TWI724404B - 混練方法及混練物 - Google Patents

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TWI724404B
TWI724404B TW108112135A TW108112135A TWI724404B TW I724404 B TWI724404 B TW I724404B TW 108112135 A TW108112135 A TW 108112135A TW 108112135 A TW108112135 A TW 108112135A TW I724404 B TWI724404 B TW I724404B
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extruder
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鮫島孝文
飯塚佳夫
長田華穂
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日商東芝機械股份有限公司
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Abstract

本發明之課題在於提供一種機械物性高之混練物。 本發明之混練方法包含：搬送路徑搬送步驟，其沿搬送路徑搬送原料；及通路流通步驟，其藉由由障壁部限制搬送部之搬送而提高原料之壓力，使壓力經提高之原料自位於搬送部之入口流入通路，使流入通路之原料朝向出口與搬送部之搬送方向同向地流通，使通路中流通之原料自出口向螺桿本體之外周流出。原料係含有聚丙烯及烯烴橡膠之聚丙烯系樹脂組合物。

Description

混練方法及混練物
本發明之實施形態係關於一種混練方法及混練物。
聚丙烯系樹脂組合物由於機械性質優異，而可在各種工業領域廣泛應用。例如，在謀求高剛性及衝擊强度之汽車外裝構件等中使用含有乙烯-丙烯-二烯橡膠及滑石等之聚丙烯樹脂。
作為藉由將樹脂及添加劑等混練而製作樹脂組合物之技術，曾揭示藉由將預混練之熔融原料連續混練而製作樹脂組合物之技術(專利文獻1)。在專利文獻1中曾揭示將原料一面混練一面搬送之螺桿具備：螺桿本體，其以沿原料之搬送方向之軸線為中心旋轉；搬送部，其用於朝搬送方向搬送形成於螺桿本體之外周面與汽缸之內周面之間之搬送路徑之原料；障壁部，其限制搬送部對原料之朝搬送方向之搬送；及通路，其供自在設置於螺桿本體之內部之螺桿本體之外周面開口之入口流入的原料朝向出口流通的構成。且，通路跨於障壁部而設置於螺桿本體之內部。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2015-227052號公報
然而，若將上述樹脂用作原料，利用上述專利文獻1之圖5~圖11所示之螺桿進行混練，則供原料流通之通路大幅度變長，流動阻力變大，對於原料之拉伸作用未充分地發揮，而難以製作機械物性為高之混練物。
又，若將上述樹脂用作原料，利用上述專利文獻1之圖19~圖27所示之螺桿進行混練，則因跨越障壁部時施加之剪切作用，促進原料之劣化，而難以製作機械物性為高之混練物。
因而，在利用先前之螺桿之混練方法中，難以謀求提高樹脂組合物之混練物之機械物性。
本發明所欲解决之問題在於提供一種可提供機械物性為高之混練物的混練方法及混練物。
實施形態之混練方法係利用擠出機之螺桿將原料混練且搬送，並連續噴出所產生之混練物者，且前述螺桿具有：螺桿本體，其以沿前述原料之搬送方向之直線狀之軸線為中心旋轉；搬送部，其沿前述螺桿本體之軸向設置，伴隨著前述螺桿本體之旋轉而沿遍及前述螺桿本體之周向之外周 面朝軸向搬送前述原料；障壁部，其設置於前述螺桿本體，在與前述搬送部相鄰之位置限制前述原料之軸向之搬送；及通路，其以跨於前述障壁部之方式設置於前述螺桿本體之內部，連通在前述螺桿本體之外周面開口之入口與出口；且前述混練方法包含：搬送路徑搬送步驟，其沿搬送路徑搬送前述原料；及通路流通步驟，其藉由由前述障壁部限制前述搬送部之搬送而提高前述原料之壓力，使壓力經提高之前述原料自位於前述搬送部之前述入口流入前述通路，使流入前述通路之原料朝向前述出口與前述搬送部之搬送方向同向地流通，使前述通路中流通之原料自前述出口向前述螺桿本體之外周流出；並且前述原料係含有聚丙烯及烯烴橡膠之聚丙烯系樹脂組合物。
2:第1擠出機/處理機
3:第2擠出機
4:第3擠出機/脫泡機
6:滾筒
7a:螺桿
7b:螺桿
8:汽缸部
9:供給口
11:回饋部
12:混練部
13:泵送部
14:螺旋片
15:圓盤
16:螺旋片
20:滾筒
21:螺桿
22:滾筒
23:排氣螺桿
24:汽缸部
25:排氣口
26:真空泵
27:頭部
28:噴出口
29:螺旋片
31:滾筒單元
32:貫通孔
33:汽缸部
34:供給口
35:冷媒通路
36:頭部
36a:噴出口
37:螺桿本體
38:旋轉軸
39:筒體
40:第1軸部
41:第2軸部
42:接頭部
43:止擋部
44:第1軸環
45a:固定楔
45b:固定楔
49a:固定楔槽
49b:固定楔槽
51:第2軸環
52:固定螺釘
53:搬送路徑
81:搬送部
82:障壁部
84:螺旋片
86:螺旋片
88:通路
89:壁面
91:入口
92:出口
93:通路本體
1000:高剪切加工裝置
A:箭頭
C:箭頭
D1:外徑
O1:軸線
R:原料積留部
X:箭頭/搬送方向
圖1係用於實現本實施形態之混練方法之高剪切加工裝置(混練裝置)之示意圖。
圖2係第1擠出機之剖視圖。
圖3係顯示第1擠出機之二個螺桿相互嚙合之狀態之立體圖。
圖4係第3擠出機之剖視圖。
圖5係第2擠出機之剖視圖。
圖6係顯示將滾筒及螺桿一起在剖面中顯示之第2擠出機之剖視圖。
圖7係沿圖6之F7-F7線之剖視圖。
圖8係筒體之立體圖。
圖9係顯示原料相對於螺桿之流動方向之側視圖。
圖10係顯示螺桿旋轉時之原料之流動方向的第2擠出機之剖視圖。
圖11係在實施例1中製作之混練物之圖像。
圖12係材料之圖像。
以下，參照附圖，詳細地說明本實施形態之混練方法。
首先，針對用於實現本實施形態之混練方法之混練裝置進行說明。圖1係顯示用於實現本實施形態之混練方法之高剪切加工裝置1000之一例的示意圖。
高剪切加工裝置1000具備：第1擠出機(處理機)2、第2擠出機3、及第3擠出機(脫泡機)4。第1擠出機2、第2擠出機3、及第3擠出機4相互串聯連接。
第1擠出機2係用於將例如兩種非互溶性樹脂等之材料預混練、熔融之處理機。兩種樹脂例如為聚丙烯(PP)及烯烴橡。膠烯烴橡膠具體而言係乙烯-丙烯-二烯橡膠(EPDM)。此外，投入第1擠出機之材料可更包含其他材料。例如，可包含滑石(水合矽酸鎂(Mg3Si4O10(OH)2))、及水合矽酸鎂(Mg3Si4O10(OH)2))等。
此外，對第1擠出機2，既可供給各材料，也可以至少包含2種材料之顆粒之形態供給材料。
在本實施形態中，為了提高所供給之材料之混練/熔融程度，而將同向旋轉型雙軸擠出機用作第1擠出機2。
圖2及圖3係顯示雙軸擠出機之一例之示意圖。雙軸擠出機具備：滾筒6、被收容於滾筒6之內部之二個螺桿7a、7b。滾筒6包含具有組合有二個圓筒之形狀的汽缸部8。所供給之上述材料自設置於滾筒6之一端部之供給口9朝汽缸部8連續供給。再者，滾筒6內置有用於將所供給之上述材料中所含之樹脂熔融之加熱器。
螺桿7a、7b以相互嚙合之狀態被收容於汽缸部8。螺桿7a、7b接收自未圖示之馬達傳遞之轉矩而相互同向地旋轉。如圖3所示，螺桿7a、7b分別具備：回饋部11、混練部12及泵送部13。回饋部11、混練部12及泵送部13沿螺桿7a、7b之軸向排列為一行。
回饋部11具有呈螺旋狀扭轉之螺旋片14。螺桿7a、7b之螺旋片14以相互嚙合之狀態旋轉，且朝向混練部12搬送自供給口9供給之材料。
混練部12具有在螺桿7a、7b之軸向排列之複數個圓盤15。螺桿7a、7b之圓盤15以相互對向狀態旋轉，且將自回饋部11給送之原料預混練。經混練之原料藉由螺桿7a、7b之旋轉而被送入泵送部13。
泵送部13具有呈螺旋狀扭轉之螺旋片16。螺桿7a、7b之螺旋片16以 相互嚙合之狀態旋轉，且自滾筒6之噴出端擠出經預混練之原料。
根據此雙軸擠出機，對螺桿7a、7b之回饋部11供給之材料接收伴隨著螺桿7a、7b之旋轉之剪切發熱及加熱器之熱而熔融。包含藉由在雙軸擠出機之預混練而熔融之樹脂之材料構成經混合之原料。原料係如圖1中箭頭A所示般自滾筒6之噴出端對第2擠出機3連續供給。
在本實施形態中，對第2擠出機3供給之原料係被熔融且經預混練之聚丙烯系樹脂組合物。
聚丙烯系樹脂組合物含有聚丙烯及烯烴橡膠。例如，聚丙烯系樹脂組合物係以聚丙烯(PP)及乙烯-丙烯-二烯橡膠(EPDM)為主成分之熱塑性樹脂。換言之，聚丙烯系樹脂組合物係將EPDM設為連續相且PP分散於該連續相中而成之組合物。具體而言，聚丙烯系樹脂組合物係熱塑性樹脂，其包含25質量%以上90質量%以下之PP，包含0.1質量%以上40質量%以下之乙烯-丙烯-二烯橡膠，且包含5質量%以上55質量%以下之滑石(水合矽酸鎂(Mg3Si4O10(OH)2))。
因而，對第1擠出機2供給之材料只要係作為上述聚丙烯系樹脂組合物之上述原料之構成材料即可。
此外，藉由將第1擠出機2構成為雙軸擠出機，而不僅使對該第1擠出機2供給之材料中所含之樹脂熔融，還可對該樹脂賦予剪切作用。因而， 由第1擠出機2混練且對第2擠出機3供給之原料在對第2擠出機3供給之時點，藉由在第1擠出機2之預混練而熔融，保持為最佳之黏度。又，藉由將第1擠出機2構成為雙軸擠出機，而在對第2擠出機3連續供給原料時，可在每單位時間穩定地供給特定量之原料。因而，可减輕將原料正式地混練之第2擠出機3之負擔。
第2擠出機3係用於產生具有原料之高分子成分被奈米分散化之微觀分散構造之混練物的要素。在本實施形態中，作為第2擠出機3係利用單軸擠出機。
單軸擠出機具備滾筒20、及一個螺桿21。螺桿21具有對經熔融之原料重複賦予剪切作用及拉伸作用之功能。關於包含螺桿21之第2擠出機3之構成，於後文詳細地說明。
第3擠出機4係用於吸引、去除自第2擠出機3噴出之混練物中所含之氣體成分之要素。在本實施形態中，作為第3擠出機4係利用單軸擠出機。如圖4所示，單軸擠出機具備滾筒22、及被收容於滾筒22之一個排氣螺桿23。滾筒22包含筆直的圓筒狀之汽缸部24。自第2擠出機3擠出之混練物自汽缸部24之沿軸向之一端部對汽缸部24連續供給。
滾筒22具有排氣口25。排氣口25在汽缸部24之沿軸向之中間部開口，且連接於真空泵26。再者，滾筒22之汽缸部24之另一端部係由頭部27閉合。頭部27具有使混練物噴出之噴出口28。
排氣螺桿23被收容於汽缸部24。排氣螺桿23接收自未圖示之馬達傳遞之轉矩而朝一個方向旋轉。排氣螺桿23具有呈螺旋狀扭轉之螺旋片29。螺旋片29與排氣螺桿23一體地旋轉，且朝向頭部27連續搬送對汽缸部24供給之混練物。混練物當被搬送至與排氣口25對應之位置時接收真空泵26之真空壓力。亦即，藉由利用真空泵將汽缸部24內拉引為負壓，而自混練物連續吸引、去除混練物中所含之氣體狀物質或其他揮發成分。已消除氣體狀物質或其他揮發成分之混練物自頭部27之噴出口28連續噴出。
其次，針對第2擠出機3詳細地說明。
如圖5及圖6所示，第2擠出機3之滾筒20為筆直的筒狀，被水平地配置。滾筒20被分割為複數個滾筒單元31。
各滾筒單元31具有圓筒狀之貫通孔32。滾筒單元31以各個貫通孔32呈同軸狀連接之方式藉由螺栓緊固被一體地結合。滾筒單元31之貫通孔32相互協同地在滾筒20之內部規定圓筒狀之汽缸部33。汽缸部33在滾筒20之軸向延伸。
在滾筒20之沿軸向之一端部形成有供給口34。供給口34與汽缸部33連通，且對該供給口34連續供給由第1擠出機2混合之原料。
滾筒20具備未圖示之加熱器。加熱器以滾筒20之溫度成為最適於原料之混練之值之方式調整滾筒20之溫度。再者，滾筒20具備供例如水或油之冷媒流動之冷媒通路35。冷媒通路35配置為包圍汽缸部33。冷媒在滾筒20之溫度超過預先决定之上限值時沿冷媒通路35流動，强制冷却滾筒20。
滾筒20之沿軸向之另一端部係由頭部36閉合。頭部36具有噴出口36a。噴出口36a相對於供給口34位於沿滾筒20之軸向之相反側，且連接於第3擠出機4。
如圖5及圖6所示，螺桿21具備螺桿本體37。本實施形態之螺桿本體37係由一根旋轉軸38、及複數個圓筒狀之筒體39構成。
旋轉軸38具備第1軸部40及第2軸部41。第1軸部40位於作為滾筒20之一端部之側的旋轉軸38之基端。第1軸部40包含接頭部42及止擋部43。接頭部42經由未圖示之聯結器連結於如馬達之驅動源。止擋部43呈同軸狀設置於接頭部42。止擋部43之直徑大於接頭部42。
第2軸部41自第1軸部40之止擋部43之端面呈同軸狀延伸。第2軸部41具有遍及滾筒20之大致全長之長度，且具有與頭部36對向之前端。呈同軸狀貫通第1軸部40及第2軸部41之筆直的軸線O1在旋轉軸38之軸向水平地延伸。
第2軸部41為直徑小於止擋部43之實心圓柱狀。如圖7所示，在第2軸部41之外周面安裝有一對固定楔45a、45b。固定楔45a、45b於在第2軸部41之周向偏移180°之位置朝第2軸部41之軸向延伸。
如圖6及圖7所示，各筒體39構成為供第2軸部41呈同軸狀貫通。在筒體39之內周面形成有一對固定楔槽49a、49b。固定楔槽49a、49b於在筒體39之周向偏移180°之位置朝筒體39之軸向延伸。
筒體39以使固定楔槽49a、49b與第2軸部41之固定楔45a、45b相配對應之狀態自第2軸部41之前端之方向***第2軸部41之上。在本實施形態中，在首先***第2軸部41之上之筒體39與第1軸部40之止擋部43之端面之間介置有第1軸環44。進而，在將所有筒體39***第2軸部41之上後，經由第2軸環51將固定螺釘52螺入第2軸部41之前端面。
藉由該螺入，所有筒體39在第1軸環44與第2軸環51之間於第2軸部41之軸向被緊固，相鄰之筒體39之端面被無間隙地密接。
此時，成為所有筒體39在第2軸部41上被同軸狀結合，且該各筒體39與旋轉軸38被一體地組裝之狀態。藉此，可使各筒體39與旋轉軸38一起以軸線O1為中心旋轉，亦即使螺桿本體37以軸線O1為中心旋轉。
在上述之狀態下，各筒體39為規定螺桿本體37之外徑D1(參照圖7)之構成要素。亦即，沿第2軸部41被同軸狀結合之各筒體39將該外徑D1設定 為彼此相同。螺桿本體37(各筒體39)之外徑D1係以通過旋轉軸38之旋轉中心即軸線O1方式而被規定之直徑。
藉此，構成螺桿本體37(各筒體39)之外徑D1為一定值之分段式螺桿21。分段式螺桿21可沿旋轉軸38(亦即第2軸部41)以自由之順序及組合保持複數個螺桿元件。作為螺桿元件，例如可將至少形成有後述之螺旋片84、86之一部分之筒體39規定為1個螺桿元件。
如此，藉由將螺桿21分段化，而例如，針對該螺桿21之規格之變更或調整、抑或維護或保養，可使其便利性格外提高。
進而，分段式螺桿21被同軸狀收容於滾筒20之汽缸部33。具體而言，沿旋轉軸38(第2軸部41)保持有複數個螺桿元件之螺桿本體37可旋轉地被收容於汽缸部33。在此狀態下，旋轉軸38之第1軸部40(接頭部42、止擋部43)自滾筒20之一端部朝滾筒20之外突出。
再者，在此狀態下，在沿螺桿本體37之周向之外周面與汽缸部33之內周面之間形成有用於搬送原料之搬送路徑53。搬送路徑53之沿汽缸部33之徑向之剖面形狀為圓環形，在汽缸部33之軸向延伸。
如圖5~圖8所示，螺桿本體37具有：用於搬送原料之複數個搬送部81、及用於限制原料之流動之複數個障壁部82。亦即，在與滾筒20之一端部對應之螺桿本體37之基端配置有複數個搬送部81，在與滾筒20之另 一端部對應之螺桿本體37之前端配置有複數個搬送部81。再者，在該等搬送部81之間，自螺桿本體37之基端朝向前端，搬送部81與障壁部82在軸向上交替地排列配置。
此外，滾筒20之供給口34朝向配置於螺桿本體37之基端之側之搬送部81開口。
各搬送部81具有呈螺旋狀扭轉之螺旋片84。螺旋片84自沿筒體39之周向之外周面朝向搬送路徑53突出。螺旋片84當自螺桿本體37之基端觀察，螺桿21逆時針地左旋轉時，以自該螺桿本體37之基端朝向前端搬送原料之方式扭轉。亦即，螺旋片84以該螺旋片84之扭轉方向與右扭轉相同之方式朝右扭轉。
各障壁部82具有呈螺旋狀扭轉之螺旋片86。螺旋片86自沿筒體39之周向之外周面朝向搬送路徑53突出。螺旋片86當自螺桿本體37之基端觀察，螺桿21逆時針地左旋轉時，以自螺桿本體37之前端朝向基端搬送原料之方式扭轉。亦即，螺旋片86以該螺旋片86之扭轉方向與左扭轉相同之方式朝左扭轉。
各障壁部82之螺旋片86之扭轉節距設定為與搬送部81之螺旋片84之扭轉節距相同或小於其。再者，在螺旋片84、86之頂部與滾筒20之汽缸部33之內周面之間確保略微的間隙。此時，障壁部82之外徑部(螺旋片86之頂部)與汽缸部33之內周面之間之間隙較佳為設定於0.1mm以上且2mm 以下之範圍內。更佳為，將該間隙設定於0.1mm以上且0.7mm以下之範圍內。藉此，可確實地限制原料通過該間隙被搬送。
此處，沿螺桿本體37之軸向之搬送部81之長度係相應於原料之種類、原料之混練程度、每單位時間之混練物之產生量等適宜地設定。所謂搬送部81係至少在筒體39之外周面形成有螺旋片84之區域，但並非特定於螺旋片84之起點與終點之間之區域者。
亦即，有筒體39之外周面中與螺旋片84偏離之區域也被視為搬送部81之情形。例如，當在與具有螺旋片84之筒體39相鄰之位置配置有圓筒狀之間隔件或圓筒狀之軸環時，該間隔件或軸環也可能包含於搬送部81。
再者，沿螺桿本體37之軸向之障壁部82之長度例如相應於原料之種類、原料之混練程度、每單位時間之混練物之產生量等適宜地設定。障壁部82以阻擋由搬送部81給送之原料流動之方式發揮功能。亦即，障壁部82構成為在原料之搬送方向之下游側與搬送部81相鄰，且不阻礙由搬送部81給送之原料通過螺旋片86之頂部與汽缸部33之內周面之間之間隙。
再者，在上述之螺桿21中，各螺旋片84、86自具有彼此相同之外徑D1(參照圖7)之複數個筒體39之外周面朝向搬送路徑53突出。因而，沿各筒體39之周向之外周面規定該螺桿21之齒根直徑。螺桿21之齒根直徑遍及螺桿21之全長被保持為一定值。
如圖5、圖6、及圖9所示，螺桿本體37具有在螺桿本體37之軸向延伸之複數條通路88。換言之，在螺桿本體37之內部，沿原料沿軸向之搬送方向(圖9中參照箭頭X方向)空開特定間隔串聯地配置有複數條通路88。
在本實施形態中，通路88在將一個障壁部82與夾著該障壁部82之二個搬送部81設為一個單元時，跨於兩個搬送部81之筒體39與障壁部82之筒體39之間形成。此時，通路88在沿螺桿本體37之軸向之同一直線上，以特定之間隔(例如等間隔)排列為一行。
再者，通路88在筒體39之內部設置於與旋轉軸38之軸線O1偏心之位置。換言之，通路88與軸線O1偏離，在螺桿本體37旋轉時繞軸線O1公轉。
如圖7所示，通路88係具有例如圓形之剖面形狀之孔。該通路88之內徑例如為1mm以上且未達8mm，較佳為1mm以上且未達5mm，更佳為3mm。
搬送部81及障壁部82之筒體39具有規定孔之筒狀之壁面89。亦即，通路88係由中空之空間形成之孔，壁面89在周向連續包圍中空之通路88。藉此，通路88構成為僅容許原料之流通之中空之空間。換言之，在通路88之內部完全不存在構成螺桿本體37之其他要素。再者，壁面89在螺桿本體37旋轉時，在不以軸線O1為中心自轉下繞軸線O1公轉。
如圖5、圖6、圖9、及圖10所示，各通路88具有連通入口91、出口92、入口91與出口92之間之通路本體93。入口91及出口92接近一個障壁部82之兩側而設置。換言之，連通入口91與出口92之通路本體93在螺桿本體37之內部跨於障壁部82而配置。若換另一種理解方式，則於在相鄰之二個障壁部82之間鄰接之一個搬送部81中，入口91在該搬送部81之下游端附近之外周面開口，且出口92在該搬送部81之上游端附近之外周面開口。
通路本體93沿螺桿本體37之軸向在中途不分歧而呈一條直線狀延伸。作為一例，在圖式中顯示通路本體93與軸線O1平行地延伸之狀態。通路本體93之兩側在軸向被閉合。
而且，1條通路88之出口92配置於較在原料之搬送方向(參照箭頭X方向)之下游側相鄰之另一通路88之入口91更上游側。
詳細而言，入口91設置於通路本體93之一方側、亦即靠螺桿本體37之基端之部分。此時，入口91可自通路本體93之一側之端面朝螺桿本體37之外周面開口，或可自靠通路本體93之一側之端面之部分、亦即端面之近前之部分朝螺桿本體37之外周面開口。此外，入口91之開口方向不限定於與軸線O1正交之方向，可為與軸線O1交叉之方向。此時，自通路本體93之一側朝複數個方向開口，藉此可設置複數個入口91。
出口92設置於通路本體93之另一側(與一側為相反側)、亦即靠螺桿 本體37之前端之部分。此時，出口92可自通路本體93之另一側之端面朝螺桿本體37之外周面開口，或可自靠通路本體93之另一側之端面之部分、亦即端面之近前之部分朝螺桿本體37之外周面開口。此外，出口92之開口方向不限定於與軸線O1正交之方向，可為與軸線O1交叉之方向。此時，自通路本體93之一側朝複數個方向開口，藉此可設置複數個出口92。
將該等入口91與出口92之間相連之通路本體93就前述每一單元橫切障壁部82，且具有跨於夾著該障壁部82之二個搬送部81之間之長度。此時，通路本體93之口徑既可設定為小於入口91及出口92之口徑，也可設定為同一口徑。在任一情形下，由該通路本體93之口徑規定之通路剖面積均設定為遠小於上述之圓環形之搬送路徑53之沿徑向之圓環剖面積。
在本實施形態中，在自旋轉軸38卸下形成有螺旋片84、86之複數個筒體39而分解螺桿21時，至少形成有螺旋片84、86之一部分之筒體39可改稱為螺桿元件。
如是，螺桿21之螺桿本體37可藉由在旋轉軸38之外周上依次配置作為螺桿元件之複數個筒體39而構成。因而，例如可相應於原料之混練程度進行搬送部81及障壁部82之更換或重組，且可容易進行更換/重組時之作業。
再者，藉由在第2軸部41之軸向緊固複數個筒體39而使相鄰之筒體39 之端面相互密接，而形成通路88之通路本體93，經由該通路本體93將通路88之入口91至出口92一體地連通。因而，當在螺桿本體37形成通路88時，只要對與螺桿本體37之全長相比長度大幅地變短之各個筒體39施加加工即可。因而，形成通路88時之操作性及處理變容易。
根據此構成之高剪切加工裝置1000，第1擠出機2將複數種樹脂預混練。藉由該混練而熔融之樹脂為具有流動性之原料，自第1擠出機2朝第2擠出機3連續供給。
對第2擠出機3供給之原料係如圖9中箭頭C所示般，被投入位於螺桿本體37之基端之側之搬送部81之外周面。此時，若自螺桿本體37之基端觀察，螺桿21逆時針地左旋轉，則搬送部81之螺旋片84如圖9中實線之箭頭所示般朝向螺桿本體37之前端朝搬送方向(箭頭X方向)連續搬送該原料。
此時，對原料賦予因沿搬送路徑53回轉之螺旋片84與汽缸部33之內周面之間之速度差產生之剪切作用，且根據螺旋片84之輕微扭轉情况攪拌原料。其結果為，將原料正式地混練，進行原料中所含之高分子成分(聚丙烯)之分散化。
受到剪切作用之原料沿搬送路徑53到達搬送部81與障壁部82之間之邊界。障壁部82之螺旋片86在螺桿21左旋轉時，以自螺桿本體37之前端朝向基端搬送原料之方式朝左方向扭轉。其結果為，由該螺旋片86阻擋原 料之搬送。換言之，障壁部82之螺旋片86在螺桿21左旋轉時，藉由限制由螺旋片84搬送之原料之流動，而妨礙原料穿過障壁部82與汽缸部33之內周面之間之間隙。
此時，在搬送部81與障壁部82之間之邊界，原料之壓力提高。具體地說明如下，在圖10中，以濃淡程度表示搬送路徑53中之與螺桿本體37之搬送部81對應之部位的原料之充滿率。亦即，在該搬送路徑53中，色調越濃則原料之充滿率越高。由圖10可詳知，在與搬送部81對應之搬送路徑53中，伴隨著靠近障壁部82而原料之充滿率提高，在障壁部82之正前方原料之充滿率為100%。
因而，在障壁部82之正前方形成有原料之充滿率為100%之「原料積留部R」。在原料積留部R中，藉由原料之流動被阻擋，而該原料之壓力上升。壓力上升之原料如圖9及圖10中虛線之箭頭所示般，自在搬送部81之下游端開口之入口91朝通路本體93連續流入，在該通路本體93內自螺桿本體37之基端朝前端連續流通。
此外，螺桿21之周速較佳為0.5m/s以上3.0m/s以下，更佳為0.63m/s以上2.51m/s以下。
所謂螺桿21之周速係指設置於螺桿本體37之螺旋片84之前端面之任意一點之周速。所謂螺旋片84之前端面係指與汽缸部33之內周面對向之螺旋片84之面。詳細而言，所謂螺桿21之周速係指螺桿本體37之螺旋片 84之前端面之任意一點每單位時間前進之速度(m/s)。此外，以下，將設置於螺桿本體37之螺旋片84之前端面之任意一點之周速簡單地稱為螺桿21之周速而進行說明。
此處，如上述般，由通路本體93之口徑規定之通路剖面積遠小於沿汽缸部33之徑向之搬送路徑53之圓環剖面積。若換另一種理解，基於通路本體93之口徑之寬廣區域遠小於圓環形狀之搬送路徑53之寬廣區域。因而，在自入口91流入通路本體93時，藉由原料被急劇地擠壓，而對該原料賦予拉伸作用。
再者，由於通路剖面積充分地小於圓環剖面積，故積留於原料積留部R之原料不會消失。亦即，積留於原料積留部R之原料其一部分連續流入連續入口91。在此期間，由螺旋片84朝向障壁部82送入新的原料。其結果為，原料積留部R之障壁部82之正前方之充滿率始終被維持為100%。此時，即便在螺旋片84對原料之搬送量產生稍許之變動，其變動狀態也會被殘存於原料積留部R之原料吸收。藉此，可連續且穩定地對通路88供給原料。因而，在該通路88中，可對原料不中斷地連續賦予拉伸作用。
通過通路本體93之原料如圖10中實線之箭頭所示般自出口92流出。藉此，該原料連續返回至相對於障壁部82在螺桿本體37之前端之側相鄰之另一搬送部81之外周面上。返回之原料藉由另一搬送部81之螺旋片84朝螺桿本體37之前端之方向連續搬送，在此搬送之過程中再次受到剪切作 用。受到剪切作用之原料自在搬送方向下游側相鄰之下一通路本體93之入口91朝通路本體93連續流入，且於在該通路本體93流通之過程中再次受到拉伸作用。
亦即，在第2擠出機3中執行沿搬送方向(箭頭X方向)連續重複由螺桿21之旋轉進行之原料之混練、及原料之通路88之流通的混練步驟。
在本實施形態中，複數個搬送部81及複數個障壁部82在螺桿本體37之軸向上交替地排列，且複數條通路88在螺桿本體37之軸向存在間隔地排列。因而，自供給口34投入螺桿本體37之原料係如圖9及圖10所示般一面交替地重複受到剪切作用及拉伸作用一面自螺桿本體37之基端朝前端之方向連續朝搬送方向(箭頭X方向)被搬送。因而，强化原料之混練之程度，而促進原料之高分子成分(聚丙烯)之分散。
而後，到達螺桿本體37之前端之原料成為充分地經混練之混練物，自噴出口36a朝第3擠出機4連續供給，而自混練物連續去除該混練物中所含之氣體狀物質及其他揮發成分。
以上，根據本實施形態，在第2擠出機3中，自第1擠出機2供給之原料朝螺桿本體37之軸向(箭頭X方向)搬送，在此搬送之過程中，對原料重複賦予剪切作用及拉伸作用。亦即，本實施形態之第2擠出機3執行沿搬送方向(箭頭X方向)連續重複由螺桿21之旋轉進行之原料之混練、及原料之通路88之流通的混練步驟。詳細而言，混練步驟係包含下述步驟之步驟， 即：搬送路徑搬送步驟，其沿搬送路徑搬送原料；及通路流通步驟，其藉由由障壁部82限制搬送部81之搬送而提高原料之壓力，使壓力經提高之原料自位於搬送部81之入口91流入通路，使流入通路之原料朝向出口92與搬送部81之搬送方向同向地流通，並使通路中流通之原料朝較出口92更靠螺桿本體之外周流出。因而，在本實施形態之混練方法中，藉由利用上述第2擠出機3之混練步驟可製作機械物性為高之混練物。
亦即，在本實施形態之混練方法中，根據上述混練步驟，對於朝搬送方向X被搬送之原料連續重複賦予剪切作用及拉伸作用。
因而，對原料無間斷地連續重複賦予剪切作用及拉伸作用。因而，認為强化原料之混練之程度，而促進原料中所含之PP(聚丙烯)之分散。
而且，認為藉由促進原料中所含之PP之分散，而實現混練物中之PP結晶以奈米等級更緻密地配向而成之結晶構造，獲得機械物性為高之混練物。
又，在本實施形態之第2擠出機3中，由於原料不會在螺桿本體37之外周面上之同一部位循環若干次，故可自第2擠出機3朝第3擠出機4不間斷地供給原料。
又，在本實施形態中，由第1擠出機2預混練之原料不間斷地對第2擠出機3持續供給。因而，在第1擠出機2之內部，原料之流動不會暫時滯 留。藉此，可防止因經混練之原料在第1擠出機2之內部滯留而產生之樹脂之溫度變化、黏度變化或相變化。其結果為，可自第1擠出機2對第2擠出機3供給品質始終均一之原料。
再者，根據本實施形態，可實現混練物之完全連續生產，而非外觀上之連續生產。亦即，可一面自第1擠出機2遍及第2擠出機3及第3擠出機4不斷地連續搬送原料，一面在第2擠出機3中對原料交替地賦予剪切作用及拉伸作用。根據上述之構成，自第1擠出機2對第2擠出機3穩定地供給熔融狀態之原料。
又，根據本實施形態，由於對原料賦予拉伸作用之通路88在相對於成為螺桿本體37之旋轉中心之軸線O1偏心之位置於螺桿本體37之軸向延伸，故通路88繞軸線O1公轉。換言之，規定通路88之筒狀之壁面89在不以軸線O1為中心自轉下繞軸線O1公轉。
因而，在原料通過通路88時，原料在通路88之內部不會被大力攪拌。因而，通過通路88之原料不易受到剪切作用，通過通路88在搬送部81之外周面返回之原料主要受到拉伸作用。因而，在本實施形態之螺桿21中亦然，可明確的决定對原料賦予剪切作用之部位及對原料賦予拉伸作用之部位。
[實施例]
以下顯示用於更詳細地說明本發明之實施例，但本發明並非係限定 於實施例者。此外，符號與上述實施形態中所說明之高剪切加工裝置1000之構成對應。
首先，作為對第1擠出機2供給之材料，利用小島產業株式會社製之複合强化PP(滑石)等級、型號GT5A，而進行以下之實驗。此外，材料形態係將乙烯-丙烯-二烯橡膠及滑石揉入聚丙烯之顆粒。
(實施例1)
在本實施例1中，藉由對高剪切加工裝置1000之第1擠出機2投入材料，將由第1擠出機2預混練之原料在第2擠出機3中混練，並在第3擠出機(脫泡機)4中脫泡，而獲得混練物。
此外，在第2擠出機3中，使用利用圖1~圖10所說明之構成之第2擠出機3。
又，在本實施例1中，利用以下之裝置條件之第2擠出機3按照以下之混練條件進行了混練。
<裝置條件及混練條件>
‧螺桿21之直徑(外徑)：48mm
‧螺桿21之有效長度(L/D)：6.25
‧螺桿21之周速：0.63m/s
‧通路88之內徑：3mm
‧通路88之數目：2條
‧對第2擠出機3之原料供給量(擠出質量)：5kg/h
‧滾筒設定溫度：200℃
‧此外，在第1擠出機2中，使用東芝機械製雙軸擠出機TEM-26SX(螺桿標稱直徑26mm)，螺桿7a、7b之螺旋片14、圓盤15、螺旋片16採用以熔融材料為主之構成。
<混練步驟>
藉由以上述裝置條件及混練條件，利用第2擠出機3將原料混練，而製作混練物1。
<評估>
<機械物性之評估>
針對在本實施例1中製作之混練物1進行了機械物性之評估。此外，在機械物性之評估中，針對利用第2擠出機3以上述裝置條件及上述混練條件製作之混練物1，利用藉由第3擠出機(脫泡機)4脫泡後之混練物1，進行了機械物性之評估。
對於機械物性之評估利用材料及混練物1之成形品。所謂材料及混練物1各者之成形品係指利用射出成形機以汽缸溫度200℃、射出速度40mm/s之條件將材料及脫泡後之混練物1各者成形者。
在本實施例中，作為機械物性係對沙比衝擊强度進行了測定。
沙比衝擊强度對材料及脫泡後之混練物1各者之成形品以切削工具設置缺口，而製作由JIS-K7111規定之3.0mm厚度之沙比衝擊試驗片。利用此試驗片以基於JIS-K7111之方法測定了衝擊值。進行10次測定，而採用其平均值。
又，測定將材料之成形品之沙比衝擊强度設為基準值「1」時的脫泡後之混練物1之成形品之沙比衝擊强度之相對值。材料之成形品之沙比衝擊强度為18.28kj/m2。
在表1中顯示評估結果。
<PP之分散度評估>
評估在本實施例1中製作之混練物1中之PP之分散度。PP之分散度之評估係藉由圖像解析進行。
具體而言，算出利用電子顯微鏡以倍率50000拍攝脫泡後之混練物1之圖像中之PP所佔面積之比例。而且，改變混練物1之拍攝位置而針對總計3個部位進行該操作，將PP所佔面積之比例之平均值算出為分散度。在圖11中顯示在本實施例1中製作之脫泡後之混練物1之圖像。在本實施例1中製作之脫泡後之混練物1中之PP之分散度為61.0%。
(實施例2)
除將實施例1之螺桿本體37之周速設為1.26m/s之點以外，以與實施例1相同之裝置條件及混練條件利用第2擠出機3將原料混練，製作混練物2來作為混練物。而後，與實施例1同樣地，利用藉由第3擠出機(脫泡機)4脫泡後之混練物2，以與實施例1相同之條件進行機械物性之評估。在表1中顯示評估結果。
(實施例3)
除將實施例1之螺桿本體37之周速設為1.88m/s之點以外以與實施例1相同之裝置條件及混練條件利用第2擠出機3將原料混練，製作混練物3來作為混練物。而後，與實施例1同樣地，利用藉由第3擠出機(脫泡機)4脫泡後之混練物3，以與實施例1相同之條件進行機械物性之評估。在表1中顯示評估結果。
(實施例4)
除將實施例1中之第2擠出機3之擠出質量設為10kg/h，將螺桿本體37之周速設為2.51m/s之點以外，以與實施例1相同之裝置條件及混練條件利用第2擠出機3將原料混練，製作混練物4來作為混練物。而後，與實施例1同樣地，利用藉由第3擠出機(脫泡機)4脫泡後之混練物4，以與實施例1相同之條件進行機械物性之評估。在表1中顯示評估結果。
(比較例1)
除針對實施例1中利用之第2擠出機3利用不具備通路88之構成之第2擠出機3，且將螺桿本體37之周速設為0.38m/s之點以外，以與實施例1相 同之裝置條件及混練條件利用第2擠出機3將原料混練，製作比較混練物1。而後，與實施例1同樣地，利用藉由第3擠出機(脫泡機)4脫泡後之比較混練物1，以與實施例1相同之條件進行機械物性之評估。在表1中顯示評估結果。
(比較例2)
除針對實施例1中利用之第2擠出機3利用不具備通路88之構成之第2擠出機3，且將螺桿本體37之周速設為0.63m/s之點以外，以與實施例1相同之裝置條件及混練條件利用第2擠出機3將原料混練，製作比較混練物2。而後，與實施例1同樣地，利用藉由第3擠出機(脫泡機)4脫泡後之比較混練物2，以與實施例1相同之條件進行機械物性之評估。在表1中顯示評估結果。
(比較例3)
除針對實施例1中利用之第2擠出機3利用不具備通路88之構成之第2擠出機3，且將螺桿本體37之周速設為1.26m/s之點以外，以與實施例1相同之裝置條件及混練條件利用第2擠出機3將原料混練，製作比較混練物3。而後，與實施例1同樣地，利用藉由第3擠出機(脫泡機)4脫泡後之比較混練物3，以與實施例1相同之條件進行機械物性之評估。在表1中顯示評估結果。
(比較例4)
除針對實施例1中利用之第2擠出機3利用不具備通路88之構成之第2 擠出機3，且將螺桿本體37之周速設為1.88m/s之點以外，以與實施例1相同之裝置條件及混練條件利用第2擠出機3將原料混練，製作比較混練物4。而後，與實施例1同樣地，利用藉由第3擠出機(脫泡機)4脫泡後之比較混練物4，以與實施例1相同之條件進行機械物性之評估。在表1中顯示評估結果。
(比較例5)
除針對實施例1中利用之第2擠出機3利用不具備通路88之構成之第2擠出機3，且將螺桿本體37之周速設為2.51m/s之點以外，以與實施例1相同之裝置條件及混練條件利用第2擠出機3將原料混練，製作比較混練物5。而後，與實施例1同樣地，利用藉由第3擠出機(脫泡機)4脫泡後之比較混練物5，以與實施例1相同之條件進行機械物性之評估。在表1中顯示評估結果。
(比較例6)
將材料用作比較例6之比較混練物6。而後，以與實施例1相同之條件進行了機械物性之評估。在表1中顯示評估結果。
<評估結果之比較>
如表1所示，在實施例1~實施例4中製作之混練物1~混練物4與在比較例1~比較例3中製作之比較混練物1~比較混練物3及作為材料之比較混練物6相比，沙比計測值及沙比衝擊强度之相對值提高。詳細而言，相對於比較混練物1之沙比計測值為18.49kj/m2，在實施例1~實施例4中製 作之混練物1~混練物4之沙比計測值全部表示超過比較混練物1之沙比計測值之18.5kj/m2以上之值。此外，比較混練物4及比較混練物5在混練步驟中原料之溫度與實施例1~實施例4相比急劇上升而熱劣化，而無法測定沙比衝擊强度。
因而，在實施例1~實施例4中製作之混練物1~混練物4與在比較例1~比較例5中製作之比較混練物1~比較混練物5及作為材料之比較混練物6相比，可確認獲得機械物性更高之混練物。
又，在實施例1中製作之混練物1中之PP之分散度如上述般為61.0%(參照圖11)。又，如圖11所示，在實施例1中製作之混練物1係包含聚丙烯系樹脂組合物之混練物，可確認顯示包含PP之第1相(圖11中為黑色部分)與包含EPDM之第2相(圖11中為白色及灰色部分)相互連結之相互連結構造。又，如圖11所示，在實施例1中製作之混練物1無法確認第1相與第2相之海島構造。
另一方面，利用與混練物之分散度之算出相同之方法算出作為材料之比較混練物6中之PP之分散度。在圖12中顯示材料之圖像。其結果為，材料中之PP之分散度為20.5%。又，如圖12所示般，材料可確認以包含EPDM之第2相(圖12中為白色及灰色部分)為海相，以包含聚丙烯之第1相(圖12中為黑色部分)為島相的海島構造，無法確認該等第1相與第2相之相互連結構造。
因而，無法確認在實施例1中製作之混練物1中之PP之分散度之提高及相互連結構造。又，針對PP之分散度亦然，相對於材料中之PP之分散度為20.5%，在實施例1中製作之混練物1中之PP之分散度表示超過材料中之PP之分散度之21%以上之值。
又，本發明之混練方法亦可謂藉由利用先前之雙軸擠出機將例如包含兩種非互溶性樹脂等之材料混練而進行製作，而用於對一般市售之原始丸粒之樹脂組合物提高物性的再混練方法。
通常，若以先前之雙軸混練機將原始丸粒之樹脂組合物再混練，則產生熱劣化，所製作之混練物之物性容易較原始丸粒之時點之物性降低。然而，與材料之原始丸粒之射出成形品相比，根據本發明之混練方法，將該原始丸粒再混練而獲得之實施例1至實施例4之混練物之射出成形品之物性提高。
藉此，本發明之混練方法對原始丸粒之再混練可視為升級混練，可將藉由升級混練製作且物性較原始丸粒提高之顆粒設為升級顆粒。
再者，也可將本發明之混練方法之升級混練應用於例如將所回收之樹脂組合物粉碎、熔融而製作再生顆粒等之再生原料之塑膠再循環。容易理解為，藉由本發明之混練方法對粉碎材料之升級混練製作之再生顆粒為與較粉碎材料之時點相比物性提高之升級再生顆粒。
此外，上述內容中，雖然說明了本發明之實施形態，但上述實施形態係作為例子而提出者，並非意欲限定發明之範圍。此新穎之實施形態可以其他各種形態實施，在不脫離發明之要旨之範圍內可進行各種省略、置換、變更。此實施形態及其變化，包含於發明之範圍及要旨內，且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍內。
Figure 108112135-A0305-02-0033-1
3‧‧‧第2擠出機
20‧‧‧滾筒
21‧‧‧螺桿
31‧‧‧滾筒單元
32‧‧‧貫通孔
33‧‧‧汽缸部
34‧‧‧供給口
35‧‧‧冷媒通路
36‧‧‧頭部
36a‧‧‧噴出口
37‧‧‧螺桿本體
38‧‧‧旋轉軸
39‧‧‧筒體
40‧‧‧第1軸部
42‧‧‧接頭部
43‧‧‧止擋部
44‧‧‧第1軸環
51‧‧‧第2軸環
52‧‧‧固定螺釘
53‧‧‧搬送路徑
81‧‧‧搬送部
82‧‧‧障壁部
84‧‧‧螺旋片
86‧‧‧螺旋片
88‧‧‧通路
91‧‧‧入口
92‧‧‧出口
O1‧‧‧軸線

Claims (8)

  1. 一種混練方法，其係利用擠出機之螺桿將原料混練且搬送，並連續噴出所產生之混練物者，且前述螺桿具有：螺桿本體，其以沿前述原料之搬送方向之直線狀之軸線為中心旋轉；搬送部，其沿前述螺桿本體之軸向設置，伴隨著前述螺桿本體之旋轉而沿遍及前述螺桿本體之周向之外周面朝軸向搬送前述原料；障壁部，其設置於前述螺桿本體，在與前述搬送部相鄰之位置限制前述原料之軸向之搬送；及通路，其以跨於前述障壁部之方式設置於前述螺桿本體之內部，連通在前述螺桿本體之外周面開口之入口與出口；且前述混練方法包含：搬送路徑搬送步驟，其沿搬送路徑搬送前述原料；及通路流通步驟，其藉由由前述障壁部限制前述搬送部之搬送而提高前述原料之壓力，使壓力經提高之前述原料自位於前述搬送部之前述入口流入前述通路，使流入前述通路之原料朝向前述出口而與前述搬送部之搬送方向同向地流通，使前述通路中流通之原料自前述出口向以周速0.5m/s以上3.0m/s以下旋轉之前述螺桿本體之外周流出；並且前述原料係含有聚丙烯及烯烴橡膠之聚丙烯系樹脂組合物。
  2. 如請求項1之混練方法，其中複數個前述搬送部與前述障壁部在前述螺桿本體之軸向交替地排列配置，重複複數次前述搬送路徑搬送步驟及前述通路流通步驟，直至前述原料作為前述混練物噴出為止。
  3. 如請求項1或2之混練方法，其中前述通路之內徑為1mm以上8mm以下。
  4. 如請求項3之混練方法，其中前述聚丙烯系樹脂組合物係熱塑性樹脂，其包含25質量%以上90質量%以下之聚丙烯，0.1質量%以上40質量%以下之烯烴橡膠，及5質量%以上55質量%以下之滑石。
  5. 如請求項2之混練方法，其中前述聚丙烯系樹脂組合物係熱塑性樹脂，其包含25質量%以上90質量%以下之聚丙烯，0.1質量%以上40質量%以下之烯烴橡膠，及5質量%以上55質量%以下之滑石。
  6. 一種混練物，其係包含聚丙烯系樹脂組合物者，且前述混練物之聚丙烯之分散度為21%以上。
  7. 一種混練物，其係包含聚丙烯系樹脂組合物者，且沙比衝擊强度為18.5kj/m2以上。
  8. 一種混練物，其係包含聚丙烯系樹脂組合物者，且 顯示將包含聚丙烯之第1相與包含烯烴橡膠之第2相相互連結之相互連結構造。
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