JP2000218619A - 押出機用混練分散用部品及びスクリュー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 剪断発熱による樹脂温度の上昇を抑制して、
分散均質性の良好な状態で樹脂を押出すことが出来る混
練分散用部品とそれを装備した押出機用スクリューを提
供する。 【解決手段】 円周上に複数からなる流入溝１と溢流フ
ライト２と堰止めフライト３および流出溝４からなるバ
リヤータイプの押出機用スクリュー１０の混練分散用部
品９において、その途中に中間溝５と溢流フライト２お
よび堰止めフライト３を多段に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性プラスチ
ックの可塑化溶融押出成形に用いる押出機用混練分散用
部品及びスクリューに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂を押出成形する場合に、良
質の樹脂成形品を得るためには、押出機の中で十分に溶
融混練して均質な溶融状態で、樹脂を押し出すことが極
めて重要である。特に原料樹脂によっては押出機内の混
練分散が十分でない場合には、完全に溶融しきれない未
溶融物とか、あるいは、高分子量成分が微細なゲル状の
ブツ（物）として押し出され、不均質のまま成形され
て、成形品の物性が劣ったものになる。

【０００３】透明な成形品の場合には、これらの不均質
性は異物状あるいは光の透過に対してムラムラ模様とし
て目立つものであり、商品価値が無いものとなってしま
う欠点がある。

【０００４】これらの問題に対処するために、従来から
混練分散用部品として、図５に示すような、円周上に複
数からなる流入溝１と溢流フライト２と堰止めフライト
３および流出溝４からなるバリヤータイプの混練用ミキ
シング部品等が提案され、実際に使用されている。これ
らの混練分散の機構は、溢流フライト２とバレルとの間
隙に樹脂を強制的に通過させることにより、樹脂に剪断
応力を作用させて未溶融物等をすりつぶし、分散させる
ことにある。

【０００５】また、これらの混練分散用部品は、圧縮部
におけるメインフライトとサブフライトから成る溶融促
進部と併用して使ったり、あるいは分配混合のためのピ
ンミキシング部等と併用して使用する場合もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、押出機
用スクリューの回転数が高くなれば樹脂に作用する剪断
応力も大きくなりすりつぶし効果は発揮されるが、同時
に、高回転数のため発熱作用により樹脂温度が高くなっ
てしまう。射出成形やフィルムキャスティング成形では
樹脂温度が高いことは特に問題とはならないが、ダイレ
クトブロー成形においては樹脂温度が高くなるとパリソ
ンのドローダウンが大きくなる、成形サイクルが長くな
る、等の成形上致命的な問題となる。また、高い樹脂温
度は熱劣化物の発生の原因ともなりうる。

【０００７】これらの問題を避けるために、比較的低い
回転数で運転する場合が常であるが、この場合には混練
分散が不十分となりゲル状のブツやムラムラ模様が発生
するという問題点があった。

【０００８】本発明は、従来技術では混練分散を良くす
ると剪断発熱により樹脂温度が高くなるという従来の常
識とも云える問題点をブレークスルーして、低、中回転
数においても十分な混練分散機能を発揮出来る混練分散
用部品を検討し、剪断発熱による樹脂温度の上昇を抑制
して、分散均質性の良好な状態で樹脂を押出すことが出
来る混練分散用部品とそれを装備した押出機用スクリュ
ーを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、種々検討を重ねた結果、溢流フライトとバレルの
狭い間隙に樹脂を通過させても、１回だけの通過では、
未溶融物等はこの狭い間隙の中を変形して通過してしま
い完全にはすりつぶされずにまだ幾分未溶融の残った状
態であることが分かった。

【００１０】その対策として、狭い間隙を数回通過させ
ることで繰り返しすりつぶし効果を樹脂に与えて未溶融
物あるいは高分子量ゲル等の不均一性を解消できる混練
分散用部品を開発するに至った。

【００１１】具体的には、図１に例示するように、円周
上に複数からなる流入溝１と溢流フライト２と堰止めフ
ライト３および流出溝４からなるバリヤータイプの混練
用部品９において、その途中に多段に中間溝５と溢流フ
ライト２および堰止めフライト３を配置することによっ
て、流入溝１から入ってきた樹脂が流出溝４から出て行
くまでに数回に渡って溢流フライト２とバレルとの間に
形成される狭い間隙ですりつぶされながら通過していく
ことによって十分に混練分散されて均質な状態になる。

【００１２】溢流フライト２を通過する回数が多ければ
多いほど混練分散がなされるが、その部分での圧力損失
も大となり押出量が低下してしまうので、通過回数は
２〜４ 回が最適である。

【００１３】また、流入溝１の入口から流出溝４の出口
までの押出機用スクリューの軸方向の長さが短いと、各
々の溢流フライト２の長さが短くなり圧力損失が大きく
なり、押出量の低下を招くことになるので、軸方向の長
さとしては押出機用スクリュー径に対して２〜４倍の長
さが適切である。

【００１４】さらに、図２に例示するように、流入溝
１、流出溝４および中間溝５を螺旋状の溝にすることに
より、溝自体に樹脂を移送する機能を付与することによ
って圧力損失を少なくすることが出来る。

【００１５】粘度が高い樹脂や、あるいは高剪断速度で
も粘度が低下しない非ニュートン性の少ない樹脂を押出
す場合には、発熱による樹脂温度の上昇を避けるために
も圧力損失を出来るだけ少なくして押出量が低下しない
ように考慮すべきであり、本発明の混練分散用部品につ
いても溝の数、螺旋の角度、長さ等について最適な形状
とする配慮が必要である。

【００１６】例えば、溝数が４本の場合には、圧力損失
の少ない螺旋角度は４０度から６０度の範囲に有り、特
に好ましくは４５度から５０度である。また、溝数が５
本の場合には、５０度から７０度が良く、特に好ましく
は５４度から５８度である。

【００１７】この関係は、溝の数をＮｃとすると、適切
な螺旋角度φ（度）は次式の範囲で表現できる。

【００１８】１０×Ｎｃ ≧ φ ≧ １４×Ｎｃ また、混練分散用部品９，９ａは押出機用スクリュー１
０の圧縮部の後の計量部Ｃの前半に配置するのが好まし
い。

【００１９】このことは、まず計量部Ｃの前半で未溶融
物あるいはゲル状の高分子量成分を混練分散によりすり
つぶし、次いでその後の計量部Ｃの中間から後半部分で
はこれらすりつぶしたものとそれ以前から既に溶融して
いたものとを分配混合することによって、全体に均質な
状態にすることが可能となるのである。

【００２０】さらに、従来から押出機の溶融機能の向上
のために圧縮部で使われている、メインフライトとサブ
フライトから構成される溶融促進部、および、または分
配的混合のために計量部Ｃの後半部において溝の部分に
ピン等の突起物を配置した分配混合部とを本発明の混練
分散用部品と組み合わせた押出機用スクリューとするこ
とにより、より一層の押出安定性、均質性に優れた押出
が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の構成である混練分散用部
品とそれを組み込んだ押出機用スクリューの構成例を図
面に基づいて説明する。図１および図２は本発明に係わ
る混練分散用部品の実施例である。

【００２２】図１は押出機用スクリューの軸と平行な５
組の溝から構成され、混練分散のための溢流フライト２
を３回通過させるタイプの混練分散用部品９を示す。ま
た、図２は４５度の螺旋角度を持つ４組の溝から構成さ
れ、溢流フライト２を３回通過させるタイプの混練分散
用部品９ａを示す。

【００２３】図１に示す混練分散用部品９の構成は、複
数の流入溝１と中間溝５と流出溝４と溢流フライト２と
堰止めフライト３とからなり、流入溝１においては下流
方向の壁と押出機用スクリューの回転方向側の壁が堰止
めフライト３、そして回転方向と反対側の壁が溢流フラ
イト２から構成されている。中間溝５においては、上流
方向と下流方向の壁、および前半部での回転方向と反対
側の壁と後半部での回転方向の壁が堰止めフライト３、
そして前半部での回転方向の壁と後半部での回転方向と
反対側の壁が溢流フライト２から構成されている。さら
に、流出溝４においては、上流方向の壁と回転方向と反
対側の壁が堰止めフライト３、回転方向の壁が溢流フラ
イト２から構成される。

【００２４】溢流フライト２とバレルとの間隙（図示
略）は押出機の口径サイズにより選定されるものである
が、通常口径の１／５０〜１／２００の大きさが好まし
い。堰止めフライト３とバレルとの間隙は通常１／１０
０mm〜２／１００mmが好ましい。中間溝４の段数は図１
の例では２段であるがこれに限定されるものではなく、
２以上であればよい。ただし、段数を多くすると圧力損
失が大きくなり押出量が低下する等の弊害が出てくるの
で、段数としては２〜４段が好ましい。

【００２５】図２に示す混練分散用部品９ａの構成は、
それぞれの溝およびフライトを螺旋状に構成することに
よって、溝内の樹脂を下流側へ輸送する機能を持たせた
ものである。この輸送機能の効果により、圧力損失を低
減させることを可能としたものである。

【００２６】次に、前記混練分散用部品９，９ａと従来
から使用されている溶融促進部品および分配混合部品と
組み合わせた押出機用スクリューの実施例について図３
に基づき説明する。

【００２７】フィード部Ｅ、圧縮部Ｄおよび計量部Ｃか
ら構成される押出機用スクリュー１０において、圧縮部
Ｄにおいてはフィード部Ｅから継続するメインフライト
６によって構成される溝を斜めに横断するサブフライト
７を設けた溶融促進部を構成し、計量部Ｃの前半部に混
練分散用部品９又は９ａを設けた混練分散部Ａを構成
し、さらに、計量部Ｃの後半部にはメインフライト６に
よって構成される溝の中にピン等の突起物８を設けて流
れを攪拌するようにした分配混合部Ｂを組み込んだもの
である。

【００２８】押出機用スクリュー１０を構成している各
部の長さはバレル口径ｄに対して、フィード部Ｅは７〜
１４ｄ、好ましくは９〜１１ｄの範囲、圧縮部Ｄは７〜
１４ｄ、好ましくは９〜１１ｄの範囲、計量部Ｃは４〜
１０ｄ、好ましくは６〜８ｄの範囲である。

【００２９】そして、計量部Ｃのうち前半に設ける混練
分散用部品９又は９ａは１〜４ｄ、好ましくは２〜３ｄ
の長さ、後半部に設ける分配混合部Ｂは１〜３ｄ、好ま
しくは１〜２ｄの長さである。

【００３０】なお、混練分散用部品９又は９ａの組み込
みは本例に限定されるものではなく、通常の押出機用ス
クリューの計量部Ｃに単独で用いることも可能である。

【００３１】混練分散部Ａの作用を図４の例に基づいて
説明する。図中に破線で示すように、流入溝１に流入し
てきた樹脂は、第１の溢流フライト２とバレルとの狭い
間隙を通過して第１の中間溝５に流れて行き、次いで中
間溝５の中を下流に流れて行く。そして第２の溢流フラ
イト２の間隙を通って第２の中間溝５に流れ込み、次い
でこの第２の中間溝５の中を下流に流れて行き、さらに
第３の溢流フライト２の間隙を通過して流出溝４に流れ
込み、最後に流出溝４から出て行く。

【００３２】このようにすべての樹脂が混練分散部Ａを
通過する間に、溢流フライト２とバレルとの狭い間隙に
おいて押出機用スクリュー１０の回転により発生する高
い剪断応力を数回（この例では３回）に渡って受けるこ
とによって十分に混練分散させられるのである。

【００３３】溢流フライト２とバレルの間隙で剪断応力
をかけながら樹脂を通過させても、１回だけの通過では
未溶融物や高分子量成分等のゲル状物は温度で軟らかく
なっているので、変形するだけでこの間隙を通過してし
まい十分に分散するまでには至らならないのが実状であ
る。このようなものを数回に渡って剪断応力をかけるこ
とによってより均一に分散混練することが可能となるも
のである。

【００３４】一方、このような狭い間隙を樹脂を通過さ
せるためには多大な圧力損失が発生し、押出量の低下と
いう不具合が生じる場合がある。このような場合には、
図２に示すように、溝自身に樹脂を下流側に輸送する機
能を付与するために、溝およびフライトを螺旋状に配置
することによって圧力損失を効果的に防止することがで
きる。

【００３５】次に、混練分散部Ａと溶融促進部を備えた
圧縮部Ｄおよび分配混合部Ｂと組み合わせた押出機用ス
クリューにおいては、まずフィード部Ｅから圧縮部Ｄへ
移送されてきた固体樹脂はバレルからの加熱とバレルと
の摩擦による剪断発熱により溶融するが、圧縮部Ｄのサ
ブフライト７により溶融樹脂部と固相樹脂部とに分離さ
れるので、固相樹脂部では剪断発熱が有効に作用して溶
融能力が向上し、溶融が安定し、促進もされる。

【００３６】サブフライト７を乗り越えてきた樹脂は小
さな未溶融物や高分子量のゲル状のもの等を含んでお
り、均質な状態ではない。計量部Ｃに移送されてきたこ
れらのものは、混練分散部Ａに流入して行き、前記のよ
うな作用を受けて剪断応力によりすりつぶされて混練分
散させられる。次いで計量部Ｃの後半部に設けられた分
配混合部Ｂで樹脂の流れが攪拌されて全体が均質にされ
て押し出されて行く。

【００３７】本発明の効果を確認するために、 １：本発明の混練分散用部品９ａ（図２）を通常のフル
フライトタイプの押出機用スクリューに組み込んだ押出
機用スクリューＳ₁、 ２：本発明の混練分散用部品９ａ（図２）をサブフライ
トタイプの溶融促進部とピンタイプの分配混合部と組み
合わせた押出機用スクリューＳ₂、および比較のため
に、 ３：サブフライト７の溶融促進部とピンタイプの分配混
合部Ｂを備えているが混練分散用部品９又は９ａを備え
ていない押出機用スクリューＳ₃、について押出実験を
実施した。

【００３８】実験には口径ｄが５５mmで、長さが Ｌ／
ｄ＝２８の押出機を使用した。使用した樹脂はＭＦＲ
３．０の軟質ポリプロピレンランダムコポリマーであ
る。

【００３９】押出機の先端に丸ダイを取り付けて厚み
０．５mmのシートを成形して、シートに含まれるゲル状
の不均一状態のブツの発生状況を観察した結果を表１に
示す。

【００４０】表１から判るように、混練分散用部品９，
９ａを組み込んだ押出スクリューでは、ブツの発生が驚
くほど減少しており、優れた混練分散効果を有してい
る。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、混練分散
用部品及びそれを用いた押出機用スクリューによれば、
ブツの発生が大幅に減少し、優れた混練分散効果を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる混練分散用部品の一実施例の平
面図である。

【図２】本発明に係わる混練分散用部品の他の実施例の
平面図である。

【図３】本発明に係わる混練分散用部品を組み込んだ押
出機用スクリューの一実施例の平面図である。

【図４】本発明に係わる混練分散用部品における樹脂の
流れを示す模式図である。

【図５】従来の混練分散用部品と樹脂の流れの模式図で
ある。

【符号の説明】

Ａ…混練分散部 Ｂ…分配混合部 Ｃ…計量部 Ｄ…圧縮部 Ｅ…フィード部 １…流入溝 ２…溢流フライト ３…堰止めフライト ４…流出溝 ５…中間溝 ６…メインフライト ７…サブフライト ８…ピン状突起物 ９…混練分散用部品 １０…押出機用スクリュー

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F201 AM32 BA01 BC02 BC12 BD05 BK13 BK46 BK47 BK48 BK50 BK51 4F207 AM32 KA01 KK12 KL04 KL05 KL06 KL07 KL24 KL26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周上に複数からなる流入溝（１）と溢
   流フライト（２）と堰止めフライト（３）および流出溝
   （４）からなるバリヤータイプの混練用部品において、
   その途中に中間溝（５）と溢流フライト（２）および堰
   止めフライト（３）を多段に配置したことを特徴とする
   押出機用混練分散用部品。
2. 【請求項２】 各々の溝およびフライトが下記の条件を
   満足する螺旋角 ψ １０×Ｎｃ ≧ ψ ≧ １４×Ｎｃ （ ここで、Ｎｃ は流入溝の数 ） の角度でねじられた形状をしていることを特徴とする請
   求項１記載の押出機用混練分散用部品。
3. 【請求項３】 フィード部（Ｅ）、圧縮部（Ｄ）、およ
   び計量部（Ｃ）を備えた押出機用スクリューにおいて、
   計量部の一部に請求項１又は２記載の混練分散用部品を
   配置したことを特徴とする押出機用スクリュー。
4. 【請求項４】 熱可塑性プラスチックの可塑化溶融押出
   成形に用いる押出機用スクリューにおいて、フィード部
   （Ｅ）から継続するメインフライト（６）とメインフラ
   イトで形成される溝を分割するサブフライト（７）から
   形成される圧縮部（Ｄ）および、または計量部（Ｃ）の
   一部の溝の部分にピン等の突起を有する分配混合部
   （Ｂ）を有する押出機用スクリューに、請求項１又は２
   記載の混練分散用部品を組み合わせたことを特徴とする
   押出機用スクリュー。