JPH11226942A - ベントインサート付押出機および押出方法 - Google Patents

ベントインサート付押出機および押出方法

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JPH11226942A
JPH11226942A JP10035670A JP3567098A JPH11226942A JP H11226942 A JPH11226942 A JP H11226942A JP 10035670 A JP10035670 A JP 10035670A JP 3567098 A JP3567098 A JP 3567098A JP H11226942 A JPH11226942 A JP H11226942A
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vent
extruder
resin
vent insert
insert
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Yasuhiro Takeuchi
保広 竹内
Yoshio Ota
佳生 大田
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/76Venting, drying means; Degassing means
    • B29C48/765Venting, drying means; Degassing means in the extruder apparatus
    • B29C48/766Venting, drying means; Degassing means in the extruder apparatus in screw extruders
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    • B29C48/40Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベントインサート付押出機による樹脂の混練
・押し出しにおいて、樹脂中の揮発分をベントアップな
しに除去でき、かつ高生産で混練・押し出しすることが
できるようにする。 【解決手段】 ベントインサート10付の二軸同方向回
転押出機について、ベント開口部3を、スクリュ9a,
9bの回転方向とは反対側に位置させ、かつベント開口
部3の平面面積をA、スクリュ9a,9bの直径をd、
ベントインサート10内に上部空間を形成するえぐり部
11におけるえぐり高さをhとした時に、A/d2
0.3〜2、h/d=0.05〜0.5で、しかもえぐ
り部11における押え角度θを0〜80度とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ベント開口部が形
成されたベントインサート付押出機に関する。さらに詳
しくは、ベントインサート内のスクリュ開放部で樹脂が
スクリュからはがれて盛り上がってくることによるベン
トアップを防止し、揮発分を除去しつつ高生産性で混練
・押し出し運転することができる、特に二軸同方向回転
のベントインサート付押出機およびそれを用いた押出方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、押出機による溶融・混練につい
ては、ベントアップなしに揮発分を除去でき、かつ高生
産性が得られることが求められている。しかし、ベント
開口部では、スクリュに巻き付いていた樹脂がはがれて
ベントアップしやすいため、生産レートを落として生産
する場合も多い。そのため、ベントアップなしに揮発分
を除去できるようにし、高レートでの生産が可能なベン
トインサート付押出機が求められている。
【0003】従来、ベントアップ防止に関する技術とし
て、下記の2つが知られている。
【0004】(1)株式会社日本製鋼所の技術資料に
は、ベント開口部位置は押出機の後端側(メインホッパ
ー側)から押出機の先端側を見てスクリュの回転側に位
置し、開口面積が小さく、しかもベントインサート内に
ベント開口部が開口した上部空間を形成するえぐり部の
えぐりが大きなベントインサートがベントアップ防止に
効果があることが開示されている。
【0005】(2)1997年6月発表の「プラスチッ
ク成形技術」には、ダイ圧力上昇による完全充満長さが
長くなることによるベントアップに関するシミュレーシ
ョンが開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の知見によると、上記(1)に示されるベントイン
サートは、ある特定の樹脂および運転条件下でベントア
ップ防止に効果はあるが、必ずしも満足できるレベルで
はない。
【0007】また、上記(2)は、ダイ圧力上昇による
完全充満長さが長くなることによるベントアップを開示
しているのみで、ベントインサートの形状についての技
術開示はない。
【0008】本発明は、ベントインサート付押出機によ
る樹脂の混練・押し出しにおいて、樹脂中の揮発分をベ
ントアップなしに除去でき、かつ高生産で混練・押し出
しすることができるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】このために、本発明は、
ベント開口部が形成されたベントインサート付押出機に
おいて、押出機が二軸同方向回転押出機であり、ベント
インサートのベント開口部が、押出機の後端側から見
て、スクリュの回転方向とは反対側に位置し、かつベン
トインサートのベント開口部の平面面積をA、スクリュ
直径をd、ベントインサート内にベント開口部が開口し
た上部空間を形成するえぐり部におけるえぐり高さをh
とした時に、A/d2 =0.3〜2、h/d=0.05
〜0.5で、しかもベントインサートのえぐり部におけ
る押え角度θが0〜80度であることを特徴とするベン
トインサート付押出機およびこのベントインサート付押
出機を用いた押出方法を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。
【0011】本発明に係るベントインサート付押出機の
概略を図1に示す。図1中において、1はメインフィー
ダー、2はサイドフィーダー、3はベントインサートに
形成されたベント開口部、4は液添ノズル、5は液添用
タンク、6は液添用ポンプ、7および8はフィーダーで
ある。
【0012】本発明で用いる押出機は、二軸同方向回転
押出機で、例えばドイツ国ワーナー&フライドラー社製
の「ZSK」シリーズや東芝機械社製の「TEM」シリ
ーズや日本製鋼所社製「TEX」シリーズ等を用いるこ
とができる。
【0013】本発明における押出機は一箇所以上の混練
ゾーン(第一混練ゾーン)を有するものであればよく、
この混練ゾーンに使われるスクリュパーツは、右向き、
左向き、中間のニーディングディスク、逆ネジ、バリス
ターリング、ミキシングスクリュ(例えばドイツ国ワー
ナー&フライドラー社製の「SME」や「ZME」等)
を1種以上組み合わせて任意に設計することができる。
ただし、サイドフィーダー2から樹脂、ガラスファイバ
ー、フィラー等をサイドフィードするときは、サイドフ
ィーダー2とベント開口部3(ベントインサート)の間
をシールするために、サイドフィーダー2とベント開口
部3(ベントインサート)の間に混練ゾーン(第二混練
ゾーン)を設ける必要がある。また、液添ノズル4から
液状添加剤を添加する場合にも、その下流側をシールす
るため、液添ノズル4とベント開口部3(ベントインサ
ート)の間に混練ゾーンを設ける必要がある。
【0014】フィーダー7,8としては、定量式フィー
ダー、ロスインウェイト式フィーダー、ベルト式重量式
フィーダーが好ましい。
【0015】本発明のベントインサート付押出機におい
ては、図2に示すように、ベントインサート10に形成
されたベント開口部3が、押出機後端側から押出機先端
側を見て、スクリュ9a,9bの回転方向(図2では左
回転)とは反対側(図2では右側)であることが必要で
ある。この図2の場合に基づいて説明すると、図中右側
のスクリュ9aに付着した樹脂は、図中右側のスクリュ
9bとの擦れ合いにより、図中右側のスクリュ9b上に
盛り上がることになる。従って、スクリュ9a,9bの
回転方向の側(図2では左側のスクリュ9b上)にベン
ト開口部3が位置していると、この盛り上がる樹脂によ
ってベントアップを生じることになる。これに対して本
発明のようにスクリュ9a,9bの回転方向とは反対側
のスクリュ9a上にベント開口部3が位置していると、
盛り上がった樹脂は、ベントインサート10内にベント
開口部3が開口した上部空間を形成するえぐり部11の
上面に押えられることになり、ベントアップが防止され
ることになる。
【0016】上記位置に位置するベント開口部3の平面
面積をA、スクリュ9a,9bの直径をdとした時にA
/d2 =0.3〜2であることが必要である。A/d2
が0.3未満であると、揮発ガスの流速が上がり、ベン
トアップを防止しにくくなる。また、A/d2 が2を超
えると、バレルが長くなり過ぎて実用的でなくなる。
【0017】図3に示すように、ベント開口部3が位置
する側とは反対側のスクリュ9bの中心を通る垂線上に
おけるえぐり部11の深さをえぐり高さhとしたとき
に、h/d=0.05〜0.5であることが必要であ
る。h/dが0.05未満では、盛り上がってきた樹脂
をえぐり部11の上面で押さえきれずにベントアップし
やすくなる。また、h/dが0.5を超えると、えぐり
部11への樹脂の滞留時間が長くなり、樹脂の熱劣化に
よる炭化物が異物として製品中に混入しやすくなる。ま
た、図5におけるえぐり部11の深さhは押出機後端側
から先端側へ均一であるが、h/dが0.05〜0.5
の範囲であれば、えぐり部11の深さhは押出機後端側
から先端側へ次第に小さくなってもよい。
【0018】図3に示すように、ベント開口部3が位置
する側とは反対側のスクリュ9bの中心を通る垂線とえ
ぐり部11の上面との交点からベント開口部3までのえ
ぐり部11上面の傾斜角を押さえ角度θとした時に、θ
=0〜80度であることが必要で、好ましくは10〜6
0度である。角度が0度未満であると、盛り上がった樹
脂がベント開口部3の壁面に当たって成長し、ベントア
ップしやすくなる。また80度を超えると、盛り上がっ
た樹脂を押さえ込む力が弱く、樹脂の流れが悪くなっ
て、樹脂の熱劣化による炭化物が異物として製品中に混
入しやすくなる。
【0019】図示されるベント開口部3の平面形状は略
方形(略長方形)、半円形、楕円の半分の形、三角形で
も構わない。
【0020】図4に示すように、ベント開口部3のコー
ナー部は円弧状であることが好ましく、この円弧状コー
ナー部の半径をRとした時に、R/d=0.01〜0.
5であることが好ましい。R/dが0.01未満では、
コーナー部に樹脂の溜まりができてベントアップしやす
くなる。また、R/dが0.5を超えると、ベント開口
部3の開口面積が小さくなり、やはりベントアップしや
すくなる。
【0021】ベントインサート10のえぐり部11の押
出機先端側は、直線的なテーパ状につぼめられてもよい
が、図5に示すように、ベントインサート10のえぐり
部11の押出機の先端側は円弧状につぼめられているこ
とが好ましく、半径rの弧状につぼめられてるとした場
合に、r/d=0.0.5〜0.5であることが好まし
い。r/dが0.05未満では、盛り上がった樹脂を受
け入れる空間容積が小さくなってベントアップしやすく
なる。また、r/dが0.5を超えると、盛り上がった
樹脂をスクリュ9bへと押し戻す力が小さくなってベン
トアップしやすくなる。
【0022】本発明のベントインサート付押出機で混練
・押し出しする樹脂の種類は特に限定されないが、樹脂
の溶融粘度が10〜100000Pa・sとなる樹脂が
好ましい。溶融粘度は、東洋精機社製の「キャピログラ
フ1B」を使ってたデータである。溶融粘度は、剪断速
度123(1/s)で、ベントインサート10の付いた
バレル設定温度における値で、ベントインサート10の
付いたバレルの設定温度を上記溶融粘度となる温度に設
定して混練・押し出しすることが好ましい。溶融粘度が
100000Pa・sより大きいと、溶融樹脂粘度が高
過ぎて押し出し阻害されやすくなる。
【0023】本発明のベントインサート付押出機で混練
・押し出しする樹脂の具体例としては、ポリフェニレン
エーテル、ポリフェニレンエーテルとアルケニル系樹脂
のブレンド物、ポリカーボネイト、ポリオレフィン系樹
脂(高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度
ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、エチレン・プロピレン共重合体等)、ホモポリオキ
シメチレン、コポリマーポリオキシメチレン、ポリフェ
ニレンスルニド、ポリスチレン系樹脂(ポリスチレン、
ハイインパクトポリスチレン、アクリロニトリル・スチ
レン共重合体、シンジオタクティ クポリスチレン、アク
リロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等)、ポ
リアミド系樹脂(ナイロン6、ナイロン66等)、ポリ
エステル系樹脂(ポリブチレンテレフタレート、ポリエ
チレンテレフタレート等)、スチレン・ブタジエン共重
合体等を挙げることができ、これらのを樹脂をブレンド
してもよく、フィラー、ガラスファイバー、カーボンフ
ァイバー、安定剤、難燃剤、シリコンオイル、パラフィ
ン系オイル等を添加してもよい。また、オレフィン系架
橋物等の架橋物を混練・押し出しすることもできる。オ
レフィン系架橋物の架橋剤としては、過酸化物であり、
架橋助剤としてジビニルベンゼン等を使用してよい。
【0024】上記樹脂の中でも、ポリオレフィン系樹
脂、ポリカーボネート、シンジオタクティクポリスチレ
ン、ポリオレフィン架橋物、スチレン・ブタジエンブロ
ック共重合体、水素添加スチレン・ブタジエンブロック
共重合体、スチレン・イソプレンブロック共重合体から
選ばれる1種以上の樹脂であと、ベントアップを防止し
ながら効率的に混練・押し出しすることが容易であるの
で好ましい。
【0025】本発明のベントインサート付押出機による
樹脂の混練・押し出しに際しては、ベントインサート1
0部分より上流部分(図1のサイドフィーダー2および
/または液添ノズル4)から添加物をサイドフィードし
ても、ベントアップを効果的に防止することができる。
添加物としては、他の樹脂、粉体状強化材、ファイバ
ー、液状添加剤を挙げることができる。
【0026】粉体状強化材とは、例えば重質炭酸カルシ
ウム、膠質炭酸カルシウム、軟質炭酸カルシウム、シリ
カ、カオリン、クレー、酸化チタン、硫酸バリウム、酸
化亜鉛、アルミナ、水酸化マグネシウム、タルク、マイ
カ、ガラスフレーク、ハイドロタルサイト、針状フィラ
ー(ウオラストナイト、チタン酸カリウム、塩基性硫酸
マグネシウム、セプライト、ゾノトライト、ホウ酸アル
ミニウム)、ガラスビーズ、シリカビーズ、アルミナビ
ーズ、カーボンビーズ、ガラスバルーン、金属系導電性
フィラー、非金属製導電性フィラー、カーボン、磁性フ
ィラー、圧電・焦電フィラー、摺動性フィラー、封止材
用フィラー、紫外線吸収フィラー、制振用フィラー、着
色剤等である。ファイバーとは、例えばガラスファイバ
ー、カーボンファイバ−、金属繊維等である。液状添加
剤は、例えばミネラルオイル、リン酸エステル、シリコ
ンオイル等を挙げることができる。ミネラルオイルと
は、例えばパラフィン系、ナフテン系、芳香族系等のオ
イル、リン酸エステルとは、例えばトリフェニルホスフ
ェート、2,2−ビス−{4−(ビス(メチルフェノキ
シン)ホスホリルオキシ)フェニル}プロパン、リン酸
−(3−ヒドロキシフェニル)ジフェニル等、シリコン
オイルとは、例えばジメチルシリコンオイル、メチルフ
ェニルシリコンオイル、メチルハイドロジェンシリコン
オイル等で、同時に1種又は2種以上を用いることがで
きる。
【0027】上記他の樹脂、粉体状強化材、ファイバ
ー、液状添加剤のフィード方法は、各々別のフィーダー
から供給してもよいし、ブレンドして一括でフィードし
てもよい。ただし、液状添加剤の量が、樹脂全体を10
0重量部としたとき10重量部を超える場合、液状添加
剤は、図1の液添ノズル4から供給することが好まし
い。
【0028】
【実施例】使用した二軸同方向回転押出機(押出機後端
側から見てスクリュは左回転)は、ワーナー・アンド・
フライドラー社製「ZSK−40」、L/D=46、1
1バレルをベースとして、主として固体搬送ゾーン、第
一混練ゾーン、第二混練ゾーンを設け、第二混練ゾーン
下流側に真空ベントを1つ設けたものとし、ベントイン
サートの形状を変えて実験を行った。トルク変動を極力
抑えるため、フィーダーは全てKトロン社製の重量式フ
ィーダーを使用した。実施例1における押出機の状態を
図6に示す。
【0029】使用した樹脂(組成物)の粘度とバレル温
度は表1に通りである。
【0030】
【表1】
【0031】ペレット状樹脂・粉体状樹脂をメインホッ
パー用重量式フィーダーに入れ、実施例1、2及び比較
例1〜5ではマイカ及びファイバーをサイドフィード用
重量式フィーダーに入れて各々別フィードし、押出量、
ベントアップの有無、残存揮発分を観察した。実施例
1、2及び比較例1〜5は、樹脂100重量部に対し
て、マイカ及びファイバーを各々33重量部添加した樹
脂組成物とし、実施例4〜8は樹脂単独とした。
【0032】実施例1、2及び比較例1〜5樹脂組成
は、揮発分10000ppmを含有する粉体状樹脂30
重量部とペレット状樹脂70重量部とした。
【0033】押出条件は、特に断り書きがない限り、ス
クリュ回転295rpm、ベントは真空ベントとした。
真空ベント圧力は、50mmHgとした。
【0034】実施例及び比較例の結果は表1および2に
まとめ示す。この表1および2に示される測定項目の測
定方法は以下の通りである。
【0035】ベントアップの有無の確認は目視により行
った。
【0036】残存揮発分は、ガスクロマトグラフィーで
キャピラリーカラムHR−20Mを用い、200℃で定
量した。
【0037】実施例1 ベントインサートの開口位置は右側(押出機後端側から
見て左回転のスクリュ)であり、A/d2 を0.65、
h/dを0.125、θを10度、R/dを0.12
5、r/dを0.25のベントインサート形状のものを
使い、メインフィードする樹脂は旭化成工業社製の粉体
状樹脂(ポリフェニレンエーテル)と、ペレット状樹脂
(ポリスチレンH9405)とした。サイドフィードす
るマイカはクラレ社製の「スゾライト・マイカ200H
K」、ファイバーは日本硝子繊維社製「RES03−T
P30」とした。
【0038】押出機トルク90%での押出量は130k
g/hであった。1時間運転したがベントアップはな
く、残留揮発分は470ppmであった。
【0039】実施例2 A/d2 を1.3とした以外は実施例1と同様とした。
【0040】押出機トルク90%での押出量は130k
g/hであった。1時間運転したがベントアップはな
く、残留揮発分440ppmで、実施例1と同等の押出
量、残留揮発分となった。
【0041】比較例1 θを−5度とした以外は実施例1と同様とした。
【0042】押出量70kg/hでベントアップが発生
し、実施例1に比して押出量がかなり低くなった。残留
揮発分は330ppmであった。
【0043】比較例2 h/dを0.025とした以外は実施例1と同様とし
た。
【0044】押出量30kg/hでベントアップが発生
し、実施例1に比して押出量がかなり低くなった。残留
揮発分は230ppmであった。
【0045】比較例3 A/d2 を0.22とした以外は実施例1と同様とし
た。
【0046】押出量70kg/hでベントアップが発生
し、実施例1に比して押出量がかなり低くなった。残留
揮発分は430ppmであった。
【0047】比較例4 ベント開口部の位置を左側(押出機後端側から見て左回
転のスクリュ)とした以外は実施例1と同様とした。
【0048】押出量65kg/hでベントアップが発生
し、実施例1に比して押出量がかなり低くなった。残留
揮発分は360ppmであった。
【0049】比較例5 ベント開口部の位置を左側(押出機後端側から見て左回
転のスクリュ)、A/d2 を0.90、h/dを0.3
8、θを60度とした以外は実施例1と同様とした。
【0050】押出量80kg/hでベントアップが発生
し、実施例1に比して押出量がかなり低くなった。残留
揮発分は400ppmであった。
【0051】実施例3 実施例1のベントインサート形状を使い、樹脂として旭
化成工業社製「ポリアミド1200S」を70重量部メ
インフィードし、ファイバーとして日本硝子繊維社製
「RES03−TP30」を30重量部サイドフィード
した。押出機バレル温度は290℃とした。
【0052】押出機トルク90%での押出量は90kg
/hであった。1時間運転したがベントアップは発生し
なかった。
【0053】実施例4 実施例1のベントインサート形状を使い、樹脂はポリオ
レフィン架橋物とし、押出機バレル温度は200℃とし
た。
【0054】押出機トルク90%での押出量は60kg
/hであった。1時間運転したがベントアップは発生し
なかった。
【0055】実施例5 実施例1のベントインサート形状を使い、樹脂は旭化成
工業社製「高密度ポリエチレンJ241」とし、押出機
バレル温度は250℃とした。
【0056】押出機トルク90%での押出量は80kg
/hであった。1時間運転したがベントアップは発生し
なかった。
【0057】実施例6 実施例1のベントインサート形状を使い、樹脂は昭和電
工社製「ポリプロピレンE−1100」とし、押出機バ
レル温度は250℃とした。
【0058】押出機トルク90%での押出量は80kg
/hであった。1時間運転したがベントアップは発生し
なかった。
【0059】実施例7 実施例1のベントインサート形状を使い、樹脂は数平均
分子量15万のシンジオタクティクポリスチレンとし、
押出機のバレル温度は270℃とした。
【0060】押出機トルク90%での押出量は100k
g/hであった。1時間運転したがベントアップは発生
しなかった。
【0061】実施例8 実施例1のベントインサート形状を使い、樹脂は数平均
分子量3万のポリカーボネートとし、押出機バレル温度
は290℃とした、押出機トルク90%での押出量は7
0kg/hであった。1時間運転したがベントアップは
発生しなかった。
【0062】
【表2】
【0063】
【表3】
【0064】
【発明の効果】本発明は、以上説明した通りのものであ
り、二軸同方向回転のベントインサート付押出機による
混練・押し出し出処理について、ベントアップを防止し
て、残留揮発分の除去不足等のトラブルを発生させるこ
となく、この押し出しを経て行われるペレット状樹脂の
生産性を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るベントインサート付押出機の概略
を示す説明図である。
【図2】ベントインサートの概略を示す説明図である。
【図3】ベントインサート形状の説明図(正面図)であ
る。
【図4】ベントインサート形状の説明図(側面図)であ
る。
【図5】ベントインサート形状の説明図(底面図)であ
る。
【図6】実施例1における押出機の状態を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
1 メインフィーダー 2 サイドフィーダー 3 ベント開口部 4 液添ノズル 5 液添用タンク 6 液添用ポンプ 7 フィーダー 8 フィーダー 9a,9b スクリュ 10 ベントインサート 11 えぐり部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベント開口部が形成されたベントインサ
    ート付押出機において、 押出機が二軸同方向回転押出機であり、 ベントインサートのベント開口部が、押出機の後端側か
    ら見て、スクリュの回転方向とは反対側に位置し、かつ
    ベントインサートのベント開口部の平面面積をA、スク
    リュ直径をd、ベントインサート内にベント開口部が開
    口した上部空間を形成するえぐり部におけるえぐり高さ
    をhとした時に、A/d2 =0.3〜2、h/d=0.
    05〜0.5で、しかもベントインサートのえぐり部に
    おける押え角度θが0〜80度であることを特徴とする
    ベントインサート付押出機。
  2. 【請求項2】 ベントインサートのベント開口部が半径
    Rの円弧状コーナー部を有していると共に、ベントイン
    サートのえぐり部の押出機の先端側が半径rの円弧状に
    つぼめられており、しかもR/d=0.01〜0.5と
    r/d=0.05〜0.5との少なくともいずれか一方
    を満たすことを特徴とする請求項1のベントインサート
    付押出機。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のベントインサー
    ト付転押出機を用い、ベントインサート部分のバレル温
    度設定値をこのバレル内にある樹脂の溶融粘度を10〜
    100000Pa・sとする温度とし、かつ10〜76
    0mmHgの大気圧力で揮発分を除去することを特徴と
    する押出方法。
  4. 【請求項4】 樹脂が、ポリオレフィン系樹脂、ポリカ
    ーボネート、シンジオタクティクポリスチレン、ポリオ
    レフィン架橋物、スチレン・ブタジエンブロック共重合
    体、水素添加スチレン・ブタジエンブロック共重合体、
    スチレン・イソプレンブロック共重合体から選ばれる1
    種以上の樹脂であることを特徴とする請求項3の押出方
    法。
  5. 【請求項5】 請求項1または2の二軸同方向回転押出
    機を用い、ベントインサート部分より上流部で添加物を
    サイドフィードしながら行うことを特徴とする押出方
    法。
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