhanced and the materials can be more thoroughly mixed by the process equipment.
したがって、本発明は目的の実行に良く適合しており、上記で言及した目標及び有利性並びにそれに固有のものを達成する。本発明を開示する目的で現在好ましい態様を記載したが、多くの変更及び修正は当業者には明らかである。かかる変更及び修正は、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神に包含される。 Accordingly, the present invention is well adapted to the practice of the objects and achieves the goals and advantages mentioned above as well as those inherent therein. While the presently preferred embodiments have been described for the purpose of disclosing the invention, many alterations and modifications will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications are included in the spirit of the invention as defined by the claims.
［１］
流体；及び
該流体中に分散されており、非線形粘度区域内における動的境界層混合を促進するために０．７より大きなアスペクト比を有する鋭利な刃状の表面を有する粒子を含む材料；
を含む組成物。
［２］
該流体中に分散している添加剤を更に含む、前記１に記載の組成物。
［３］
該流体がサーモポリマー材料である、前記１に記載の組成物。
［４」
該粒子が２．５より大きいモース硬度値を有する、前記１に記載の組成物。
［５］
該粒子の鋭利な刃状の表面が、混合操作中に該サーモポリマー材料のポリマーを破砕及び切断するような寸法にされている、前記３に記載の組成物。
［６］
該粒子が、流体が該粒子の周りを流動するにつれて該流体を変形させるのに十分な硬度を有していて、それにより粒子の転動及び回転効果によって動的混合が促進される、前記１に記載の組成物。
［７］
該粒子が主として該流体の境界層中に残留する寸法のものであり、該粒子が、境界層に対して適当な寸法を有していて、動的回転を生じさせ、それによって該境界層中での混合を生じさせるために、該境界層の上を流動する流体の力によって該粒子の回転又は転動が引き起こされるようになっている、前記１に記載の組成物。
［８］
該粒子が動的混合による該流体の境界層の再生を促進する、前記１に記載の組成物。
［９］
該材料が、多孔質材料、合成材料、及び天然鉱物からなる群から選択される、前記１に記載の組成物。
［１０］
流体を押出機中に供給し；
該押出機中に添加剤を供給し；
鋭利な刃状の表面を有していて０．７より大きなアスペクト比を有する粒子を含む材料を該押出機中に供給し；
該材料を該押出機内の混合区域に通して流体内に材料を分散させ、該材料を該流体の境界層に移動させて該流体内での該添加剤の動的混合を促進し、ここで該動的混合は非線形粘度区域内で起こる；
ことを含む、流体を押出す方法。
［１１］
該流体が熱可塑性材料である、前記１０に記載の方法。
［１２］
該添加剤が充填剤である、前記１０に記載の方法。
［１３］
該添加剤が顔料である、前記１０に記載の方法。
［１４］
該添加剤が繊維である、前記１０に記載の方法。
［１５］
該押出機中に該材料を供給する工程の前に、ジェットミルプロセスによる貝殻状破砕法を用いて該材料を形成する；
工程を更に含む、前記１０に記載の方法。
［１６］
該押出機内の混合区域に該材料を通す工程が、該境界層において見られるような大表面積に沿って回転する該材料の該粒子によって生じる破砕及び切断効果によって該熱可塑性材料を混合することを含み、該表面の該熱可塑性材料流体の流動形状が、該表面上を流動する該流体によって生じる該粒子の動的転動によって該粒子が該材料に衝突する連続接触である、前記１１に記載の方法。
［１７］
該流体が移動する該表面上での動的混合中の転動による連続硬質粒子相互作用による動的混合の工程によって、成形型を含む押出機の固定及び可動機械部品の大部分上の境界層を自己洗浄する；
工程を更に含む、前記１０に記載の方法。
［１８］
該動的混合工程が、境界層表面に沿って該粒子を粒子回転又は転動させることを含む、前記１０に記載の方法。
［１９］
該材料が、固体材料、多孔質材料、合成材料、天然鉱物からなる群から選択される、前記１０に記載の方法。
［２０］
流体を部材中に供給し；
鋭利な刃状の表面を有していて０．７より大きなアスペクト比を有する粒子を含む材料を該部材中に供給し；
該流体内に材料を分散させ、該材料を該流体の境界層に移動させて該流体内での動的混合を促進し、ここで該動的混合は非線形粘度区域内で起こって、境界層内での抗力によって減少した摩擦係数が得られる；
ことを含む、流体の部材を通る流動を増加させる方法。
［２１］
該部材が、開放端シングルパス又は再循環操作のための連続パスである接続を有するポンプ又はプロセス装置である、前記２０に記載の方法。
［２２］
該流体が充填されている、前記２０に記載の方法。
［２３］
該流体が非充填である、請求項２０に記載の方法。
[1]
A fluid; and a material comprising particles dispersed in said fluid and having sharp edged surfaces having an aspect ratio greater than 0.7 to promote dynamic boundary layer mixing in the non-linear viscosity zone;
A composition comprising:
[2]
The composition according to claim 1, further comprising an additive dispersed in the fluid.
[3]
The composition according to claim 1, wherein the fluid is a thermopolymer material.
[4]
The composition according to claim 1, wherein the particles have a Mohs hardness value greater than 2.5.
[5]
The composition according to claim 3, wherein the sharp edged surface of the particles is dimensioned to fracture and cut the polymer of the thermopolymeric material during the mixing operation.
[6]
The particles have a hardness sufficient to deform the fluid as it flows around the particles, whereby the rolling and rotating effects of the particles promote dynamic mixing; The composition as described in.
[7]
The particles are of a size that remains primarily in the boundary layer of the fluid, and the particles have appropriate dimensions relative to the boundary layer to cause dynamic rotation, thereby causing the boundary layer to The composition according to claim 1, wherein the rotation or tumbling of the particles is caused by the force of the fluid flowing over the boundary layer to cause the mixing in.
[8]
The composition according to claim 1, wherein the particles promote regeneration of the boundary layer of the fluid by dynamic mixing.
[9]
The composition according to claim 1, wherein the material is selected from the group consisting of porous materials, synthetic materials, and natural minerals.
[10]
Feed fluid into the extruder;
Feeding the additive into the extruder;
Feeding into the extruder a material comprising particles having a sharp edged surface and an aspect ratio greater than 0.7;
The material is dispersed into the fluid through the mixing zone in the extruder and the material is transferred to the boundary layer of the fluid to promote dynamic mixing of the additive in the fluid, where Said dynamic mixing occurs in the non-linear viscosity zone;
A method of extruding fluid, including:
[11]
The method according to claim 10, wherein the fluid is a thermoplastic material.
[12]
The method according to claim 10, wherein the additive is a filler.
[13]
The method according to claim 10, wherein the additive is a pigment.
[14]
The method according to above 10, wherein the additive is a fiber.
[15]
Prior to the step of feeding the material into the extruder, the material is formed using a shell-like crushing method by a jet mill process;
The method according to claim 10, further comprising a step.
[16]
Passing the material through the mixing zone in the extruder mixes the thermoplastic material by the crushing and cutting effect caused by the particles of the material rotating along the high surface area as found in the boundary layer. 11. The method according to 11, wherein the flow shape of the thermoplastic material fluid on the surface is a continuous contact in which the particles collide with the material by dynamic rolling of the particles caused by the fluid flowing on the surface. the method of.
[17]
Boundary layer on most of fixed and movable mechanical parts of extruders including molds by the process of dynamic mixing by continuous hard particle interaction by rolling during dynamic mixing on the surface to which the fluid moves To self-clean;
The method according to claim 10, further comprising a step.
[18]
The method according to claim 10, wherein the dynamic mixing step comprises rotating or rolling the particles along the boundary layer surface.
[19]
The method according to claim 10, wherein the material is selected from the group consisting of solid materials, porous materials, synthetic materials, natural minerals.
[20]
Supplying fluid into the member;
Feeding into the member a material comprising particles having a sharp edged surface and an aspect ratio greater than 0.7;
Dispersing the material in the fluid and moving the material to the boundary layer of the fluid to promote dynamic mixing in the fluid, where the dynamic mixing occurs in the non-linear viscosity area, the boundary layer Within the drag force a reduced coefficient of friction is obtained;
A method of increasing fluid flow through a member, including:
[21]
The method according to claim 20, wherein the member is a pump or process device having a connection that is an open ended single pass or a continuous pass for recirculation operation.
[22]
The method according to claim 20, wherein the fluid is filled.
[23]
21. The method of claim 20, wherein the fluid is unfilled.
Claims (27)
流体を機械プロセス装置中に供給し；ここで、当該機械プロセス装置を通る前記流体の処理量を測定し；前記流体が前記機械プロセス装置を通過するとき該機械プロセス装置のモーターの第１モーター出力を測定し；
前記機械プロセス装置中に粒子を供給し、当該粒子は貝殻状断口を有し、かつ２．５を超えるモース硬度を有し；
前記機械プロセス装置を通過する前記流体および粒子の処理量を測定し；前記流体および前記粒子が前記機械プロセス装置を通過するとき前記モーターの第２モーター出力を測定し；前記流体の前記処理量を前記流体および前記粒子の前記処理量と比較し、ならびに前記第１モーター出力を前記第２モーター出力とを比較して、前記粒子が、前記機械プロセス装置の機械表面上の摩擦を減少させる前記流体の境界層中の動的混合を容易にするか否かを決定し；
前記機械プロセス装置中に供給される前記粒子の寸法を選択して、増加した処理量および減少したモーター出力の一方を促進する、
工程を含む前記方法。 A method of increasing fluid flow through a mechanical process device comprising the steps of:
A fluid is supplied into the mechanical process unit; wherein the throughput of the fluid through the mechanical process unit is measured; a first motor output of a motor of the mechanical process unit as the fluid passes through the mechanical process unit Measure;
The machine process particles is supplied to the apparatus, the particles have a shell-like cross-sectional port, and has a Mohs hardness of greater than 2.5;
Measuring the throughput of said fluid and particles passing through said mechanical process device ; measuring a second motor output of said motor as said fluid and said particles pass through said mechanical process device; said throughput of said fluid The fluid wherein the particles reduce friction on the machine surface of the machine process device , comparing the throughput of the fluid and the particles, and comparing the first motor output to the second motor output. Determine whether to facilitate dynamic mixing in the boundary layer of
Select the size of the particles supplied in the machine process equipment to promote one of increased throughput and reduced motor power
Said method comprising the steps.
もみ殻とサトウキビ繊維と麦藁とから選択される農業廃棄物繊維、ガラスミクロ球状体、セラミックミクロ球状体、パーライト、ケイ酸ナトリウムカリウムアルミニウム、タルク、石膏、方解石、蛍石、リン灰石、正長石、石英、黄玉、鋼玉、並びにダイアモンドよりなる群から選択される充填剤を含む、請求項１に記載の方法。 The fluid is
Agricultural waste fiber selected from rice husk, sugar cane fiber and wheat straw, glass microspheroid, ceramic microspheroid, perlite, sodium potassium aluminum silicate, talc, gypsum, calcite, fluorite, apatite, orthoclase The method according to claim 1, comprising a filler selected from the group consisting of quartz, yellow beads, steel balls, and diamonds .
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