JPH0578406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱可塑性樹脂成形用の押出装置に用
いられる熱可塑性樹脂成形用スクリユーに関す
る。 〔背景技術とその問題点〕 熱可塑性樹脂から押出成形、ブロー成形、射出
成形などによりシート、フイルム、容器などの各
種成形品が得られるが、これらのいずれの成形分
野においても、樹脂の加熱、溶融、混練を充分に
行う上には押出装置のスクリユーの構造が重要な
要因となつている。 従来の最も一般的なスクリユーでは、例えば第
１図に示されるような樹脂供給側から樹脂押出側
に向かつて順次、供給部１、圧縮部２および計量
部３が設けられたフルフライメタリングスクリユ
ーの如く、圧縮比を大きくすることにより溶融樹
脂の混練を充分に行うことを主目的としていた。
したがつて、樹脂の混練は充分に行われるもの
の、圧縮比が大きく高剪断を伴うために幾つかの
問題点を有していた。即ち、圧縮比が大きく高剪
断を伴うと、高速押出成形の際に樹脂圧が変動し
やすくなり、高品質の成形品を安定して得ること
ができない。また、高速押出成形した場合、混練
が充分に行われるということは、スクリユーの先
端部付近において樹脂が大きな剪断応力を受け、
この高剪断応力に伴い機械的な発熱が生じて樹脂
温度が必要以上に上昇して低粘性となり、樹脂劣
化を招いて成形品の物性を低下させ、さらに、押
出成形では引取りやサイジングが困難となり、射
出成形では鼻たれが発生したりする。 また、高速押出成形においては、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。従つて、この駆動エネルギ
ー、更には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、省エネルギーの
点、冷却のための設備を要する等の点で大きな問
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、ポリスチレン等であつて、比較
的分子量分布が狭い等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
粘度を示す特性）を示す熱可塑性樹脂の場合に大
きな問題となる。 このため、圧縮比を比較的小さくし、場合によ
つては１以下として剪断発熱の発生を抑えた構造
のスクリユーも種々提案されているが、いずれの
場合も混練が不充分となり、その結果、樹脂温度
の不均一化を招くとともに各種添加剤の分散も不
充分となり、良好な成形品を得ることが困難であ
り、利用範囲は極めて制限されている。 ところで、本出願人は、これら従来技術の問題
点を解決するため、スクリユーの圧縮部を比較的
小さな圧縮比にした緩圧縮部を備えた新規な技術
を既に提案しており特開昭61−144324号公報、特
願昭59−266398号）、本発明はこれと同様の目的
を有し、更に改良したものである。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、従来は両立させることの困難
であつた充分な混練性と高い成形安定性とを両立
させ得るスクリユー構造を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段および作用〕 本発明は、樹脂供給側から樹脂押出側に向かつ
て順次、供給部圧縮比が３以下の緩圧縮型の圧縮
部、前記圧縮部からの樹脂の流れに抵抗を与える
トーピード型の剪断部、圧縮比が２〜0.5の応力
緩和部を設け、圧縮部ないし剪断部により樹脂に
過大な応力を加えることなく充分な圧縮および剪
断を行ない、かつ剪断部により圧縮部から応力緩
和部への樹脂流入を制限して応力緩和部を２〜
0.5の低圧縮比とすることを可能とするとともに、
剪断部とは別にその直前または直後の少なくとも
一方には単数もしくは複数の歯車状またはダルメ
ージ式の混合部を設けて充分な混練を確保し、こ
れにより剪断応力の蓄積を抑えながら充分な混練
がなされるようにして前記目的を達成しようとす
るものである。 〔実施例〕 以下、本発明を図面に基づきながら更に詳細に
説明する。 まず、本発明に用いる熱可塑性樹脂としては特
に制限されるものでなく、たとえば高密度ポリエ
チレン、高圧法低密度ポリエチレン、直鎖状低密
度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン又は
プロピレンと他のα−オレフインとの共重合体、
ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリ
カーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニ
トリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフエニレンオ
キサイド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフエ
ニレンサルフアイド、ポリケトンなどを例示する
ことができる。なかでも、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
スチレン等であつて、比較的分子量分布が狭い等
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特性）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。更に剪断発熱に基づく樹脂温度の上昇によ
り、樹脂の劣化や添加剤の劣化、分解を生じる虞
れがある。 また、本発明に用いられる樹脂のうち、押出さ
れた溶融樹脂の透明性、光沢等を改良するものの
対象となる樹脂としては、ポリプロピレン、エチ
レン等の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
チレン等がある。これらの樹脂は、その結晶化に
よつて透明性が本当に優れた成形品シート、フイ
ルムを製造することは非常に困難であつた。 第２図には本発明に係る熱可塑性樹脂成形用ス
クリユーの一例が示され、図中、樹脂供給側から
樹脂押出側に向かつて順次、供給部１１、圧縮部
１２、剪断部１３、混合部１４および応力緩和部
１５が設けられている。 前記供給部１１に図示しないシリンダの樹脂供
給口から樹脂ペレツトが供給され溶融可塑化され
ながら、スクリユーの推進力により圧縮部１２へ
と圧送される。供給部１１は、通常は圧縮比１の
ストレートスクリユーが用いられる。また、圧縮
部１２は、スクリユーの溝深さが順次浅くなるこ
とで圧縮比が高められ、この圧縮比は３以下、好
ましくは2.5以下の緩圧縮部として構成され、こ
の部分で溶融樹脂は圧縮される。圧縮比が３を越
えると圧縮部１２の端部、即ち剪断部１３に至る
前の部分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、ブレークアツプ現象等が
生じて好ましくない。従つて、供給部１１から圧
縮部１２に至る部分に用いられるスクリユーの形
式は、緩圧縮型であればどのようなものでもよ
く、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でもよい。いずれ
にしても供給部１１および圧縮部１２では、樹脂
の供給、溶融の作用が行われ、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。しかし、圧縮比があまり小さいと、例
えば供給部１１および圧縮部１２を通じて1.5以
下になると、樹脂の不必要な滞留を招くととも
に、初期混練不足をきたすので好ましくない。 剪断部１３は、トーピードまたは周面に軸方向
の条溝加工をしたトーピードの変形であり、ここ
で溶融樹脂の流れに抵抗が与えられ、比較的短時
間の前断により溶融樹脂の均一溶融、混練がなさ
れる。この剪断部１３と、スクリユーを収納する
図示しないシリンダとの間の間隙は、極めて小さ
くされて剪断が大きくなるようにされている。ま
た、剪断部１３の長さは、通常、スクリユー直径
Ｄの0.1〜２倍、好ましくは0.2〜1.5倍であり、剪
断部１３とシリンダーとの平均空隙断面積は、供
給部１１の平均空隙断面積の例えば1/2〜1/20好
ましくは1/3〜1/8の範囲である。しかしながら、
これらの値は、樹脂の種類、区間長さ等によつて
最適のものを選定することが必要である。この
際、剪断部１３がトーピードであれば構造が最も
簡易である。 次に、この剪断部１３に隣接する混合部１４
は、単数若しくは複数の歯車、ダルメージ（周面
に螺旋角の大きい不連続の浅溝多重ねじを切つた
もの）、多角形、フルーテツド（スクリユー軸に
平行に数本の縦溝を設けたもの）およびこれらの
種々の組み合わせ等であり、この混合部１４の外
径は、剪断部１３の外径に略等しいが谷部がかな
り小さくされ、シリンダとの間隙も大きくされて
いる。従つて、ここでは溶融樹脂にはスクリユー
による推進力は加わらず、樹脂の残留応力が緩和
されて専ら溶融樹脂の混合のみが促進される。こ
のように、混合部１４が剪断部１３の樹脂押出側
に配置されていれば、混合部１４で一旦緩和され
た剪断応力が剪断部１３で再び上昇されてしまう
という事がなく、この点では効率的である。 応力緩和部１５は圧縮比２〜0.5、好ましくは
1.6〜0.8のスクリユー構造であり、ここで溶融樹
脂の計量（吐出量の調整）が行われるとともに、
溶融樹脂中になお残留する剪断応力が緩和され、
更に、溶融樹脂の冷却の均一化も行われる。ここ
では残留剪断応力を除去することが種目的であり
高混練、高剪断は生じさせないような構造であ
る。 なお、本明細書中における圧縮比とは、各々の
構造部においてスクリユーのピツチが一定の場合
におえる「（樹脂流入端部の溝深さ）／（樹脂押
出端部の溝深さ）」を意味する。 また、前記剪断部１３よりも樹脂押出側、即ち
混合部１４、正確には図示の剪断部１３と混合部
１４との間の部分も応力緩和部１５と同様に、樹
脂の剪断応力を開放あるいは緩和する部分であ
る。これら応力を緩和する領域の長さは、その構
造によつても異なるが、緩和が充分達成される長
さ、通常、スクリユー直径Ｄの４〜15倍である。 本発明の押出装置にあつては、スクリユーの全
長Ｌと直径Ｄとの比Ｌ／Ｄは、15〜40、好ましく
は20〜34となるように設計される。また、本発明
の使用に際しては、供給部１１のシリンダー内壁
（特にライナー部）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。 このような本発明の一例では、樹脂押出側（先
端側あるいはノズル側）における溶融樹脂の剪断
応力が充分に減少しているため、樹脂圧の変動が
少なく、たとえ高速押出成形を行つても、安定性
良く、偏肉精度に優れた成形を行うことができ
る。また、そのため、均質で、表面特性が良好
で、樹脂によつては透明性も良好な高品質の成形
品を安定して得ることができる。 しかも、混練自体は充分に行われているので、
添加剤の分散も均一となり、この点からも均質な
成形品を得易い。また、高速押出成形が可能であ
るのは、剪断発熱が抑えられるため、樹脂劣化が
起こりにくく、樹脂温度が低く均一化しているか
らであり、更に過熱防止のための冷却手段も不要
となつて省エネルギーに適する。 第３図には本発明に係る熱可塑性樹脂成形用ス
クリユーの第２の例が示されている。この例では
剪断部１３の両側にそれぞれ混合部１６および１
７が設けられている。混合部１６，１７のスクリ
ユー軸方向の長さは、例えば、樹脂押出側の混合
部１７の方が樹脂供給側の混合部１６の２〜数倍
とされ、混合部１６でまず予備的に混合が促進さ
れ、混合部１７で更に混合が充分に行われるとい
うものであつてもよい。 第４図には、本発明の更に異なる例が示されて
いる。この例では、応力緩和部１８が多条ねじ構
造とされている。また、図示しないが、応力緩和
部１５，１８には部分的にねじのない部分を設け
てもよいし、応力緩和部１５，１８の先端部付近
に混合部が付加されていてもよい。更には、圧縮
部１２に多条ねじ部が付加されていてもよい等、
本発明には種々の変形例が含まれる。 実施例および比較例 第１表に示すところの本発明に係るスクリユー
Ａ、本発明とは異なるスクリユーＢ用いて、種々
の条件下で押出成形を行つた結果を第２表に示し
た。用いた樹脂は、ポリプロピレンにあつては出
光ポリプロピレン、F700N、MI（メルトインデツ
クス）７ｇ／10分、出光石油化学(株)製であり、ポ
リカーボネートにあつては出光ポリカーボネー
ト、A3000、分子量29000、出光石油化学(株)製で
ある。

【表】

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、従来は両立させ
ることの困難であつた充分な混練性と高い成形安
定性とを両立させ得るスクリユー構造を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的なスクリユーを示す側面
図、第２〜４図はそれぞれ本発明に係る熱可塑性
樹脂成形用スクリユーの互いに異なる例を示す側
面図、第５図は混合部の一例の一部を示す拡大側
面図である。 １１……供給部、１２……圧縮部、１３……剪
断部、１４，１６，１７……混合部、１５，１８
……応力緩和部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 樹脂供給側から樹脂押出側に向かつて順次、
   供給部、圧縮比が３以下の緩圧縮型の圧縮部、前
   記圧縮部からの樹脂の流れに抵抗を与えるトーピ
   ード型の剪断部、圧縮比が２〜0.5の応力緩和部
   が設けられ、前記剪断部の直前または直後の少な
   くとも一方には単数もしくは複数の歯車状または
   ダルメージ式の混合部が設けられていることを特
   徴とする熱可塑性樹脂成形用スクリユー。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記混合部
   が剪断部の樹脂供給側に設けられていることを特
   徴とする熱可塑性樹脂成形用スクリユー。