JPH0615193B2 - 熱硬化性樹脂の押出成形方法及び装置 - Google Patents

熱硬化性樹脂の押出成形方法及び装置

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JPH0615193B2 JP58208298A JP20829883A JPH0615193B2 JP H0615193 B2 JPH0615193 B2 JP H0615193B2 JP 58208298 A JP58208298 A JP 58208298A JP 20829883 A JP20829883 A JP 20829883A JP H0615193 B2 JPH0615193 B2 JP H0615193B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱硬化性樹脂の新規な押出成形方法及び装置に
関する。
詳しくは、優れた難燃性、耐熱性等を有するため、建築
分野、電気、電子分野等において広く用いられる熱硬化
性樹脂からなる成形物を高品質に、しかも生産性良く押
出成形する方法及び装置に関する。
〔従来の技術〕
熱硬化性樹脂の成形方法としては圧縮成形法、トランス
ファー成形法、射出成形法および押出成形法が知られ、
夫々の成形方法に適合した装置が用いられている。
これらの熱硬化性樹脂の成形方法のうち、押出成形方法
としてはプランジャー押出法が一般的であり、丸棒やパ
イプなどの単純な形状の長尺押出製品が生産されてい
る。しかしながらプランジャー押出成形法に於いては、
金型部における押出圧が高く、しかも間欠押出であるた
め均一な成形品を得ることが困難であり生産性も低い。
かかる事情から、所謂スクリュー型押出成形法を用いる
成形法が開発され、例えば、特公昭46-22595号公報に
は、その方法に用いられる押出装置が開示されている。
該装置を用いる方法は、押出機内で混練溶融された熱硬
化性樹脂を、アダプターを通じて金型内へ導き最終形状
に賦形する成形方法である。しかしながらこの様な成形
方法では、樹脂流路が複雑に変化し、僅かな温度や圧力
の差で熱硬化反応が急激に進行したり、滞留に発生によ
って局部的に硬化反応が進行したりすることにより、連
続して安定な成形を行うことが困難であった。
また、この種の方法ではマンドレルを支持するスパイダ
ー部の存在によるスパイダーマーク或いはそれによるウ
エルド部分に起因する品質上の障害を回避することはで
きなかった。さらに、押出圧力を成形材料に大じて適度
に調節し、均一な品質を有する成形物を安定して製造す
ることが困難であった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上記の問題を解決し、押出成形中の局
部的な硬化反応を防止し、かつ、押出圧力を成形材料に
応じて適度に調節することにより、均一な品質を有する
成形物を生産性よく製造する方法およびその装置を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、上記しな問題点の解決について種々検討
を重ねた結果、一定の内径を有するシリンダー、及び、
特定の形状を有するスクリューを使用して、熱硬化性樹
脂をスクリュー先端部の平滑部とシリンダーとの間隙に
於いて押出後自己形状を保持できる程度にまで賦形する
ことにより、均一な品質を有する成形物を連続的に生産
性良く整形し得ることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明の第一の態様は、一定の内径を有するシリ
ンダー、および、計量部の全部または一部がスクリュー
軸方向に対し１０００分の１〜１０００分の３０の傾斜
角を有し、かつ先端部に平滑部を有するスクリューを備
えた押出機を使用し、該スクリューの平滑部とその部位
のシリンダーとの間隙において、押出後自己形状を保持
できる程度にまで管状に賦形した後、シリンダー先端よ
り連続して押し出すことを特徴とするフェノール樹脂、
メラミン樹脂、尿素樹脂またはエポキシ樹脂の押出成形
方法である。
また、本発明の第二の態様は、スクリューの供給部、圧
縮部および計量部に対応するシリンダーの各部に温度制
御機構を有する押出成形装置において、該押出成形装置
が、(1)一定の内径を有するシリンダー、および(2)計量
部の全部または一部がスクリュー軸方向に対し１０００
分の１〜１０００分の３０の傾斜角を有し、かつ先端部
に平滑部を有するスクリューを備え、該スクリューの平
滑部とその部位のシリンダーとの間隙において硬化反応
を促進させ、押出後自己形状を保持できる程度にまで管
状に賦形硬化させた後、シリンダー先端より連続して押
し出すことを特徴とするフェノール樹脂、メラミン樹
脂、尿素樹脂またはエポキシ樹脂の押出成形装置であ
る。
本発明に用いられる熱硬化性樹脂としては、フェノール
樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アリル樹脂、キシレ
ン樹脂、アニリン樹脂等が挙げられる。好ましくは、フ
ェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂またはエポキシ
樹脂であるが、そのなかでもフェノール樹脂およびメラ
ミン樹脂の成形に好適である。
而してこれらの熱硬化性樹脂には必要に応じて熱硬化性
樹脂の成形において一般に用いられる充填剤、離型剤、
増粘剤、着色剤、分散剤、発泡剤、あるいはまた重合開
始剤、硬化促進剤、重合禁止剤などを添加することでき
る。また更に多種のポリマーあるいは有機または無機の
繊維状物、例えば硝子繊維等を加えることもできる。
本発明の特徴は押出機のスクリューの先端部の構造にあ
り、特に先端部に平滑部を有し、かつ、計量部の全部ま
たは一部に軸方向に対し特定の傾斜角を有するするスク
リューを使用して、該平滑部とシリンダーとの間隙にお
いて樹脂を硬化、賦形した後、シリンダー先端より連続
して押出す点にある。
使用される押出装置としては、単軸スクリュー押出装置
のみならず、二軸スクリューあるいは多軸スクリュー押
出装置であっても先端部が最終的に単軸に集約される押
出装置のいずれも使用できる。
本発明に使用できるこれらの押出機の内部構造として、
押出機の供給部から先端の計量部に至る間に脱気孔を設
けたり、特殊な混練構造を設けることは何ら差し支えな
い。またフライトを多条にしたり、ピッチを変化させる
こともなんら差し支えない。
本発明に使用されるスクリューの代表的なものは、第１
図に示す様に先端部に平滑部４を有するスクリュー（以
下、特殊スクリューと略称する）であり、このスクリュ
ーは、例えば、供給部１、圧縮部２、計量部３よりな
る。平滑部４は第１図の様に供給部の終了したところか
ら、また第２図の様に圧縮部の終了したところからある
いは第３図の様に計量部の途中から始まる様な型式でも
よい。
また、平滑部４のスクリュー径は、フライトを有する部
位のスクリュー底部の径とは別個に所望する成形品の内
径に合わせて拡大または縮小して調整することができ
る。平滑部４の部位のシリンダーの内径は、成形品の外
径に合わせて拡大または縮小して調整することができ
る。平滑部４の部位のシリンダーの内径は、成形品の外
径に合わせて拡大または縮小して調整することができる
が、樹脂の滞留を防止するためには、他の部位のシリン
ダーの内径と同一とすることが好ましい。
而してこの計量部のスクリュー表面の全部又は一部は、
スクリュー軸方向に対し傾斜角を有するものであり、傾
斜角は通常１０００分の１乃至１０００分の３０、好ま
しくは１０００分の１乃至１０００分の１０の範囲から
適宜選択することができる。
本発明に使用される特殊スクリューのＬ／Ｄは、通常７
〜４０、好ましくは１０〜３５、更に好ましくは１５〜
２５、圧縮比は１．０〜５．０、好ましくは１．２〜
４．０、更に好ましくは１．５〜３．０、スクリュー先
端部の平滑部の長さは１Ｄ〜１５Ｄ、好ましくは２Ｄ〜
１０Ｄ、更に好ましくは２Ｄ〜７Ｄの範囲から適宜選択
することができる。
先端に平滑部の無い通常のフルフライトスクリューでは
パイプ状の成形品は得られず、ラセン状の成形品が得ら
れるのみである。更に平滑部の長さが１Ｄ未満の場合
は、押出後得られる成形品に変形が生じ連続的に良好な
成形品を得ることが困難である。また平滑部の長さが１
５Ｄ以上となる場合は、成形圧力が大きくなり、押出後
のへ機械強度の点からも実用的でない。
スクリューの圧縮比と平滑部の長さは、平滑部のスクリ
ューとシリンダーとの間隙、換言すれば成形品の肉厚、
押出速度及び使用する材料の特性等の組合せによって種
々の制限を受ける。而してスクリューの圧縮比と平滑部
の長さは、それらが大きい程あるいは小さい程、背圧付
与機能が大きくあるいは小さい。
背圧が大きすぎるとフライトを有する部分で過度の混練
が起り、その結果として材料の過度の発熱と硬化が起る
ので好ましくない。一方、背圧が小さすぎると材料の圧
縮充填及び混練が不充分となるので同様に好ましくな
い。適度な背圧が材料の圧縮充填と適度な混練のために
必要である。即ち、安定した押出と良好な製品を得るた
めは適度のスクリューの圧縮比と平滑部の長さが要求さ
れる。
そして平滑部のスクリューとシリンダーの間隙が大きい
程あるいは小さい程、押出速度が小さい程あるいは大き
い程、使用する材料の粘度が小さい程あるいは大きい
程、また使用する材料の硬化速度が小さい程あるいは大
きい程、スクリューの圧縮比と平滑部の長さは大きくあ
るいは小さくする必要がある。
計量部のスクリュー表面の全部または一部にスクリュー
軸方向に対し傾斜角をもたせることは、計量部に於ける
スクリューやシリンダーと樹脂との間の摩擦抵抗を減少
させる効果或いは樹脂の圧縮圧着効果を有する。
即ち、例えば、スクリュー径が先端に向って小さくなる
方向にスクリュー表面に傾斜を持たせることは、スクリ
ューと樹脂との間の摩擦抵抗を減らすことが可能とな
り、その結果溶融樹脂に対し過大な圧力がかかる場合な
どにその圧力を減少させる効果を有する。
その傾斜角は通常１０００分の１乃至１０００分の３０
の範囲でよく、１０００分の１未満では傾斜のない場合
と効果が変らない。また、１０００分の３０を越す場合
はスクリューと樹脂の接触が短い距離に限られるのでそ
の必要はない。
また、例えばスクリュー径が先端に向って大きくなる方
向にスクリュー表面に傾斜をもたせることは樹脂に対し
圧縮圧着効果を向上させる効果を有する。その傾斜角は
１０００分の１乃至１０００分の３０の範囲で良く、１
０００分の１未満では傾斜のない場合と効果が変らず、
また計量部の全部にわたってその傾斜角が１０００分の
３０を越す場合には圧縮効果が過大になり、その結果、
樹脂圧力が過大になるので好ましくない。また計量部の
一部の傾斜角が１０００分の３０を越す場合も圧縮部の
一変形とみなされる。
本発明の方法を実施するにあたって、押出機角部の温度
設定は、使用する材料の特性やスクリューの圧縮比、ス
クリュー平滑部とシリンダーとの間隙の大小、平滑部の
長さ、押出速度等の組合せにより当然変るが、スクリュ
ーの圧縮部、計量部及び平滑部に対応するシリンダー部
位の温度設定は通常５０〜２００℃、好ましくは６０〜
１５０℃の範囲である。
而して、設定温度が５０℃以下の場合は、樹脂の硬化反
応が充分に進行しないため良好な成形品は得難い傾向が
あり、一方２００℃までの温度において通常用いられる
熱硬化性樹脂は充分に熱硬化するのでそれ以上の温度に
する必要はない。
また、本発明のスクリュー型押出成形装置は、かかる設
定温度で成形し得るように、シリンダー各部に温度検出
装置、所定の熱容量の熱供給装置および必要に応じて冷
却装置等を備えた温度制御機構を設置する。この温度制
御機構の種類には特に制限がなく、熱硬化性樹脂の通常
の押出成形機に用いられるもので差支えない。
例えば、温度検出装置として熱電対式温度計が例示さ
れ、熱供給装置として所定の発熱量を有する電気式加熱
器（ヒーター）が例示され、また、冷却装置装置として
空冷装置または水等の循環装置が例示される。
温度制御方法としてシリンダーの温度が設定温度より低
下した場合は、電気式加熱器に供給する電流量を増加し
加熱を強化する、逆に設定温度より高くなった場合は、
該電流量を減少させるか、または、シリンダーのジャケ
ットに水等の冷却媒を循環するか、シリンダーの外部を
空冷する等して、シリンダー各部をそれぞれ所定の設定
温度に制御する方法が例示される。
本発明のスクリュー型押出成形装置においては、スクリ
ュー平滑部とその部位のシリンダーとの間隙において樹
脂の硬化反応が促進され、少なくとも押出後成形品が自
己形状を保持できる程度にまで硬化反応が進められ、且
つこの間において最終成形品または殆どそれに近似する
形状にまで賦形される。
以下、本発明を図面によって説明する。
第１図乃至第３図は本発明に用いられる先端に平滑部を
有するスクリューの一例を示す側面図である。
第１図はスクリューの圧縮部および計量部が平滑部とな
っているスクリューを示し、その計量部の一部の径に先
端に向かって大きくなる方向に傾斜角をもたせた例を示
す。
第２図はスクリューの計量部全体が平滑部となっている
スクリューを示し、その計量部の全体の径に先端に向か
って大きくなる方向に傾斜角をもとせた例を示す。
第３図はスクリューの計量部の一部に平滑部をもたせ、
計量部の一部の径に先端に向かって大きくなる方向に傾
斜角をもたせた例を示す。
第４図はスクリューの計量部の一部に平滑部をもたせ、
計量部全体にわたってその径が先端に向かって小さくな
る方向に傾斜角をもせた例を示す。
第５図は、スクリューの計量部の一部に平滑部をもた
せ、計量部の一部の径に先端に向かって大きくなる方向
に傾斜角を持たせた一例を示したものである。
第６図は本発明の方法を実施するのに好ましい押出装置
の一例を示すものであり、スクリュー部分の透視図を含
む。図に於いて、ホッパー７より供給された熱硬化性樹
脂材料はシリンダー８内でヒーター９により加熱溶融さ
れ、スクリュー１０のフライト先端部よりラセン状で平
滑部４へ移行し、シリンダーとの摩擦抵抗により、スク
リューフライトによって生ずる間隙部分が狭められつい
には圧融着される。次いで、融着樹脂は、スクリュー平
滑部を移動する間に、押出後自己形状を保持できる程度
にまで賦形され、シリンダー先端より連続したパイプ状
成形品１１となって押出される。
スクリュー１０の供給部、圧縮部、計量部および平滑部
の角部位に相当するシリンダー各部の温度は、温度計１
２により検出され、温度調節機構１３により、シリンダ
ー各部の温度がそれぞれの設定温度に保持されるように
制御される。各シリンダーの温度が設定温度より低下す
る傾向を示したときは、各部のヒーターに流れる電流を
増加して加熱を強化する。各シリンダーの温度が設定温
度より高くなる傾向を示したときは、各部のヒーターに
流れる電流を減少させる。また、冷却を要する場合は、
シリンダー内に別途設置されたジャケットに水等の冷却
媒を通してもよいし、ブロワー等を用いてシリンダーを
外部から空冷してもよい。これらの冷却装置およびヒー
ターは、温度調節機構１３により自動的に操作される。
以上説明した如く、本発明の熱硬化性樹脂のスクリュー
型押出成形方法及び装置によれば、難燃性お耐熱性能の
優れた熱硬化性樹脂の長尺押出製品を容易に生産性良く
製造することができる。
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。実施
例および比較例において、Ｌはシリンダーの長さ、Ｄは
シリンダーの内径、Ｃｎはシリンダーの各部位を示す。
実施例１ ホッパー下より２Ｄの長さに水冷ジャケットを備え、続
いて３Ｄ〜１０Ｄ、１１Ｄ〜１６Ｄ、１７Ｄ〜２０Ｄ及
び２１Ｄ〜２４Ｄの各部に各々２ＫＷの加熱用ヒーター
および温度制御機構を備えた口径４０ｍｍφ、Ｌ／Ｄ＝
２４のシリンダーを有する押出機により、供給部５Ｄ、
圧縮部１２Ｄ、スクリュー底部の径が３５ｍｍの計量部
に続く先端．に長さ１６０ｍｍ（４Ｄ）の平滑部を有
し、計量部（平滑部を含む）にスクリュー先端より、１
２０ｍｍ（３Ｄ）の長さにわたり、スクリュー先端に向
かって径が小さくなる方向に１０００分の５の傾斜角も
たせた、圧縮比２．０のスクリューを使用して、成形材
料としてフェノール樹脂（住友ベークライト(株)製、商
品名：ＰＭ−６３５Ｊ）を用いて成形を行った。
シリンダー各部の温度は Ｃ１（０〜２Ｄ）…………… 水冷 Ｃ２（３Ｄ〜１０Ｄ）……… ６０℃ Ｃ３（１１Ｄ〜１６Ｄ）…… ９０℃ Ｃ４（１７Ｄ〜２０Ｄ）……１１０℃ Ｃ５（２１Ｄ〜２４Ｄ）……１２０℃ に設定し、スクリュー回転数２７ｒｐｍの条件で押出を
行った。
成形結果および得られたパイプの水圧試験の結果を第１
表に示す。
比較例１ 実施例１の使用したシリンダーを有する押出機により、
供給部５Ｄ、圧縮部１２Ｄ、スクリュー底部の径が３５
ｍｍの計量部に続く先端部に径３５ｍｍ、長さ１６０ｍ
ｍ（４Ｄ）の平滑部を有する、圧縮比２．０のスクリュ
ーを使用し、実施例１と同様にして成形を行った。
成形結果および得られたパイプの水圧試験の結果を第１
表に示す。
実施例２ 実施例１に使用したシリンダーを有する押出機により、
供給部５Ｄ、圧縮部１２Ｄ及びスクリュー底部の径が３
３．４ｍｍの計量部に続く先端部に長さ１２０ｍｍ（３
Ｄ）の平滑部を有し、計量部（平滑部を含む）にスクリ
ュー先端より８０ｍｍから１６０ｍｍまでの位置に、ス
クリュー先端に向かって径が大きくなる方向に１０００
分の１０の傾斜角をもたせ、最先端の８０ｍｍ（２Ｄ）
は傾斜角をもたせないようにした圧縮比１．５のスクリ
ューを使用して、成形材料としてフェノール樹脂（日本
合成化工(株)製、商品名ニッカライト９５０−Ｊ）を用
いて成形を行った。
シリンダー各部の温度は Ｃ１（０〜２Ｄ）…………… 水冷 Ｃ２（３Ｄ〜１０Ｄ）……… ６０℃ Ｃ３（１１Ｄ〜１６Ｄ）…… ９０℃ Ｃ４（１７Ｄ〜２０Ｄ）……１１０℃ Ｃ５（２１Ｄ〜２４Ｄ）……１２５℃ に設定し、スクリュー回転数２７ｒｐｍで押出を行っ
た。
成形結果および得られたパイプの水圧試験の結果を第１
表に示す。
比較例２ 実施例１に使用したシリンダーを有する押出機により、
供給部５Ｄ，圧縮部１２Ｄ、スクリュー底部の径が３５
ｍｍの計量部に続く先端部の径が３５ｍｍ長さ１２０ｍ
ｍ（３Ｄ）の平滑部を有する、圧縮比１．５のスクリュ
ーを使用し実施例２と同様にして成形を行った。
成形結果および得られたパイプの水圧試験の結果を第１
表に示す。
第１表に示したように、樹脂圧力が高く成形が困難な材
料を使用した場合には、スクリュー計量部にスクリュー
径がスクリュー先端に向かって小さくなる方向に傾斜角
をもたせることにより成形が容易になることがわかり、
又、樹脂圧力が低くなり、緻密な成形品が得難い場合に
は、スクリュー計量部にスクリュー径がスクリュー先端
に向かって大きくなる方向に傾斜角をもたせることによ
り、機械的強度に優れた緻密な成形品が得られることが
わかる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、アダプターおよび金型を用いることな
く、スクリューの平滑部とその部位のシリンダーとの間
隙においてフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を成形する
ことができるため、樹脂の流路が複雑に変化することが
ない。そのため、局部的な硬化反応を防止することがで
き、得られる成形物の品質が均一となる。
また、計量部の全部または一部に軸方向に対し傾斜角を
もたせたスクリューを用いるため、スクリューまたはシ
リンダーと樹脂との摩擦抵抗を適度に調節することが可
能となり、押出圧力を成形材料に応じて増減できる。そ
のため、得られる成形物の品質をより均一にすることが
でき優れた機械的強度を有する成形物が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図及び第３図は本発明に用いられる先端に
平滑部を有するスクリューの一部を示した断面図であ
る。 第１図はスクリューの圧縮部および計量部が平滑部とな
っているスクリューの一例を示し、計量部の一部の径に
先端に向かって大きくなる方向に傾斜角をもたせた例を
示す。 第２図はスクリューの計量部全体が平滑部となっている
スクリューの一例を示し、計量部の全体の径に先端に向
かって大きくなる方向に傾斜角をもとせた例を示す。 第３図はスクリューの計量部の一部に平滑部をもたせた
一例を示し、計量部の一部の径に先端に向かって大きく
なる方向に傾斜角をもたせた例を示す。 第４図はスクリューの計量部の一部に平滑部をもたせた
一例を示し、計量部全体にわたってその径が先端に向か
って小さくなる方向に傾斜角をもたせた例を示す。 第５図は、スクリューの計量部の一部に平滑部をもたせ
た一例を示し、計量部の一部の径に先端に向かって大き
くなる方向に傾斜角を持たせた一例を示したものであ
る。 第６図は本発明の方法を実施するのに好ましい押出装置
の一例を示すものであり、スクリュー部分の透視図を含
む。 １……供給部、２……圧縮部、３……計量部 ４……平滑部、５……傾斜角を有する部分、 ６……無傾斜部、７……ホッパー、 ８……シリンダー、９……ヒーター、 １０……スクリュー、１１……成形品、 １２……温度計、１３……温度制御機構、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審判の合議体 審判長 堀 泰雄 審判官 杉野 裕幸 審判官 綿谷 晶廣 (56)参考文献 特開 昭54−23661（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−22595（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一定の内径を有するシリンダー、および、
    計量部の全部または一部がスクリュー軸方向に対し１０
    ００分の１〜１０００分の３０の傾斜角を有し、かつ先
    端部に平滑部を有するスクリューを備えた押出機を使用
    し、該スクリューの平滑部とその部位のシリンダーとの
    間隙において、押出後自己形状を保持できる程度にまで
    管状に賦形した後、シリンダー先端より連続して押し出
    すことを特徴とするフェノール樹脂、メラミン樹脂、尿
    素樹脂またはエポキシ樹脂の押出成形方法。
  2. 【請求項２】スクリューの供給部、圧縮部および計量部
    に対応するシリンダーの各部に温度制御機構を有する押
    出成形装置において、該押出成形装置が、(1)一定の内
    径を有するシリンダー、および(2)計量部の全部または
    一部がスクリュー軸方向に対し１０００分の１〜１００
    ０分の３０の傾斜角を有し、かつ先端部に平滑部を有す
    るスクリューを備え、該スクリューの平滑部とその部位
    のシリンダーとの間隙において硬化反応を促進させ、押
    出後自己形状を保持できる程度にまで管状に賦形硬化さ
    せた後、シリンダー先端より連続して押し出すことを特
    徴とするフェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂また
    はエポキシ樹脂の押出成形装置。
JP58208298A 1983-03-29 1983-11-08 熱硬化性樹脂の押出成形方法及び装置 Expired - Lifetime JPH0615193B2 (ja)

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