JPS63288718A - 合成ポリマー樹脂の熱可塑的加工用改良装置 - Google Patents

合成ポリマー樹脂の熱可塑的加工用改良装置

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JPS63288718A
JPS63288718A JP63062091A JP6209188A JPS63288718A JP S63288718 A JPS63288718 A JP S63288718A JP 63062091 A JP63062091 A JP 63062091A JP 6209188 A JP6209188 A JP 6209188A JP S63288718 A JPS63288718 A JP S63288718A
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temperature
processing
die
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JP63062091A
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マーティン・バートン・バランシク
エリック・オットー・テウッシュ
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    • B29C48/80Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling at the plasticising zone, e.g. by heating cylinders
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、熱可塑性ポリマー樹脂の熱可塑的加工用装置
に係り、さらに詳細には、加工中の樹脂の熱可塑性を維
持するための改良された手段を含んだそのような装置に
係る。
従来技術の簡1.liな説明 熱可塑性の合成ポリマー樹脂を熱可塑的に加工するため
の装置に関しては従来技術の文献に豊富に記載されてい
る。たとえば、米国特許第2,859.476号、第3
,308.508号、第3゜404.432号、第3.
820,927号、第3.402,427号および第4
,512,730号を参照されたい。
一般にそのような装置としては、樹脂エクストルーダ、
射出成形用装置、吹込み(ブロー)成形用装置、熱可塑
性樹脂コーティング装置、樹脂ラミネータ、その他類似
の装置がある。このような装置内での加工としては、混
合、可塑化、成形、または熱可塑状態の樹脂をある点か
ら他の点へ単に搬送するという処理などが挙げられる。
−にに述べたような熱可塑性ポリマー樹脂加工用装置に
はすべて共通して、樹脂材料を物品に成形するといった
加工の間樹脂を可塑性にすると共にその状態を維持する
ための手段が共同している。
熱可塑性の維持には、樹脂の加工のいろいろな時点で樹
脂の加熱と冷却が必要となるであろう。冷却は樹脂の熱
分解を防ぐために必要となることがあろう。樹脂加工技
術のほとんどが、少なくとも部分的には、加工装置の一
部である金属製表面を介しての熱伝達によるポリマー樹
脂の加熱か冷却を使用する。通常は、バンドヒータのよ
うな集中熱源によって金属製装置の外面を加熱するが、
あるいは加熱ロッドまたは循環加熱流体(たとえば、空
気、水、その他液体化学品)によって金属製部品本体の
内部から加熱する。いかなる場合も、金属製の伝熱部品
は極端な圧力と機械的な力に耐えるようにかなりの厚み
と嵩をもっている必要がある。この金属の嵩が大きいと
外部からの加熱または冷却の変化に対する応答が遅くな
るため、狭い温度範囲で正確に温度制御するのが困難に
なる。
また、同じ装置の隣接するゾーンで温度差をつけたい場
合、特定の異なる温度を局在化してかなりの時間維持す
るのが難しい。この欠点が特に問題となるのは比較的に
複雑な加工技術および装置の場合であり、たとえば、大
きい部品の射出成形の場合とが、多層構造のそれぞれの
層に使用する樹脂の加工の際の温度条件が実際上具なっ
ているようないろいろなポリマー樹脂の多層フィルム積
層品の共押出の場合とかである。
本発明の改良された装置は、装置内で加工されている熱
可塑性ポリマー樹脂と密接に関連するように取付けるこ
とができる薄膜ヒータを加熱手段として含んでいる。樹
脂に熱を伝達するための重い金属製部品は必要ない。し
たがって製造面で重量、材料および労力の節約・省力化
が可能である。
加熱エレメントが対象プラスチックに近接して配置され
ているので、隣接しているが異なるゾーンすなわち場所
においても、所定の樹脂温度を維持するためにより厳密
に樹脂温度が制御でき、しかも応答時間は短い。加熱エ
レメントの熱容量が低いため、冷却、または加熱から冷
却への変化、または冷却から加熱への変化に対する応答
性が良好である。
発明の概要 本発明は熱=1塑性ポリマー樹脂を熱可塑的に加工す−
るための装置に係り、この装置は、ハウジング、このハ
ウジング内にあってハウジングと一体になったチャンバ
壁によって規定される樹脂加工用チャンバ、樹脂加工用
チャンバ内へ樹脂材料を通す(供給する)ためのチャン
バ入口、加工された樹脂材料を加工用チャンバから取出
すための手段、および、樹脂加工用チャンバ内の樹脂温
度を制御するための手段からなっており、その改良点は
、樹脂温度を制御するための手段として、チャンバ壁の
表面上またはその付近に配置された薄膜抵抗ヒータを使
用することである。
本発明の改良装置はたとえば熱可塑性ポリマー樹脂を成
形するのに有用である。本発明の改良装置の一具体例は
、樹脂溶融体温度の厳密な制御が必要とされる場合、た
とえば、熱加工条件がそれぞれ異なる2種以上の樹脂の
多層構造製品の押出成形において、熱可塑性ポリマー樹
脂を成形するのに特に有利である。本発明の第二の具体
例は速い熱サイクルが必要とされる情況で特に有用であ
る。そのような情況としてはある種の成形操作がある。
発明の好ましい具体例の詳細な説明 添付の第1〜5図を参照して、本発明の好ましい具体例
に関する以下の説明を読めば当業者には本発明の真価が
理解できるであろう。
まず第1図を参照すると、管状製品の吹込み成形(ブロ
ー成形)用の管状パリソンを押出すのに通常使用される
タイプの改良されたダイヘッドアセンブリ部品の断面側
面図が示されている。本発明の改良ダイヘッドアセンブ
リは複数個のダイヘッドモジュール10からなっており
、これらはこのモジュールアセンブリ10の外周辺の複
数個の組立てボルトによって互いに垂直に積層されてい
る。−例を挙げると、これらのボルトはボルト穴16を
貫通していてもよい。モジュール10は下部プレート1
2と上部プレート14とからなり、これらのプレートは
18の線で一緒になっていて対向して隣り合う面22と
24を有している。これらの面は一緒になって樹脂フロ
ーチャンネル20を形成している。樹脂人口34は、熱
可塑的に軟化した樹脂を樹脂導管36からフローチャン
ネル20内へ搬送する。この人口34は、樹脂エクスト
ルーダのような樹脂源(第1図には示してない)に連結
してあってもよい。送り込まれた樹脂には圧力がかかっ
ており、そのため樹脂はチャンバ20を通って移動する
。加熱軟化した樹脂はチャンネル20によって、モジュ
ール10の内壁46によって規定される環状チャンバ4
4中に分配される。分配された樹脂はこのチャンバ44
内で成形される。環状のシール30は加熱軟化した樹脂
の分配を封じ込める助けとなる。上に述べたように、モ
ジュール10のような装置は加熱軟化した熱可塑性樹脂
をチャンネル20を介して分配・配送する機能を果たす
。従来技術による装置では、樹脂への、または樹脂から
の熱の伝達は、かなり重い金属板である上部プレート1
4と下部プレート12を通して行なわれていた。プレー
ト12と14への熱の供給はモジュール10の外周辺に
取り付けられたバンドヒータによって行なっていたが、
これは装置の重量と嵩を増やすことになる。
樹脂温度を正確に制御するのは困難であることが多かっ
た。
第2図は樹脂チャンバ20の壁24の一部分の拡大図で
あり、薄膜抵抗ヒータ50がチャンバ20の壁24上に
装着されているのが分かる。ヒータ50の間には、抵抗
ヒータ50から形成されたグリッドの間の温度を検知す
るためのサーミスタ54が配置されている。単一のスト
リップまたはグリッドの形状になった別々のヒータ50
を用いてこのチャンバ20をゾーン加熱することができ
る。
第3図は第2図に示した抵抗ヒータ50のエレメントの
一部の拡大図である。機械仕上げしたスチール製の壁2
4に直接接しているのは電気的に伝導性のない絶縁層6
0である。この層60は高2す耐性の電気的・熱的絶縁
材料で、壁24に容品に接着するものであり、たとえば
二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化クロムなどのよ
うな酸化物セラミクスのフィルムである。絶縁層60の
上には、抵抗ヒータエレメントとして機能するのに充分
な温度安定性を有する材料でできた電気抵抗フィルム6
2がある。抵抗フィルム62は、たとえば電気的に伝導
性の金属、合金、金属間化合物または半導電性の金属酸
化物もしくは窒化物のフィルムでよい。この抵抗ヒータ
フィルム62の製造には、ニッケル、銀、銅、アルミニ
ウムまたはこれらの合金の箔などのような金属の薄帯を
使用することができる。好ましくは、この抵抗エレメン
トを上記の材料、特に窒化物形態のチタンのスパッタコ
ーティングとすることができる。このフィルム62はコ
ネクタ68を介して電気回路に電気的に接続されていて
、この回路に電圧が加えられると抵抗フィルム62に電
流が流れるようになっており、その結果このフィルム6
2から4放出される熱エネルギが発生される。
薄膜抵抗ヒータ自体とその製造方法は業界でよく知られ
ている。たとえば、米国特許第2,899、.658号
、第3,071,749号、第3゜469.226号、
第3,517,436号および第4,297.670号
の記載を参照されたい。
ヒータを適当に選択して任意の所望の出力(BTU)を
得ることができる。
加熱フィルム62の上には、第二の電気絶縁層64があ
り、これは上記に電気絶縁層60に関して記載したよう
な材料からできていればよいが、良好な熱伝導体であっ
て抵抗ヒータフィルム62からの赤外輻射に対して透明
であるのが有利である。そのような有利な材料の一例は
酸化ベリリウムである。絶縁層64の上には通常樹脂と
接触する保護フィルム66がある。これは、その特徴と
して、高い耐摩耗性、熱伝導性、化学的不活性、高い自
然潤滑性および高温劣化耐性を有する材料が有利である
。そのようなフィルム材料の代表例はチタン、チタン合
金、クロム、無電解ニッケルなどのコーティングである
。用途によっては、たとえば射出成形用金型の場合など
では、電気抵抗フィルム62を直接樹脂と接触させるの
が有利なこともある。その他の応用例としては、金属フ
レークのような導電材料が樹脂中に存在しない場合、お
よび、エクストルーダ内にスクリーンなどの他の伝導性
機械的部品が存在しない場合がある。
薄膜ヒータ50の厚みは、有利には約0.01市から約
1.Qwまでの範囲内でいろいろ変えることができる。
またチャンバ20内の選択されたゾーンまたは場所で所
定の温度を維持するのに必要なように配置することがで
きる。
チャンバ20を通って流れる樹脂の温度が制御されてい
ると均一な樹脂分配とその後の成形が可能になる。温度
制御が不十分であると、分配された樹脂のいくらかは劣
化して有用性が低下してしまうこともある。たとえば、
溶融押出グレードのポリカーボネートの場合押出吹込み
成形に適した溶融粘度を得るには約527〜572’F
の温度が必要である。これはかなり狭い範囲であり、も
し樹脂をこれより高い温度にすこしでも長い時間さらし
たりすると多少の樹脂が劣化することもある。個別のヒ
ータ50を複数個チャンバ20にそれぞれ離して設けれ
ば、これらのヒータ50はチャンバ20内のそれぞれ別
々のゾーン(区域)を加熱して加工チャンバ20内での
バランスのとれた流れを達成する助けとなる。ヒータか
ら供給される熱エネルギと装置から放散される熱エネル
ギとの正確なバランスをとると、樹脂を劣化させずに樹
脂の温度を確実に制御できる。個々のゾーンヒータエレ
メントに別々に電流を通じたり切ったりして、樹脂溶融
体分配チャンバ20の各ゾーンの所定の溶融体温度を維
持することができる。サーミスタ54のような熱雷対を
スイッチオン・オフ用の通常の電気回路の一部としてゾ
ーン加熱エレメントの各々と共同させて所望の温度制御
の助けとしてもよい。
第4図は、チャンバ壁24上に装着したサーミスタ54
(第2図)の一部の断面側面図である。
このサーミスタ54は検知した温度をアナログで電気表
示するもので、壁24に密行した絶縁層70を含んでい
る。この層70は、薄膜抵抗ヒータ50の絶縁層60に
有用なものとして上記に挙げたものと同じ材料でできた
電気的・熱的な絶縁層でよい。外側の電気的絶縁層80
は、薄膜抵抗ヒータ50の層66に有用なものとして上
記に挙げた祠料のような熱的に透明な材料でよい。層7
0と80は、セラミクスサーミスタ78と電気的に接続
している電気回路の一部である絶縁リード導体72.7
4を包み込む覆いを形成している。このサーミスタ54
は、樹脂チャンバ20内で樹脂を加工する際に所望の温
度に適合する温度(好ましくは約25〜400℃の範囲
)で最適な効率をもって作動するように選択したものが
有利である。
このような温度で作動するサーミスタ、特に薄膜型のサ
ーミスタはその製造方法と共に当業者にはよく知られて
いる(ときに抵抗温度ディテクタといわれることもある
)。たとえば、米国特許第4゜317.367号、第4
,359.372号および第4,434.416号を参
照されたい。
第5図は、チャンバ20の異なる加熱ゾーンA1B%C
に配置され裏数個のサーミスタ54によって制御された
ヒータ50または複数個のヒータ50を操作するのに使
用することができる電気回路の概略線図である。第5図
に示しであるように、複数個の薄膜抵抗ヒータ50は電
気コントローラ82を介して電源と電気的に接続されて
いる。ヒータ50に電気をオン・オフするための複数個
のソリッドステートリレーおよび/または冷却液を制御
するソレノイドバルブからなるコントローラ82には通
常の電力モジュールを接続することができる。複数個の
対になったヒータ50(それぞれの対はチャンバ20の
異なるゾーンASBSCにある)に対する回路電力ライ
ンには、コントローラ82からの出力信号に応答して電
気がオン・オフされる。コントローラ82の始動は、こ
のコントローラと共同するサーミスタ54からの入力信
号によるが、または適当なタイマによる。温度が所定・
所望の設定値より下がるか上がるかすると、すなわち、
加熱ゾーンA、B、Cのいずれかで設定値と実際に検知
された温度との間に勾配があると、サーミスタがそれを
検知して信号を出す。
このアナログ信号はコントローラ82のマイクロプロセ
ッサコンポーネントに入れる前にアナログ−ディジタル
コンバータによってディジタル信号に変換してもよい。
所望の樹脂温度に対する設定値はマニュアルでマイクロ
プロセッサに入れてプロセッサのメモリに記憶させれば
よい。コントローラ82は常用され公知のマルチチャン
ネルディジタルコントローラでよく、これは比例制御用
のマイクロプロセッサコンポーネント、すなわち、ヒー
タ50に流す電流の値をサーミスタ54で検知された温
度勾配の大きさに比例して変化させ、ゾーンA、B、C
のいずれかで所定中所望の温度を維持することができる
マイクロプロセッサコンポーネントを含んでいる。ある
いは、任意の時に前記の温度勾配を変えるのに充分な時
間充分な電気をヒータ50にかけることができる(時間
比例)。共同する冷却手段を備えたゾーンA、B。
Cではいずれも、コントローラ82によってソレノイド
バルブを操作してこのゾーンを通りぬける冷却液の流れ
を調整することができる。このソレノイドはセンサ54
からの同一の時間比例信号によって制御されるであろう
。すなわち、ソレノイドバルブは低減すべき温度勾配に
比例した時間の間充分に開くことができる。コントロー
ラ82において、マイクロプロセッサはゾーンA、B%
Cに対して設定・記憶された温度値を比較して、温度勾
配が存在する場合較正用、すなわち加熱または冷却によ
る較正用の出力制御信号を出すことができる。またマイ
クロプロセッサは、上流側のゾーン(ゾーンA)の温度
が外れてしまいゾーンA1BSCを流れる樹脂溶融体が
臨界パラメータの範囲内に確実に入るように多少の較正
が必要となった場合、下流側のゾーン(たとえば、ゾー
ンAの下流のゾーンB)の温度設定値を変更するように
プログラムを組むこともできる。
本発明の範囲が以上の好ましい具体例の説明によって限
定されないこと、および本発明が熱的に1iJtjl化
されたポリマー樹脂の加工用のさまざまな装置を改良す
るのに使用することができるということは、当業者には
明らかであろう。本発明によって改良される装置として
は以下のような用途に使用するものがある。
(1)射出成形(大型部品、長いフローチャンネル)。
フィルムヒータをコートした金型の内面を用いると、射
出中熱いフローチャンネル面が得られ、しかもこのフィ
ルムヒータの熱容量が低いため冷却速度を速くできる。
この結果、より長いフローチャンネル、より短いサイク
ル時間、およびより低い溶融温度が使用できるようにな
る。
(2)シートおよびフィルムの共押出。
個々の層流面をコーティングすると、広範囲の溶融温度
を組み合わせて使用できるようになり、しかも樹脂の分
布と厚みの調整が改善される。
(3)共押出吹込み成形。
個々の層流面をコーティングすると、より軽い(を成、
より良好な制御分布、より複雑な形状の製造、加熱時間
の短縮、およびより広範囲の溶融温度のポリマー樹脂の
組み合わせの使用が可能になる。
(4)その他の用途としては、回転成形、プロフィルお
よびバイブ押出、ならびにその他加熱工程が含まれるあ
らゆる樹脂加工プロセス、特に多層樹脂層構造の製造や
急速な冷却が望まれる場合があるがこれらに限定される
ことはない。
本発明の改良装置は、たとえば、エチルセルロースアセ
テート、アセトブチレートおよびアセトプロピオネート
のようなセルロースエステル類およびエーテル類、塩化
ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデンのポリマーおよび
コポリマー、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラ
ールのようなビニルおよびビニリデンのポリマーおよび
コポリマー、エチレン、プロピレンおよびブチレンのよ
うなオレフィン類のポリマーおよびコポリマー、スチレ
ン、2−メチルスチレンのポリマーおよびコポリマー、
ならびにエラストマー性コポリマーとこれ等の混合物、
ポリアミド、ポリヘキサメチレンアジパミド、ポリカプ
ロラクタム、ポリウンデカンアミド、ポリへキサメチレ
ンセバカミドのようなインターポリアミド、ポリカーボ
ネート、ポリアルデヒド、ポリエーテル、ポリウレタン
、ポリエステル、天然および合成の熱可塑性エラストマ
ー、熱可塑性フッ素樹脂、シリコーン熱可塑性エラスト
マー、フェノール系、エポキシ系などのような成形可能
な熱硬化性樹脂、などを始めとするあらゆる常用される
公知の加工可能なポリマー性樹脂を熱的に加工するのに
使用できる。
これらの熱可塑性樹脂は、そのままで用いても、または
充填材、可塑剤、着色剤、もしくはその他通常の添加剤
と、これらが加工を妨げない限り、混合して使用しても
よい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の改良されたダイヘッドアセンブリ部
品の断面側面図であり、 第2図は、第1図の改良されたダイヘッドアセンブリ中
に示した樹脂加工用チャンバを規定するチャンバ壁の一
部の拡大図であり、 第3図は、第2図に示した抵抗ヒータの拡大概略図であ
り、 第4図は、第3図の抵抗ヒータの付近の温度を検知する
ためのサーミスタ部品の拡大概略図であり、 第5図は、第1図に示した樹脂加工用チャンバ内の所定
の樹脂溶融体温度を維持するための手段からなる電気回
路の概略線図である。 10・・・・・・ダイヘッドモジュール、20・・・・
・・樹脂フローチャンネル、24・・・・・・チャンバ
の壁、34・・・・・・樹脂入口、44・・・・・・環
状チャンバ、46・・・・・・内壁、50・・・・・・
薄膜抵抗ヒータ、54・・・・・・サーミスタ、60.
64・・・・・・電気絶縁層、62・・・・・・電気抵
抗フィルム、68・・・・・・コネクタ、70・・・・
・・絶縁層、72.74・・・・・・絶縁リード導体、
78・・・・・・セラミクスサーミスタ、80・・・・
・・電気絶縁層、82・・・・・・コントローラ。 FIG、4 へ4

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ハウジングと、ハウジング内にあってハウジング
    と一体のチャンバ壁によって規定される樹脂加工用チャ
    ンバと、樹脂材料を樹脂加工用チャンバ内へ通すための
    チャンバ入口と、加工された樹脂材料を加工用チャンバ
    から取出すための手段と、樹脂加工用チャンバ内の樹脂
    温度を制御するための手段とからなる、熱可塑性ポリマ
    ー樹脂を熱可塑的に加工するための装置であって、樹脂
    温度を制御するための手段として、チャンバ壁の表面上
    またはその付近に配置された薄膜抵抗ヒータを使用する
    ことを特徴とする改良装置。
  2. (2)加工用チャンバ内の樹脂温度を制御するための手
    段と共同する温度制御手段がある請求項1記載の改良装
    置。
  3. (3)温度制御手段がチャンバ壁上に取付けられたサー
    ミスタからなる請求項2記載の改良装置。
  4. (4)複数個の薄膜抵抗ヒータがチャンバの別個のゾー
    ンで作動する請求項1記載の改良装置。
  5. (5)さらに、チャンバ内の樹脂を冷却するための手段
    も含んでいる請求項1記載の改良装置。
  6. (6)装置が樹脂金型、押出ダイおよびトランスファパ
    イプより成る群の中から選択される請求項1記載の改良
    装置。
  7. (7)樹脂金型が、圧縮成形用金型、熱成形用金型、吹
    込み成形用金型、射出成形用金型または回転成形用金型
    である請求項6記載の改良装置。
  8. (8)押出ダイが、インフレーションフィルムダイ、吹
    込み成形用ヘッド、シートおよびフィルム用スリットダ
    イ、パイプダイ、プロフィルダイ、または多層押出用ダ
    イである請求項6記載の改良装置。
  9. (9)熱可塑性樹脂を該樹脂の形状を変化せしめるチャ
    ンバ内へ通し、薄膜抵抗ヒータによってチャンバ内の樹
    脂の温度を制御し、そして成形された熱可塑性樹脂をチ
    ャンバから取出すことからなる、溶融状態の熱可塑性樹
    脂の成形方法。
JP63062091A 1987-03-20 1988-03-17 合成ポリマー樹脂の熱可塑的加工用改良装置 Pending JPS63288718A (ja)

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US07/028,647 US4897028A (en) 1987-03-20 1987-03-20 Apparatus for thermoplastically processing synthetic polymeric resins

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