JPH0454573B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 本発明は熱可塑性樹脂の押出方法及びそれに用
いる押出装置に関し、更に詳しくは、樹脂の剪断
発熱が小さく、低い樹脂温度、樹脂圧力で樹脂の
定量安定かつ高速押出ができ、得られた押出樹脂
の透明性、光沢が優れたものになる熱可塑性樹脂
の押出方法とそれに用いる押出装置に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 熱可塑性樹脂のフイルム、シート、またはブロ
ー成形にあつては、従来から、シリンダーとその
中で回転するスクリユーを基本要素とする押出機
に対象の熱可塑性樹脂を供給し、これを連続的に
加熱、溶融、混練して最後に所定形状のダイスか
ら押出すという押出成形法が多用されている。 この押出成形法で使用する押出機において、そ
のスクリユーには各種形式のものが知られてい
る。例えば、スクリユーの溝深さが長手方向で急
激に変化するメタリングタイプのもの；溝深さが
漸減しかつピツチが一定間隔で刻設されているタ
イプのもの；溝深さは一定でしかしピツチ幅は漸
減するタイプのもの；スクリユーの先端部にトー
ピードやダルメージを設けたタイプのもの；など
が一般的である。 これらのスクリユー構造は、いずれも溶融した
樹脂の混練を充分に行なうことを主目的として設
計されたものであつて、その圧縮比が大きい。そ
れゆえ、混練に関しては有効であるが、しかし一
方では次のような問題を派生する。 つまり、まず、高速押出成形した場合、混練が
充分に行なわれるということは、スクリユーの先
端部において樹脂が大きな剪断応力を受け、その
温度が上昇して低粘性となつて樹脂特性の劣化、
ひいては成形品の特性を劣化せしめると同時に押
出安定性が低下し良好な成形品が安定して得られ
ないという問題である。また高速押出において
は、スクリユーの駆動に要する動力が大きく、こ
の動力が樹脂温度の上昇の原因となるため、逆に
樹脂温度の過熱を防止するために外部から冷却す
ることが必要となり、省エネルギー、冷却のため
の設備を要するなどの点で大きな問題となつてお
り、その解決が望まれている。 特にこれらの問題は、熱可塑性樹脂のうちでも
ポリプロピレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポ
リカーボネート、ポリスチレンなどであつて比較
的分子量分布がせまいなどの要因から生ずるニユ
ートニアン剪断特性（高剪断速度下で比較的高い
溶融粘度を示す）を示す熱可塑性樹脂の場合に大
きな問題となる。 このような問題を解消するため、近時、圧縮比
が小さいスクリユー、若しくは１以下の圧縮比の
スクリユーを用いる方法や２−ステージスクリユ
ーを用いる方法などが提案されている。 前者の方法では、確かに樹脂への高剪断は避け
られるが、しかし他方では樹脂の均一溶融、脱
泡、高速定速安定押出ができず、品質の安定した
成形品を得ることができないためこの方法は実用
的とはいえない。また後者の方法は、通常のスク
リユーを二段にしたもので、主としてペントタイ
プ押出機として用いられているが、しかしこれは
各ステージのスクリユー先端部にトーピードやダ
ルメージなどの高剪断が生じる混練部が設けられ
ており、通常の押出機と実質的には変らないもの
である。 以上のように、従来の押出方法において実用可
能な方法は、いずれにしてもスクリユー先端部に
おいて高剪断が生じ、しかも樹脂圧力が高くなる
構造の押出成形機を用いるものである。従つてこ
れらの押出方法では、樹脂圧力、樹脂温度が比較
的高くなると共に、押出機内での剪断によつて生
じた剪断応力が緩和されることなく樹脂はダイス
から押出されるため、ダイ出口でスウエルを生じ
る。このダイスウエルによる変形と溶融樹脂の冷
却が同時に起り、溶融樹脂の表面状態が悪化し
て、透明性、表面光沢などにすぐれ、かつスウエ
ルの少ない良好な押出物を得ることができなかつ
た。したがつてこの押出物を製膜し、あるいはブ
ロー成形し冷却固化してフイルム、シート、中空
容器などに成形した場合、必ずしも満足する成形
品は得られていなかつた。 〔発明の目的〕 本発明は、従来の熱可塑性樹脂の押出方法及び
押出装置における上記した問題点を解消し、樹脂
の剪断発熱が小さく、低い樹脂温度、樹脂圧力で
樹脂の定量安定かつ高速押出が可能になり、かつ
押出物のダイスウエルが小さく、透明性、光沢に
すぐれた押出物を得るための熱可塑性樹脂の押出
方法とそれに用いる押出装置の提供を目的とす
る。 〔発明の概要〕 スクリユーとシリンダーから成る押出機を用い
て熱可塑性樹脂を溶融押出す方法において、ポリ
プロピレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリカ
ーボネート又はポリスチレンのいずれか１種を圧
縮比0.5〜２のらせんスクリユーを備えた緩圧縮
型樹脂供給・溶融部に通し、ついで樹脂流動障害
部に通したのち、圧縮比0.5〜２のらせんスクリ
ユーを備えた樹脂応力緩和部を経由せしめてダイ
より押出す方法であつて、前記樹脂流動障害部の
平均空〓断面積と前記緩圧縮型樹脂供給・溶融部
のスクリユーとシリンダーの平均空〓断面積の比
が、１：２〜１：10であり、かつ前記樹脂流動障
害部の間〓が前記緩圧縮型樹脂供給・溶融部のス
クリユーのフライト先端部と前記シリンダーの内
壁との間〓より大きいことを特徴とする。 まず、本発明に用いる熱可塑性樹脂は、ポリプ
ロピレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリカー
ボネート、ポリスチレンなどである。すなわち、
比較的分子量分布がせまいなどの要因で生ずるニ
ユートニアン剪断特性（高剪断速度下で比較的高
い溶融粘度を示す）を示す熱可塑性樹脂の場合に
好適に用いられる。なぜならばこれらの樹脂は、
押出機中の高剪断域における粘度が高く、この高
粘度の樹脂を押出すためにはスクリユー動力消費
量が大きくなり、押出生産性が低くなつて製造コ
ストが高くなるからである。さらに剪断発熱に基
づく樹脂温度の上昇により、熱安定性の悪い樹脂
にあつては、樹脂の劣化、分解を生じるおそれが
ある。 また本発明の他の目的は、押出された溶融樹脂
の透明性、光沢などを改良するものである。対象
となる樹脂としては、ポリプロピレン、エチレン
などのα−オレフインを20重量％以下共重合した
ランダムポリプロピレン、直鎖状低密度ポリエチ
レンなどがある。これらの樹脂はその結晶化によ
つて透明性が本当にすぐれた成形品シート、フイ
ルムを製造することは非常に困難であつた。 以下、本発明の押出方法及び押出装置を本発明
の１例を示す図面に則して説明する。第１図は本
発明押出装置の１例を示す断面略図である。図で
１はシリンダー、２はシリンダー内で回転するら
せんスクリユーである。シリンダー１の一端には
樹脂供給口１ａが付設され、シリンダー１の他端
には所定形状のダイ３が配設されている。スクリ
ユーモーターのような駆動装置４によつて回転す
る。 図の装置において、区間Ａは樹脂供給・溶融部
であり、供給口１ａから供給された例えばペレツ
トがこの区間で溶融されスクリユー２の推進力に
より混練されながら図の右から左方向へと圧送さ
れていく。本発明装置においては、区間Ａは緩圧
縮型の押出装置であり、具体的には後述する圧縮
比が0.5〜２、好ましくは0.6〜1.5のらせんスクリ
ユーである。区間Ａにおける圧縮比は、樹脂の種
類、押出速度、次にのべる樹脂流動障害部の条件
などによつて決定されるが、通常は圧縮比１のス
トレートスクリユーが用いられる。なお、ここで
圧縮比が２を超えると区間Ａの終端での剪断応力
が大きくなり、樹脂温度の上昇、剪断応力の蓄積
などが生じて好ましくない。また圧縮比が0.5以
下になると樹脂の不必要な滞留を招くと共に初期
混練不足をきたすので好ましくない。 従つて区間Ａで用いるスクリユーの形式は緩圧
縮型であればどのようなものでもよく、ストレー
トタイプ、等ピツチで溝深さが変化するタイプ、
溝深さ一定でピツチが変化するタイプ、急圧縮タ
イプでもよい。いずれにしても区間Ａでは、樹脂
の供給・溶融の作用が行なわれ、次のステージへ
あまり激しい混練を与えることなく送りこむこと
が望ましい。 次に区間Ｂは樹脂流動障害部であつて、区間Ａ
より送られてきた溶融樹脂の流れに抵抗すると共
に、比較的短時間の剪断により樹脂の均一混練を
行なう区間である。なお、第１図〜第３図に示す
ように、溶融樹脂が流れる樹脂流動障害部の間〓
は、前記区間Ａで用いるスクリユーのフライト先
端部とシリンダーの内壁とが形成する間〓より大
きい。障害部の機構５としては、通常の押出機の
先端部に用いられることが知られているリングバ
ルブ、トーピード、ダルメージ、フルーテツド、
ダブルらせん、多角形などからなる機構を任意に
配置したものが一般的である。しかし、障害部５
としては上記機構のみでなく、シリンダー内壁に
設けた適宜な凹所構造とスクリユー軸上の機構と
が組み合わさつたものでもよい。特にリングバル
ブ機構と軸方向に移動可能に設けられたスクリユ
ーによりスクリユーとシリンダー間の空隙を変化
させ流動抵抗を調節自在にした設備は、樹脂の特
性、押出速度、成形品要求物性などによつて最適
な条件を選定できるので好ましい。 樹脂流動障害部を設けない場合には溶融樹脂中
のガスを十分脱気することができないのみなら
ず、溶融樹脂を一定条件でダイより押出すことが
できず、たとえば製品シートの偏肉の原因とな
る。このことは後の実施例、比較例におけるダイ
入口での樹脂圧力変動によつて明らかである。 なお、この区間の長さは、通常シリンダー径の
0.1〜３倍であり、又スクリユーとシリンダーと
の平均空隙断面積は、樹脂供給部の平均空隙断面
積の1/2〜1/10好ましくは1/3〜1/7の範囲である。
しかしながら、これらの値は、樹脂の種類、区間
長さなどによつて前記範囲で最適のものを選定す
ることが必要である。いずれにしても、区間Ｂと
しては、溶融樹脂の脱気、均一混練、押出安定性
を満足する限り、できるだけ剪断応力を低くする
条件で押出すことが好ましい。従つてこの区間Ｂ
の条件は、次に送られる区間Ｃの条件によつて制
限されることとなる。 次に区間Ｂによつて均一混練された溶融樹脂は
次の区間Ｃに送られる。区間Ｃは溶融樹脂の応力
緩和部であり、区間Ｂより送られてきた剪断応力
の残留する溶融樹脂をダイ３まで移送すると共に
溶融樹脂の残留応力を緩和する区間である。又、
同時にこの区間では樹脂の冷却均一化も生ずるも
のと考えられる。従つて、この区間Ｃでは、要は
溶融樹脂をダイまで移送定速押出し、この間に応
力を緩和することが主目的であつて、高混練、高
剪断を生じさせないような構造の押出装置を用い
ることが必要である。この構造としては、圧縮比
0.5〜2.0のらせんスクリユーをシリンダー内に有
していれば特に制限はなく、たとえば、該らせん
スクリユーが第１図に示すように、らせん軸の全
ての区間にスクリユーフライトを有するものであ
つてもよいし、第２図及び第３図に示すように、
らせん軸にスクリユーフライトを欠く部分（らせ
んなし軸６）を有するものであつてもよい。な
お、区間Ｃの構造としては、たとえば第１図及び
第２図に示すように、該らせんスクリユーを、区
間Ｃのシリンダー１内のほぼ全域に配置してもよ
いし、また第３図に示すように、いわゆるスクリ
ユーなし部７を設けてもよい。 なお、本発明にいう圧縮比とは、らせんスクリ
ユーの最上流側のらせん軸とシリンダー内壁とが
形成する空〓のらせん軸方向と直交する断面の面
積に対する、らせんスクリユーの最下流側のらせ
ん軸とシリンダー内壁とが形成する空〓のらせん
軸方向と直交する断面の面積の比をいい、具体的
には、第１図〜第３図に示した押出装置の区間Ｃ
のらせんスクリユーについていうとβ／α（空隙
断面積比）で示される値である。 区間Ｃの長さは、その構造によつても異なる
が、緩和が十分達成される長さ、通常シリンダー
径の４〜15倍である。 なお、ここで樹脂応力緩和部としては前記スク
リユーとシリンダーからなる機構に加えて該機構
とダイとの間に樹脂導管及び／又はギヤーポンプ
を設けることもできる。 本発明の押出装置にあつては、シリンダーの全
長(L)と直径(D)との比：Ｌ／Ｄは15〜35、好ましく
は20〜30となるように設計される。また、樹脂供
給部のシリンダー内壁には軸方向に溝加工するこ
ともでき、これによりペレツトのスムースな供給
が可能になる。 以上、本発明の押出方法およびその押出装置に
ついて詳細に述べてきたが、各区間の構造と組合
わせは、押出に用いる熱可塑性樹脂の種類、製品
の種類、押出物の溶融特性などによつて決定され
るが、とくに区間Ｃにあつては樹脂の剪断応力を
十分緩和できる構造又は長さにすることが好まし
い。かくして区間Ｃの機能に適合するように、供
給された樹脂は区間Ａで溶融低混練されながら区
間Ｂに圧送され、次いで区間Ｂで完全に均一混練
された後蓄積された剪断応力が緩和されながら区
間Ｃを移送され必要により導管及び／又はギヤー
ポンプを介してダイより所定の形状に溶融押出さ
れて冷却固化し製品となるものである。 本発明の押出方法をポリプロピレンに適用した
場合の好ましい一例としては、スクリユーがスト
レートスクリユーである樹脂供給・溶融部、トー
ピード又はリングバルブ機構からなる樹脂流動障
害、ストレートスクリユーからなる樹脂応力緩和
のための移送部からなる装置がある。この装置
は、機構、製造が簡単であつて好適に用いること
ができる。 〔発明の実施例〕 実施例１〜５、比較例１〜７ 密度0.91ｇ／cm³、MI2.0ｇ／10分、融点165℃の
ポリプロピレンホモポリマー（出光石油化学(株)
製、出光ポリプロF200S）を、直径(D)50mm、全長
(L)1300mm（Ｌ／Ｄ＝26）、ダイスの幅500mm、リツ
プ開度２mmが共通し、区間Ａ、区間Ｂ、区間Ｃを
それぞれ異にする表示の押出成形機（10種類）
で、最高シリンダー温度260℃、ダイス温度280
℃、スクリユー回転数250rpmの条件にて押出成
形し樹脂膜状体を得た。なお、本実施例及び比較
例に用いた押出装置において、用いたスクリユー
のフライト先端部とシリンダー内壁との間隔をＳ
（単位：mm）として表に示す。 各押出操作時における樹脂押出量（Kg／hr）、
ダイス部における樹脂圧力（Kg／cm²）、樹脂温度
（℃）、駆動モーターの負荷（Ａ）を測定した。ま
た区間Ｃの先端部における圧力変動を測定して押
出安定性を判定し、更に押出された膜の背面に視
力表を置き膜を介してその写真を撮り膜の透明性
を判定した。押出安定性、透明性に関しては、
◎：優れている、○：良好、△：やや不良、×：
不良で示した。また、モーター負荷／樹脂押出量
をもつて装置のエネルギー効率とし、それを示し
た。 以上の結果を一括して表に示した。

〔発明の効果〕

表の結果から明らかなように、本発明の装置及
び方法を適用すると樹脂の剪断発熱量が少なくな
り、しかも押出量は増大して高速押出が可能にな
る。このことは、樹脂の劣化を防止し、低温押出
を可能にして有用である。また、押出安定性が良
好であるため製品の肉厚のばらつきを小たらしめ
る。更に樹脂圧力も低い。また、ダイスでのスウ
エルが減少するので冷却ムラが抑制され、得られ
た製品の表面が均一であつて光沢に優れ、膜状体
にあつてはその透明性が良好になる。 このように本発明の装置及び方法は、低駆動力
で効率よく優れた特性の熱可塑性樹脂成形品を製
造することができ、シート、フイルム、ブロー成
形に適用してその工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の１例を示す概略縦断面
図、第２，３図はそれぞれ区間Ｃの別の態様を示
す縦断面図である。 １……シリンダー、２……スクリユー、３……
ダイ、４……モーター、５……障害機構、６……
らせんなし軸、７……スクリユーなし部、区間Ａ
……樹脂供給・溶融部、区間Ｂ……樹脂流動障害
部、区間Ｃ……樹脂応力緩和部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スクリユーとシリンダーから成る押出機を用
   いて熱可塑性樹脂を溶融押出す方法において、ポ
   リプロピレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリ
   カーボネート又はポリスチレンのいずれか１種を
   圧縮比0.5〜２のらせんスクリユーを備えた緩圧
   縮型樹脂供給・溶融部に通し、ついで樹脂流動障
   害部に通したのち、圧縮比0.5〜２のらせんスク
   リユーを備えた樹脂応力緩和部を経由せしめてダ
   イより押出す方法であつて、前記樹脂流動障害部
   の平均空〓断面積と前記緩圧縮型樹脂供給・溶融
   部のスクリユーとシリンダーの平均空〓断面積の
   比が、１：２〜１：10であり、かつ前記樹脂流動
   障害部の間〓が前記緩圧縮型樹脂供給・溶融部の
   スクリユーのフライト先端部と前記シリンダーの
   内壁との間〓より大きいことを特徴とする熱可塑
   性樹脂の押出方法。 ２ 緩圧縮型樹脂供給・溶融部が、圧縮比0.6〜
   1.5のらせんスクリユーを備えている特許請求の
   範囲第１項に記載の押出方法。 ３ 樹脂流動障害部が、リングバルブ、トーピー
   ド、ダルメージ、フルーテツド、ダブルらせん、
   多角形などから成る機構を備えている特許請求の
   範囲第１項に記載の押出方法。 ４ 樹脂流動障害部が、前記機構とシリンダー内
   壁構造との組合せからなる特許請求の範囲第１項
   又は第３項に記載の押出方法。 ５ 樹脂流動障害部の区間の長さが、シリンダー
   径の0.1〜３倍である特許請求の範囲第１項、第
   ３項又は第４項に記載の押出方法。 ６ 樹脂応力緩和部の区間の長さが、シリンダー
   径の４〜15倍である特許請求の範囲第１項に記載
   の押出方法。 ７ 押出機のスクリユーの全長(L)と直径(D)の比
   （Ｌ／Ｄ）が、15〜35である特許請求の範囲第１
   項に記載の押出方法。 ８ 樹脂応力緩和部が、スクリユーとシリンダー
   から成る機構とダイとの間に樹脂導管及び／又は
   ギヤーポンプを設けたものである特許請求の範囲
   第１項又は第５項に記載の押出方法。 ９ スクリユーとシリンダーから成る、ポリプロ
   ピレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリカーボ
   ネート又はポリスチレンのいずれか１種を押出す
   装置であつて、圧縮比0.5〜２のらせんスクリユ
   ーを設けた緩圧縮型樹脂供給・溶融部と、それに
   続く樹脂流動障害部と、その後段に設けられた樹
   脂応力緩和のための圧縮比0.5〜２のらせんスク
   リユーを設けた移送部およびダイから成り、前記
   樹脂流動障害部の平均空〓断面積と前記緩圧縮型
   樹脂供給・溶融部のスクリユーとシリンダーの平
   均空〓断面積の比が、１：２〜１：10であり、か
   つ前記樹脂流動障害部の間〓が前記緩圧縮型樹脂
   供給・溶融部のスクリユーのフライト先端部と前
   記シリンダーの内壁との間〓より大きいことを特
   徴とする熱可塑性樹脂押出装置。 １０ 緩圧縮型らせんスクリユーが、圧縮比0.6
   〜1.5である特許請求の範囲第９項に記載の押出
   装置。 １１ 樹脂流動障害部が、リングバルブ、トーピ
   ード、ダルメージ、フルーテツド、ダブルらせ
   ん、多角形などから成る機構を備えている特許請
   求の範囲第９項に記載の押出装置。 １２ 樹脂流動障害部が、スクリユー軸上の機構
   とシリンダー内壁に設けた適宜凹所構造との組合
   せからなる特許請求の範囲第９項又は第１１項に
   記載の押出装置。 １３ 樹脂流動障害部が、リングバルブ機構と軸
   方向に移動可能に設けられたスクリユーとにより
   流動抵抗を調節自在にした設備からなる特許請求
   の範囲第９項、第１１項又は第１２項に記載の押
   出装置。 １４ 樹脂流動障害部の区間の長さがシリンダー
   径の0.1〜３倍である特許請求の範囲第９項、第
   １１項、第１２項又は第１３項に記載の押出装
   置。 １５ 応力緩和のための樹脂移送部の区間の長さ
   が、シリンダー径の４〜15倍である特許請求の範
   囲第９項に記載の押出装置。 １６ 応力緩和のための樹脂移送部が、スクリユ
   ーとシリンダーからなる機構とダイとの間に樹脂
   導管及び／又はギヤーポンプを設けたものである
   特許請求の範囲第９項又は第１５項に記載の押出
   装置。 １７ 押出装置のスクリユーの全長(L)と直径(D)の
   比（Ｌ／Ｄ）が、15〜35である特許請求の範囲第
   ９項に記載の押出装置。 １８ 押出装置のスクリユーが、ストレートスク
   リユーからなる樹脂供給・溶融部、トーピード又
   はリングバルブ機構からなる樹脂流動障害部、ス
   トレートスクリユーからなる樹脂応力緩和のため
   の移送部から形成されたものである特許請求の範
   囲第９項に記載の押出装置。 １９ ストレートスクリユの溝深さ(H)とトーピー
   ド又はリングバルブ機構部のシリンダーとの空〓
   (h)の比（Ｈ／ｈ）が、２〜10である特許請求の範
   囲第９項又は第１８項に記載の押出装置。 ２０ 押出装置のシリンダーの樹脂供給部が、軸
   方向に溝加工されたものである特許請求の範囲第
   ９項記載の押出装置。