JPH07314445A - 押出成形方法および装置ならびにその成形製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タイヤ廃棄物を利用して有用製品を得ること
ができる押出成形方法および装置ならびに押出成形物を
提供する。 【構成】 押出機３０、有用製品の所望断面に対応する
断面の出口を有する遷移ノズル４６、内面からの熱エネ
ルギーを除去するように構成された成形チャンバ５８か
ら装置を構成する。破砕された全タイヤ廃棄物１２と熱
可塑性バインダー材料１６の加熱混合物を押出機３０、
遷移ノズル４６を通じて冷却された成形チャンバ５８内
に連続的に押し出す。成形チャンバ５８から押し出され
た押出成形物を所定寸法に切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱可塑性ポリマーおよび
熱硬化性ポリマーの混合物を押出し成形する方法および
装置ならびにその成形製品に関する。とくに詳細には、
ポリマーの内の少なくとも一つはリサイクルされたもの
である、熱可塑性ポリマーおよび熱硬化性ポリマーの混
合物を押出し成形する方法および装置ならびにその成形
製品に関するものである。さらに、本発明はポリオレフ
ィンおよびリサイクルされたゴムの混合物、さらに詳し
くはポリエチレンとタイヤ粒子の混合物を押出し成形す
る方法および装置ならびにその成形製品に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック材料は日毎に用途を増して
いる。たとえば、プラスチックは、おむつ、包装材料、
台所用品、皿、コップ、注射器、飲料容器やラップフィ
ルムのようなあらゆる種類の使い捨て用品に使われてい
る。他の例としては、プラスチックは、電話機、コンピ
ュータ、ラジオ、ステレオ、調理器具のような電気製品
の主たる構成材料として使われている。さらに別の例と
して、プラスチックは自動車においても、車体の成形、
バンパー、ホース、ライトカバー、内装パネル、どろよ
け、フロアマットやタイヤなどの装備に用いられてい
る。製造業においては、プラスチックは、電線、電話
線、パネル、水平表面カバー、スイッチおよび成形品に
用いられている。他の例として、衣料品におけるプラス
チックの使用が挙げられる。

【０００３】しかしながら、プラスチック材料は生活の
あらゆる面に広がるに従い、廃棄物の大部分を占めるよ
うになった。使い捨てのプラスチック製品は使用後、捨
てられる。プラスチックから構成される物品は、その物
品の寿命に達すると捨てられる。プラスチック廃棄物
は、プラスチック製品の製造中においても、規格外れの
材料、すなわち「はみ出し（flash ）」として生じる。
規格外れの材料は、外観または物性の欠陥から不合格と
される。「はみ出し（flash ）」とは、成形品に生成さ
れ、成形品から取り除かなければならない過剰のポリマ
ーのことである。近年の環境保護の圧力により、このよ
うな廃棄プラスチック材料をできるだけリサイクルすべ
きことが強調されている。

【０００４】プラスチックは、二つの種類、すなわち、
熱可塑性のものと熱硬化性のものに分類される。

【０００５】熱可塑性物質は、軟化点と融点を有するポ
リマーである。熱可塑性材料の例としては、ポリ塩化ビ
ニル、ナイロン、ポリウレタン、およびポリオレフィン
が挙げられる。熱可塑性材料を軟化点以上に加熱すると
軟化し、融点以上に加熱すると溶融する。熱可塑性材料
はある形に成形され、溶融され、再生される。このよう
に、熱可塑性材料はそれ自身リサイクルに適している。

【０００６】他方、熱硬化性物質は、それ自身はリサイ
クルに適していない。熱硬化性材料は、不可逆的に凝
固、すなわち「硬化」するポリマーである。熱硬化性材
料の例としては、フェノール樹脂、ポリエステル、ゴム
および合成ゴムが挙げられる。これらのポリマーは不可
逆的に硬化するため、加熱しても再生可能な液体に溶融
されない。このため、熱硬化性材料はリサイクルが困難
である。

【０００７】古くなった自動車タイヤは、一般に環境上
目障りなものと見なされているため、タイヤのリサイク
ルに多大な努力が払われてきている。

【０００８】１９６５年１０月５日発行のホワイトの米
国特許第3,210,301 号は、タイヤから再生加硫ゴムをリ
サイクルして製造されるゴム複合材料について開示して
おり、ここでは、まず、繊維を除去し、その後、ゴム１
００の割合に対し０．１〜３５の割合のアタクティック
ポリプロピレンを加えて該ゴムに機械的処理を施してい
る。

【０００９】また、成型組成物を調製するのにゴムを使
用することも知られている。例えば、１９６６年８月６
日発行のスロスバーグの米国特許第3,267,187 号は、ゴ
ム顆粒を熱可塑性樹脂と混合し、シート状に成型するこ
とを開示している。また、１９８２年３月１６日発行の
ホウルらの米国特許第4,320,082 号は、ゴム、ナイロン
および硫黄や酸化マグネシウムのような硫化剤からなる
成型組成物について開示している。１９８４年１１月６
日発行の米国特許第4,481,335 号は、タイヤゴムスクラ
ップ、加硫性ポリマーバインダーとこのバインダーの硬
化剤からなるゴムの成型組成物について開示している。
さらに、１９８９年１月３日発行のナガヤスらの米国特
許第4,795,603 号は、１０〜３０パーセントのゴム粒子
と７０〜９０パーセントのポリエチレンまたはポリプロ
ピレン廃棄物からなる射出成型組成物について開示して
いる。しかしながら、これらの組成物は、一般にバッチ
式の成型方法用のものであり、連続式の押出成型方法用
のものではない。

【００１０】ターナーの１９７７年６月７日発行の米国
特許第4,028,288 号および１９７７年１月１８日発行の
米国特許第4,003,408 号には、粒状化タイヤを利用する
タイヤゴムの再生法が開示されているが、この方法で
は、タイヤゴムの金属成分を除去している。ターナーの
米国特許第4,028,288 号では、コードの含量を１０パー
セント以下に限定している。したがって、ターナーの特
許はいずれもタイヤのすべてを処理する方法を開示する
ものではない。

【００１１】さらに、１９９０年１１月１３日発行の米
国特許第4,970,043 号は、多くの自動車タイヤから得ら
れる再破砕（reground）ゴムに比べて異物の少ない「高
級ゴム」のリサイクル方法を開示している。高級ゴムは
熱可塑性材料と共に押し出されて半安定な成型物が形成
され、ついでこの半安定な成型物が冷却されると安定な
成型物が形成される。この方法は高級ゴムを必要とする
ため、異物を含有するタイヤを処理することはできな
い。

【００１２】古いタイヤを再利用しようとする多くの試
みがなされてきたが、これらの試みは、金属や繊維質ベ
ルト（fablic belts）およびタイヤビードを含むすべて
タイヤ廃棄物を再利用する過程において製品を製造した
り、あるいは、入手できるすべてのタイヤ廃棄物を利用
するのに十分な需要があるような製品を生産するには至
っていない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み、破砕された全タイヤ廃棄物（ground whole tirew
aste）から有用な製品を製造する方法、およびその方法
を達成するための装置ならびにその成形製品を提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段および作用】本発明による
押出成形方法は、破砕された全タイヤ廃棄物と熱可塑性
バインダー材料との混合物を加熱し、細長で端部が開放
された成型チャンバ（casting chamber ）に連続的に押
し出すことよりなる。該成形チャンバは、所望とする有
用製品の断面に略相当する断面を有する。成形チャンバ
の外面は、該成形チャンバから十分な量の熱エネルギー
が除去されるように連続的に冷却され、その開放端から
安定した寸法の押出成形物（extrudate ）が排出され
る。次いで排出された押出成形物は、所望とする長さに
切断される。

【００１５】ここで、全タイヤ廃棄物とは、タイヤに含
まれる金属や繊維およびタイヤビード等の異物が除去さ
れていない、すべての異物を含んだタイヤ廃棄物のこと
をいう。

【００１６】また、上述の方法を実施するための装置は
押出機を含み、この押出機は破砕された全タイヤ廃棄物
と熱可塑性バインダー材料との混合物を該押出機の出口
から押し出すようになっている。押出機の出口には先端
ノズルが取り付けられている。この先端ノズルは、押出
し方向に収束するような円錐台形の内面を有する。先端
ノズルには遷移ノズル（transition nozzle ）が取り付
けられている。遷移ノズルは、円形の断面を有する入口
から矩形の断面を有する出口へと変化するような内面を
有している。成形チャンバは、その入口が遷移ノズルの
出口に接続しており、開放端出口のところで終わってい
る。成形チャンバは均一の内面を有しており、その形状
は実質的には遷移ノズルの出口の断面と略同じである。
成形チャンバは、内面から伝達される熱エネルギーを除
去するため外面の周囲に冷却剤を受容するように構成さ
れている。

【００１７】さらに本発明による押出成形品の製造方法
は、まず、約５〜９５重量パーセントの範囲の熱可塑性
材料、約０〜２０重量パーセントの範囲の補強剤および
５〜９５重量パーセントの範囲の熱硬化性粒子（すべて
混合物の全重量を基準とする）を形成する。次の工程で
は、少なくとも熱可塑性材料の融点ではあるが、熱可塑
性材料および熱硬化性材料の劣化温度より低い温度にま
で該混合物を加熱する。次いで、最終製品が少なくとも
約７０のショアＡ硬度（shore A hardness）を有するよ
うな十分な条件下で、最終製品の所望断面形状を有する
ダイから混合物を押し出す。最後に押出成形品を冷却し
て最終製品とする。

【００１８】また、本発明は、少なくとも約７０のショ
アＡ硬度を有する押出成形品を提供し、この成形品は、
約５〜８５重量パーセントの範囲の熱可塑性材料、約０
〜２０重量パーセントの範囲の補強剤および１５〜９５
重量パーセントの範囲の熱硬化性材料（すべて混合物の
全重量を基準とする）よりなる。

【００１９】さらに、本発明は、熱可塑性材料および熱
硬化性材料の混合物から所望の断面形状を有する有用製
品を製造する装置を提供し、該装置は押出機を有し、こ
の押出機は、該混合物からなる押出成形物をその押出機
の出口、および該押出機出口から押出成形物を受けるの
に適するように取り付けられた形成ノズルを通して押し
出すようになっており、ここでノズルは、その出口が、
製造すべき有用製品の所望の断面形状と略同じ断面形状
の押出成形物を成形するのに適するようになっており、
さらにノズルは、ノズル出口の手前のところにおいて、
製造すべき有用製品の所望の断面形状よりも大きい内部
断面形状を有する拡大セクションを備えている。さら
に、装置は押出成形物を受容するのに適したように取り
付けられた冷却チャンバを有しており、この冷却チャン
バは、ノズル出口と略同じ断面形状を有し、押出成形物
を所望とする断面形状の安定した製品となるように十分
に冷却するのに適している。本発明の装置においては、
冷却チャンバ、押出機および拡大セクションは、製品が
少なくとも約７０のショアＡ硬度を有するように設計さ
れている。

【００２０】本発明によると、熱可塑性材料および熱硬
化性材料を混合し、熱可塑性材料を溶かすために加熱
し、ダイを通して所望とする形状に押出し成形し、冷却
する。

【００２１】本発明で用いられる有用な熱硬化性材料と
しては、本発明の工程に従い処理されたときに、所望と
する特性の製品が得られるような任意の熱硬化性材料が
挙げられる。また、熱硬化性材料の混合物も使用可能で
ある。一般的には、本発明で使用される熱硬化性材料
は、ゴム、フェノール樹脂、アルキド、アミノ樹脂、ポ
リエステル、エポキシドおよびシリコンの群から選択さ
れる少なくとも一つを含む。本発明で使用される熱硬化
性材料として好ましいのはゴムである。

【００２２】ここで述べる「ゴム」とは、以下のうちの
一つまたは複数をいうものである。すなわち、天然ゴ
ム、ポリマー、インターポリマー、共役ジオレフィンの
コポリマー（例えば、ポリブタジエン、ブタジエン−ス
チレンコポリマー、ブタジエン−アクリロニトリルコポ
リマー、メチルペンタジエンのポリマーおよびコポリマ
ー）、共役ジオレフィンの塩素置換体の重合型（例え
ば、ポリクロロプレン）、非共役型のポリマー（例え
ば、ポリイソブチレンやイソブチレンとイソプレンのコ
ポリマー）およびポリスルフィド型の縮合型ポリマーを
いうものである。

【００２３】本発明に利用される熱硬化性材料は、処理
プロセスの現場で生産されるものを含めて、任意のとこ
ろから入手可能である。しかしながら、一般的には経済
的理由から、本発明において利用される熱硬化性材料は
スクラップや廃棄物質として入手することが望ましい。

【００２４】ゴムを熱硬化性材料として利用する場合に
は、一般的にスクラップや使用済みタイヤの廃棄ゴムで
あることが望ましい。本発明の方法においては、高級ゴ
ムである必要はない。さらに、本発明の方法において
は、タイヤに含まれる金属や繊維を除去することも大き
な問題ではない。

【００２５】むしろ、本発明の新規な特徴として、本発
明の方法においてはタイヤ全体を処理して有用な製品に
することができるのである。本発明で処理できるタイヤ
は、トラック、飛行機、大型機械、バイク、自転車そし
て自動車が挙げられる。なお本発明の方法においては自
動車タイヤを使用することが好ましい。タイヤの代表的
な組成としては、約６０〜７０パーセントのゴム、２０
〜３０パーセントの鉄鋼および５〜１０パーセントの衣
料用繊維からなる。

【００２６】本発明においては、押出し成形される混合
物中の熱硬化性材料の割合は、経済的な製造上の要因お
よび製造される製品の所望とする用途によって定められ
る。一般的には、押出し成形される混合物は約５から９
５重量パーセントの範囲の熱硬化性材料からなる。好ま
しくは、混合物は約４０から約９４重量パーセントの範
囲で熱硬化性材料を含むのがよい。さらに好ましくは、
混合物は熱硬化性材料を約５０から約８５重量パーセン
トの範囲で含み、最も好ましくは、熱硬化性材料を約６
０から約８０重量パーセントの範囲で含むのがよい。

【００２７】押出成形機に導入される熱硬化性材料の粒
子サイズは、押出し成形の工程において大きく変化する
ことはない。本発明において処理される熱硬化性材料の
粒子サイズは、一般的には任意のサイズで所望とする特
性を有する製品を製造する。熱硬化性材料の粒子サイズ
は装置の処理能力にも依存しているが、一般的には、本
発明において使用する熱硬化性材料の粒子サイズは、微
粉末から直径約０．７９ｍｍから約６．３５ｍｍ（約１
／３２インチから約１／４インチ）の範囲であり、長さ
約０．７９ｍｍから約２５４ｍｍ（約１／３２インチか
ら約１０インチ）の範囲である。好ましくは、本発明に
おいて使用する熱硬化性材料の粒子サイズは、直径約
０．７９ｍｍから約３．１８ｍｍ（約１／３２インチか
ら約１／８インチ）の範囲であり、長さ約１．５９ｍｍ
から約７６．２ｍｍ（約１／１６インチ）から約３イン
チの範囲である。本発明においては、粒子の形状は大き
な問題ではなく、どのような形状でも成形された物品中
で所望とする最終特性を示す。一般的に形状は不規則
で、球状で引き延ばされており、これらは破砕の方法に
依存するものである。

【００２８】大きな熱可塑性材料片は当該分野でよく知
られた技術により小片にされる。それらの技術として
は、粉砕、圧搾、摺砕き、細断および液体窒素などの中
で材料を冷却して粉末にする低温破砕法が挙げられる。

【００２９】本発明において使用する熱可塑性材料は任
意の熱可塑性材料でよく、本発明の方法によれば、所望
とする特性を有する製品が得られる。また、熱可塑性材
料の混合物も使用可能である。一般的に、本発明におい
て使用される熱可塑性材料は次の群のうちから選択され
る少なくとも一つを含んでいる。ポリオレフィン、ポリ
塩化ビニル、ナイロン、フッ化炭素、ポリウレタンプレ
ポリマー、ポリスチレン、高衝撃強度ポリスチレン、セ
ルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリ酸化フェニレン、お
よびポリ硫化フェニレン。好ましくは、本発明において
使用される熱可塑性材料は、ポリオレフィンおよび高衝
撃強度ポリスチレンの群から選択される少なくとも一つ
を含んでいるのがよい。「ポリオレフィン」とはオレフ
ィンのみから得られるポリマーをいう。ポリオレフィン
はＣ２−Ｃ２０アルファ−オレフィンのホモポリマーで
あり、また、Ｃ２−Ｃ２０アルファ−オレフィンおよび
Ｃ３−Ｃ２０アルファ−オレフィンのうち少なくとも一
つでコポリマーを作っているものである。好ましいポリ
オレフィンは、エチレンおよびプロピレンを含み、この
ものはホモポリマーのみでなく、エチレンまたはプロピ
レンのうち少なくとも一つを含有する、２またはそれ以
上のモノマーからなるポリマーをも含む。本発明におい
て使用される熱可塑性材料は、最も好ましくは、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、および高衝撃強度ポリスチレ
ンの群から選択される少なくとも一つを含有するもので
ある。

【００３０】本発明において使用される熱可塑性材料は
未使用材料、または廃棄もしくはスクラップ材料であ
る。

【００３１】本発明を実施する際に、熱可塑性材料の粒
子サイズは重要ではない。熱可塑性材料は、溶融され、
押出成形工程において再成形される。それゆえ、粒子サ
イズは使用する機械の処理能力によって定められる。

【００３２】本発明において、押出し成形される混合物
中の熱可塑性材料の割合は、経済上および処理上の要
因、ならびに製造される製品に要求される特性に依存し
て定められる。一般的に、押出し成形される混合物は、
約５から約９５重量パーセントの範囲の熱可塑性材料か
らなる。好ましくは、押出し成形される混合物は、約６
から約６０重量パーセントの範囲で熱可塑性材料を含有
するのがよい。さらに好ましくは、混合物は約１５から
約５０重量パーセントの範囲で熱可塑性材料を含有する
のがよく、最も好ましくは、約２０から約４０重量パー
セントの範囲の熱可塑性材料を含有するのがよい。

【００３３】所望とする最終製品に応じて、強度を増す
ために補強材料を添加することが要求されることがあ
る。使用する熱可塑性材料または熱硬化性材料の一部と
なる補強材料の他に、他の補強材料を選択的に添加し
て、最終製品の強度を増加させることもできる。例え
ば、炭素、グラファイトおよび合成繊維を工程中に添加
することができる。また、強化用の連続繊維、マットま
たはウエブを機械加工の方向に配向させながら当該混合
物と同時に押出し成形することも可能である。

【００３４】本発明において、押出し成形される混合物
中の補強材料の割合は、経済上および処理上の要因、な
らびに製造される製品に要求される特性に依存して定め
られる。本発明においては、押出し成形される混合物中
の補強材料の割合は、約１から約３０重量パーセントの
範囲である。好ましくは、押出し成形される混合物中に
約２から約２０重量パーセントの範囲で補強材料を含有
させるのがよい。

【００３５】本発明の方法においては、押出し成形技術
の分野における当業者に一般的に知られているような添
加剤が使用される。そのような添加剤としては、処理
剤、潤滑剤、着色剤、補強繊維、安定剤、抗酸化剤、充
填剤、伝導剤等が挙げられる。

【００３６】上述の混合物は、熱可塑性材料が溶融する
のに十分な温度まで加熱するものであるが、混合物中の
いかなるポリマーも劣化させるほど強く加熱してはなら
ない。

【００３７】本発明は、必要な処理工程を十分に達成
し、所望とする特性を有する製品を製造する装置によっ
て実施することができる。本発明の装置は、一般的に次
の手段から構成される。すなわち、熱可塑性材料と熱硬
化性材料を受け、混合するための混合手段、該混合物を
熱可塑性材料の融点まで加熱するための加熱手段、該混
合物を押出し成形するための押出手段、押出手段と成形
手段を連結するための遷移手段、所望とする製品の形状
をしたダイを備えた成形手段および冷却手段である。こ
れらの手段は、それぞれ独立した手段としてもよく、ま
た互いに併合してもよい。例えば、熱可塑性材料と熱硬
化性材料は押出機のホッパー中で混合してもよいが、こ
れはあまり好ましくはない。

【００３８】別の方法として、複数の押出機を用いて本
発明で使用する種々のポリマーを加熱してもよい。この
方法では、融点が大きく異なる熱可塑性材料を使用する
場合には、経済的に有利なことがある。熱可塑性材料は
それぞれ別々の押出機で融解し、後で混合するのであ
る。熱硬化性粒子を熱可塑性材料の融点まで加熱するこ
とにより、ポリマーを混合した場合に熱硬化性粒子が熱
可塑性材料をその融点以下に冷却しないようにすること
も必要である。

【００３９】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例について
説明する。

【００４０】図１〜６は、本発明の一つの実施例を表す
図である。装置１０は本発明の方法、すなわち、熱硬化
性ポリマーと熱可塑性ポリマーの混合物から押出成形に
より有用な製品を製造する方法を実施するように構成さ
れている。

【００４１】図に示すように、混合手段はコンテナー１
４、１８およびミキサー２０からなる。破砕された熱硬
化性材料１２は、最初にコンテナー１４内に入る。熱可
塑性バインダー材料１６は、コンテナー１８内に入る。
熱硬化性材料１２と熱可塑性材料１６は、矢印２２およ
び２４で示されるように、所定の比率でミキサー２０に
搬送され、そこでそれらの出発材料は十分に予備混合さ
れる。予備混合された出発材料は、矢印２６で示される
ように、押出機３０の入口ホッパー２８に搬送される。

【００４２】図に示す実施例においては、加熱および押
出手段は押出機３０に併合されている。従来からの装置
と同様に、押出機３０は出発材料を加熱し、押出機出口
３２へ搬送する。押出成形品の加熱は、任意の適当な手
段、例えば、スチームなどの加熱ガス、加熱液体または
オイル、電気加熱装置、あるいはそれらの組合せにより
行うことができる。図に示す実施例においては、押出成
形品は電気抵抗コイル３４を介して加熱され、スクリュ
ー３６を通って搬送される。

【００４３】遷移手段においては、処理される特定の材
料に応じた必要圧力が発生し、該材料が十分に強化さ
れ、その結果、最終製品が所望とする物理的特性を有す
るようにすることが必要である。例えば、代表的なポリ
エチレン／タイヤゴムの５０％／５０％混合物を処理す
る場合、強化圧力は約２００psi から約２０００psi の
範囲になければならない。

【００４４】この強化圧力は、いくつかの因子の組合せ
により得られる。すなわち、スクリューの設計、末端ノ
ズル３８の形状、遷移ノズル４６の形状および遷移出口
ノズル５４の形状、以上のすべてが強化圧力に影響する
因子である。例えば、強化圧力は、押出方向に収束する
末端ノズル３８、押出方向に収束する出口ノズル５４、
またはそれらの組合せからなる遷移手段を設けることに
より増加する。

【００４５】さらに、強化圧力が遷移手段のどこかで増
加すると、遷移手段の終わりに押出成形品が通過するダ
イの断面積よりも押出成形物の断面積の方が大きくな
る。押出機出口の断面積がダイの断面積よりも大きい
と、この条件は容易に得られる。押出機出口の断面積が
ダイの断面積よりも小さいならば、遷移手段のどこかで
拡大セクション（enlarged section）を設けてこの条件
を作る必要がある。

【００４６】図に示すように、強化圧力は、適切に設計
されたスクリューと押出方向に収束する末端ノズル３８
を用いることにより得られる。遷移手段は末端ノズル３
８と遷移ノズル４６からなる。図に示すように、末端ノ
ズル３８は先細状になっていて、遷移ノズル４６におい
て強化圧力を増大させるようになっている。

【００４７】末端ノズル３８は押出機出口３２に取り付
けられている。とくに図２および３に示すように、末端
ノズル３８は、押出機の出口方向に収束する円錐台状の
内面４０を有する。円錐台状の内面４０は、該内面４０
の入口断面の直径４４よりも断面直径が小さい円筒状内
面４４に結合されている。

【００４８】遷移ノズル４６は末端ノズル３８に取り付
けられている。とくに図４に示すように、遷移ノズル４
６には、断面が円形の円筒状内面５２を有する入口５０
から変化しているような内面４８が存在する。内面５２
は変化して、内面５６を有する出口５４に達する。とく
に図５に示すように、内面５６は矩形断面を有する。遷
移ノズル４６には電気抵抗加熱装置５７が設けられてお
り、電気抵抗加熱装置５７から遷移ノズル４６を通って
ノズル４６の内部に熱を供給する。

【００４９】好ましくは（図示せず）、遷移手段は押出
機３０の方向に先細状になった遷移出口ノズル５４から
なり、遷移ノズル４６の少なくとも一部は、遷移ノズル
４６の出口の内面５６の断面積よりも大きい断面積を有
する。十分な強化圧力が得られ、所望とする物理的特性
を有する最終製品が製造できる場合には、末端ノズル３
８は必要に応じて除去してもよい。

【００５０】遷移ノズル出口５４は冷却チャンバ５８に
取り付けられている。ダイを通過してきた押出成形物を
冷却する方法は周知であり、本発明はそれらの一つの方
法に限定されるものではない。

【００５１】好ましくは、図に示すように、冷却チャン
バ５８は、遷移ノズル４６の出口５４に連結された入口
６０および開放端となっている出口５２を有する。冷却
チャンバ５８は、遷移ノズル出口５４の表面５６と略同
じ断面を有する均一な内面６４からなる。冷却チャンバ
５８は、外面で冷却剤６６を受容し、内面６４から伝わ
る熱エネルギーを除去するように構成されている。外面
６８は冷却ジャケット７０内にあり、該ジャケットはジ
ャケット壁７２，７４，７６，７８によって構成されて
いる。

【００５２】冷却剤６６は、冷却ジャケット７０に、ホ
ース８２を介して入口８０を経由して供給される。冷却
剤６６は出口８４とホース８６を通ってジャケット７０
より出る。とくに図１に示すように、冷却剤６６はポン
プ８８を介して循環される。このポンプは、冷却剤６６
をホース９０を通して熱交換器９２に運んだ後、ホース
８２を介してジャケット７０に戻す。

【００５３】循環する冷却剤６６により除去されるべき
熱エネルギーの量は、簡単な実験により定めることがで
き、また、ジャケット７０の容量、表面６８の面積、成
形チャンバ５８の長さ、ポンプ８８による循環速度およ
び熱交換器９２の熱交換能力が要因となる。冷却チャン
バ５８は複数の手段から構成してもよく、そうすること
により全体の長さが調節できる。ある手段を液体で冷却
しながら、他の手段を空冷することもできる。冷却系
は、冷却チャンバ５８の開放出口において押出成形物の
表面温度を十分に下げ、この結果、押出成形物がさらに
冷却される間に寸法が安定するようにしなければならな
い。

【００５４】とくに図１に示すように、押し出された成
形物９４はコンベヤー９６により担持され、せん断器９
８によって所望の長さに切断され、有用製品１００が製
造される。３種類の有用製品１００をパレット１０２に
積み重ねて、さらに処理を行うことができるようにする
こともできる。

【００５５】本実施例を実施するときには、破砕された
熱硬化性廃棄材料１２と熱可塑性バインダー材料１６の
予備混合物は、押出機３０を通って冷却チャンバ５８の
内部に連続的に押し出される。ポリエチレン／タイヤゴ
ム混合物を処理する代表的な温度は、出口３２において
約１７７℃〜２７４℃（３５０Ｆ〜５２５Ｆ）の範囲で
ある。冷却チャンバ５８は表面６４によって形成される
断面を有しており、この表面６４は所望とする有用製品
１００の断面と略対応している。成形チャンバ５８の外
面６８は、交換器９２を通って循環する冷却剤６６によ
り常に冷却されている。成形チャンバ５８から十分に熱
エネルギーが除去され、この結果、押出成形物９４は成
形チャンバ５８の開放出口６２から排出されたときから
寸法が安定する。排出された押出成形物９４は、せん断
器９８で所望の長さに切断される。

【００５６】図に示した有用製品１００は矩形断面を有
する部材であり、予め定められた長さに切断される。有
用製品１００は建築材料として使用するのに適してお
り、従来からある、例えば、２×４、２×６、４×４等
の断面の用材に対応する断面を有するように成形でき
る。有用製品は、木材と同等かもしくはそれ以上の強度
と固定保持力を有し、ほとんどこわれないものである。
このような製品を、１．９１×１．９１ｃｍ² （０．７
５インチ×０．７５インチ）平の正方形断面積のものか
ら、さらに大きい直径の円形のポールまでの広範囲のサ
イズを有するように加工することもできる。有用製品
は、湿度、太陽光線および低温や高温といった環境条件
の中で顕著な働きをする用材となることが期待される。
１００パーセント廃棄材料を用いて用材の代用となる製
品を製造することは、実質的な環境保護につながること
は明らかである。

【００５７】材料１２（破砕された全タイヤ廃棄物）
は、廃タイヤ処理業者から入手できるものであり、いか
なるゴム、繊維または金属成分をも除去してはいない。
本発明の主要な特徴は、タイヤ廃棄物全体を利用できる
ことであり、繊維質または金属異物を実質的に含まない
「高級」ゴムの使用を必要とするようなタイヤ廃棄物を
利用する多くの従来技術とは対照的である。現在、破砕
された全タイヤ廃棄物は、廃タイヤ処理業者から実質的
に無料で入手できる。

【００５８】熱可塑性バインダー材料１６は、成形物中
で破砕された全タイヤ廃棄物を結合させるために一種の
「接着剤（glue）」として機能する。

【００５９】成形チャンバ５８の内面６４は、フッ化ポ
リマーからなる離型剤（mold-release agent）で研磨あ
るいは被覆して、製品の表面粗さを変えるようにしても
よい。押出成形物は寸法が縮むことがあるので、成形チ
ャンバ５８の断面のサイズを合わせるようにしなければ
ならない。電気抵抗加熱装置５７は、遷移の量に応じて
成形チャンバ５８内で該成形物が冷却し硬化し始めるま
で押出成形品を可塑状に保持するために必要である。

【００６０】タイヤ廃棄物に対する熱可塑性バインダー
材料の比によって、最終製品の特性が定められる。熱可
塑性材料の含量が重量比で６パーセントまたはそれ以下
の混合物はゴムに近く、強度が弱く、結合時間が長いた
めに、比較的ゆっくりした処理時間を要する。６０パー
セントもしくはそれ以上の熱可塑性材料からなる製品
は、非常に密度が高く、弾性に富んでいるが、温度に応
じて弾性が変化する望ましくない結果をもたらす。さら
に、該製品は極端な低温下では壊れやすくなる。

【００６１】本発明における製品は、ＡＳＴＭ Ｄ４１
２に従って測定したときに、一般的に、少なくとも８５
０psi の引張強度を有する。好ましくは、本発明におけ
る製品は、少なくとも１０００psi の引張強度を有し、
最も好ましくは、少なくとも１５００psi の引張強度を
有するのがよい。

【００６２】本発明における製品は、一般に約０から約
３００パーセントの範囲の伸びを有する。好ましくは、
伸びの範囲は約５から約１００パーセントがよい。最も
好ましい伸びの範囲は、約５から約４０パーセントであ
る。

【００６３】本発明における製品は、一般に７０以上の
ショアＡ硬度を有する。好ましくは、本発明における製
品が８０以上のショアＡ硬度を有するのがよい。さらに
好ましくは、本発明における製品が９０以上のショアＡ
硬度を有するのがよく、最も好ましいのは１００以上で
ある。

【００６４】本発明における製品は、ＡＳＴＭ Ｅ５８
８に従って測定したときに、一般的に、少なくとも３０
０lbs のスクリュー保持力（screw retention ）を有す
る。好ましくは、本発明における製品が少なくとも４５
０lbs のスクリュー保持力を有するのがよく、最も好ま
しいのは、少なくとも６００lbs 以上である。

【００６５】本発明における製品の比重は、用いられる
熱硬化性材料と熱可塑性材料、および処理条件によって
定められる。一般的に、本発明における製品の比重は少
なくともおよそ０．８である。本発明における製品の比
重の範囲は約０．９から約１．１であるのが好ましい。

【００６６】本発明をさらに説明するために次の例を示
すが、これらの例は本発明を限定するためのものではな
い。

【００６７】例１ 図１から６に示す装置を用いて、従来からある２×８の
サイズの板材（３．８ｃｍ×１８．４ｃｍ（１．５イン
チ×７．２５インチ））に相当する断面を有する有用製
品１００を製造した。破砕された全タイヤ廃棄物と廃棄
ポリエチレンを出発材料として用いた。熱可塑性バイン
ダー材料は重量比で１２〜１５パーセントとなるように
した。押出機の出口温度は１７９℃から２０４℃（３５
５Ｆから４００Ｆ）であった。成形チャンバ５８の長さ
は１．５２ｍ（５フィート）であり、水道蛇口に連結
し、かつ広い外面（７．２５インチの方）の一方向に向
かうように配置されたホースにより、冷却剤６６を供給
した。密閉ジャケット７０は使用しなかった。

【００６８】押出機３０は、１５rpm で回転する１１．
４ｃｍ（４．５インチ）のスクリューを有する在来型の
装置である。スクリューの比は２４：１であり、したが
って長さは２７４ｃｍ（１０８インチ）である。

【００６９】押出成形物の表面は、冷却剤の流れを直接
受ける面では比較的滑らかであり、他の三面は比較的粗
くなっていた。このように、冷却の効率と均質性によっ
て表面組織の粗滑性が定められる。押出成形物の周囲に
約２．５ｃｍ（１インチ）の水ジャケット７０を設ける
と、十分な冷却剤の循環と熱交換能力が得られ、滑らか
な表面が得られる。これとは対照的に、成形チャンバ５
８の最初の０．９１から１．５２ｍ（３から５フィー
ト）を空冷のみにすると、比較的粗い表面が得られる。

【００７０】末端ノズル３８の入口直径４４は１１．４
ｃｍ（４．５インチ）であり、直径７．６２ｃｍ（３イ
ンチ）の円筒状表面４２に向かって収束している。円錐
状の表面は押出機に十分な逆圧を与える。押出機の出口
にはスクリーンは使用しなかった。熱可塑性バインダー
材料１６はえんどう豆大またはそれ以下大きさの粒子に
破砕した。破砕された全タイヤ廃棄物中の粒子は略同じ
大きさに揃えた。

【００７１】例２ ４×４（８．８９ｃｍ×８．８９ｃｍ（３．５インチ×
３．５インチ））の製品を、前述したのと同様の装置を
用いて製造した。出口温度はおよそ３１６℃（６００
Ｆ）であり、出発材料は、１２〜１５重量パーセントの
熱可塑性バインダー材料および６５〜６８重量パーセン
トの破砕されたタイヤ廃棄物からなるものであった。押
出機は２rpm の速度で回転させた。

【００７２】例３ 図１から６に示したものと実質的に同じ装置を用いて、
従来からある２×８（３．８１ｃｍ×１８．４ｃｍ
（１．５インチ×７．２５インチ））の板材に相応する
断面を有する有用製品１００を製造した。出発混合物と
しては、破砕された全タイヤ廃棄物と廃棄ポリエチレン
を用いた。熱可塑性バインダー材料の割合は３５〜３８
重量パーセントであり、残りは破砕された全タイヤ廃棄
物である。押出機の出口温度は１９１℃から２０４℃
（３７５Ｆから４００Ｆ）であった。成形チャンバ４８
の長さは３５．６ｃｍ（１４インチ）であり、冷却剤６
６は冷蔵ユニットとポンプにより供給し、これにより、
冷却手段またはサイズを定めるダイのジャケットに冷却
剤を強制的に出入りさせた。

【００７３】押出機３０は、１５rpm で回転する１１．
４ｃｍ（４．５インチ）のスクリューを有する在来型の
装置である。スクリューの比は２４：１であり、したが
って長さは２７４ｃｍ（１０８インチ）である。

【００７４】末端ノズル３８の入口直径４４は１１．４
ｃｍ（４．５インチ）であり、直径７６．２ｃｍ（３イ
ンチ）の円筒状表面４２に向かって収束している。円錐
状の表面は押出機に十分な逆圧を与える。押出機の出口
にはスクリーンは使用しなかった。熱可塑性バインダー
材料１６はえんどう豆大たはそれ以下の大きさの粒子に
破砕した。破砕された全タイヤ廃棄物中の粒子はほぼ同
じ大きさに揃えた。

【００７５】押出成形物は、ランド部（land）の長さと
冷却チャンバの温度を変化させることにより、滑らかな
表面と十分に強化されたコアを有するものとなった。最
適の強度と表面の仕上がりは、ランド長さを５８．４ｃ
ｍ（２３インチ）、サイジング温度を７．２℃から１
７．８℃（４５から６４Ｆ）とし、その結果、ダイの最
低圧力を２００psigとした場合に得られた。押出し技術
に熟達した当業者に知られているような方法により、表
１に示される、最小の物理的特性を有する品質の製品が
製造される。

【００７６】 表１ ３５から３８パーセントの熱可塑性バインダー材料を含有する押出し成 形品の最小物性 比重 ＴＥＸ２０７Ｆ ０．９０２ ショアＡ硬度 ９５ スクリュー保持力¹ ＡＳＴＭ Ｅ５８８（ポンド） ５００ 引張り強度 ＡＳＴＭ Ｄ４１２（psi ） ８９７ 伸び（％） １３ １５１０ポンドの荷重力をかけたときの１５インチフリースパンの中点における たゆみ（インチ） ４．５ １ １平方インチの六角頭部キャップを有するスクリュ
ーにつき、１５０ポンド／分の負荷速度でスクリュー全
体を係合させた場合 特定の態様に関して本発明を説明したが、当業者には多
くの変形や修正が可能であり、本発明の請求の範囲はそ
のような変形や修正をも包含するものである。

【００７７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
る押出成形方法および装置ならびにその成形製品は、異
物を含むタイヤ廃棄物のすべてを再利用して有用な製品
を製造することができ、環境保護を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための装置を表す図

【図２】図１の装置の一部を分解し、拡大して表す側面
図

【図３】図２の３−３線に沿って表す断面図

【図４】図２の４−４線に沿って表す断面図

【図５】図２の５−５線に沿って表す断面図

【図６】図２の６−６線に沿って表す断面図

【符号の説明】

１０ 装置 １４，１８ コンテナ ２０ ミキサ ３０ 押出機 ３８ 末端ノズル ４６ 遷移ノズル ５４ 出口ノズル ５８ 冷却チャンバ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 23:00 105:26

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 破砕された全タイヤ廃棄物から有用製品
   を製造する方法であって、 所望の有用製品の断面に略相当する断面を有する、細長
   で端部が開放された成形チャンバの内部に、前記破砕さ
   れた全タイヤ廃棄物と熱可塑性バインダー材料の加熱混
   合物を連続的に押し出し、 前記成形チャンバの外面を連続的に冷却し、該外面から
   十分な熱エネルギーを除去して、寸法が安定した押出成
   形物を前記成形チャンバの開放端部から排出させ、 該排出された押出成形物を所望の長さに切断することを
   特徴とする方法。
2. 【請求項２】 押出成形製品を製造する方法であって、 （ａ） 約５から９５重量パーセントの熱可塑性材料、
   約０から２０重量パーセントの補強剤および約５から９
   ５重量パーセントの熱硬化性粒子からなる混合物（重量
   パーセントはいずれも混合物の全重量を基準とする）を
   調製し、 （ｂ） 少なくとも前記熱可塑性材料の融点であって、
   かつ該熱可塑性材料と前記熱硬化性材料の双方の劣化温
   度よりも低い温度に前記混合物を加熱し、 （ｃ） 最終製品が少なくとも７０のショアＡ硬度を有
   するような十分な条件下において、所望とする断面形状
   を最終製品に与えるダイを通して前記混合物を押出成形
   し、 （ｄ） 該押出成形物を冷却して最終製品とすることを
   特徴とする方法。
3. 【請求項３】 前記工程（ａ）の混合物が、約１５から
   ５０重量パーセントの熱可塑性材料、約０から２０重量
   パーセントの補強剤および約５０から８５重量パーセン
   トの熱硬化性粒子（重量パーセントはいずれも混合物の
   全重量を基準とする）からなることを特徴とする請求項
   ２記載の方法。
4. 【請求項４】 前記熱硬化性粒子が、破砕された全タイ
   ヤ廃棄物であることを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 【請求項５】 前記熱可塑性材料が、ポリオレフィン、
   ポリ塩化ビニル、ナイロン、フッ化炭素、ポリウレタン
   プレポリマー、ポリスチレン、高衝撃強度ポリスチレ
   ン、セルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリ酸化フェニレ
   ンおよびポリ硫化フェニレンの群から選択される少なく
   とも一つからなることを特徴とする請求項３記載の方
   法。
6. 【請求項６】 前記最終製品が、ＡＳＴＭ Ｅ５８８に
   従って少なくとも３００lbs のスクリュー保持力を有す
   ることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 前記熱可塑性材料が、ポリオレフィンお
   よび高衝撃強度ポリスチレンの群から選択される少なく
   とも一つからなることを特徴とする請求項５記載の方
   法。
8. 【請求項８】 前記最終製品が、少なくとも８０のショ
   アＡ硬度を有することを特徴とする請求項２記載の方
   法。
9. 【請求項９】 前記熱硬化性粒子が、破砕された全タイ
   ヤ廃棄物であり、前記最終製品が少なくとも９０のショ
   アＡ硬度と、ＡＳＴＭ Ｅ５８８に従って少なくとも５
   ００lbs のスクリュー保持力を有し、前記熱可塑性材料
   が、ポリエチレン、ポリプロピレンおよび高衝撃強度ポ
   リスチレンの群から選択される少なくとも一つからなる
   ことを特徴とする請求項２記載の方法。
10. 【請求項１０】 約５から８５重量パーセントの熱可塑
    性材料、約０から２０重量パーセントの補強剤および約
    １５から９５重量パーセントの熱硬化性粒子（重量パー
    セントはいずれも混合物の全重量を基準とする）からな
    り、さらに、少なくとも７０のショアＡ硬度を有するこ
    とを特徴とする押出成形製品。
11. 【請求項１１】 約１５から５０重量パーセントの熱可
    塑性材料、約０から２０重量パーセントの補強剤および
    約５０から８５重量パーセントの熱硬化性粒子（重量パ
    ーセントはいずれも混合物の全重量を基準とする）から
    なることを特徴とする請求項１０記載の製品。
12. 【請求項１２】 前記熱硬化性粒子が、破砕された全タ
    イヤ廃棄物であることを特徴とする請求項１０記載の製
    品。
13. 【請求項１３】 前記熱可塑性材料が、ポリオレフィ
    ン、ポリ塩化ビニル、ナイロン、フッ化炭素、ポリウレ
    タンプレポリマー、ポリスチレン、高衝撃強度ポリスチ
    レン、セルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリ酸化フェニ
    レンおよびポリ硫化フェニレンの群から選択される少な
    くとも一つからなることを特徴とする請求項１２記載の
    製品。
14. 【請求項１４】 少なくとも３００lbs のスクリュー保
    持力を有することを特徴とする請求項１３記載の製品。
15. 【請求項１５】 前記熱可塑性材料が、ポリエチレン、
    ポリプロピレンおよび高衝撃強度ポリスチレンの群から
    選択される少なくとも一つからなることを特徴とする請
    求項１３記載の製品。
16. 【請求項１６】 少なくとも８０のショアＡ硬度を有す
    ることを特徴とする請求項１０記載の製品。
17. 【請求項１７】 前記熱硬化性粒子が、破砕された全タ
    イヤ廃棄物であり、前記最終製品が少なくとも９０のシ
    ョアＡ硬度と少なくとも５００lbs のスクリュー保持力
    を有し、前記熱可塑性材料が、ポリエチレン、ポリプロ
    ピレンおよび高衝撃強度ポリスチレンの群から選択され
    る少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１０
    記載の製品。
18. 【請求項１８】 前記タイヤが自動車タイヤであること
    を特徴とする請求項１７記載の製品。
19. 【請求項１９】 破砕された全タイヤ廃棄物から有用製
    品を製造する装置であって、 前記破砕された全タイヤ廃棄物と熱可塑性バインダー材
    料との混合物を出口から押し出すための押出機と、 該押出機の出口に連結され、該押出機の方向に収束する
    円錐台状の内面を有する末端ノズルと、 前記末端ノズルに連結され、前記円形断面の入口から矩
    形断面の出口へと断面が変化している遷移ノズルと、 該遷移ノズルの出口に連結された入口および開放された
    出口を有する成形チャンバーであって、該遷移ノズルの
    出口と略同じ断面である均一な内面を有し、該内面から
    伝達される熱エネルギーを除去するために外面の周囲に
    冷却剤を受けるように構成された成形チャンバとからな
    ることを特徴とする装置。
20. 【請求項２０】 熱硬化性材料と熱可塑性材料の混合物
    から、所望の断面形状を有する有用製品を製造する装置
    であって、 出口を通して混合物を押出し成形する押出機と、 該押出機の出口に連結され、該押出機出口から押出成形
    品を受けるように構成された成形ノズルであって、押出
    成形品を、製造される有用製品の所望とする断面形状と
    略同じ断面形状とするための出口ノズルからなり、さら
    に、ノズル出口の手前で、前記製造される有用製品の所
    望断面形状よりも内部断面形状が大きくなっている拡大
    セクションからなる成形ノズルと、 前記ノズル出口に連結され、該ノズル出口から押出成形
    品を受けるように構成され、かつ、該ノズル出口と実質
    的に同じ形状を有する冷却チャンバであって、押出成形
    品を所望の断面形状を有する安定な製品とするために十
    分冷却するようにした冷却チャンバからとからなり、 製造後の製品が少なくとも７０のショアＡ硬度を有する
    ように、該冷却チャンバ、該押出機および該拡大セクシ
    ョンが設計されていることを特徴とする装置。