JPS63199623A - 熱可塑性樹脂成形用スクリユ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シート、フィルム等の製造のための熱可塑性
樹脂成形装置に用いられる熱可塑性樹脂成形用スクリュ
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、射出成形等に
よりシート、フィルム、容器等の各種成形品が得られて
いるが、これらのいずれの成形分野においても、樹脂の
加熱、溶融、混練を十分に行って均一性に優れた製品を
生産性よく製造するためには成形装置のスクリューの構
造が重要な要因となっている。

従来の最も一般的なスクリューでは、例えば第１図に示
されるものがある。これは樹脂供給側から樹脂押出側に
向かって順次、供給部１、圧縮部２および計量部３を有
するフルフライトメタリンゲスクリニーの如く、圧縮比
を大きくすることにより溶融樹脂の混練を十分に行うこ
とを主目的としていた。従って、樹脂の混練は比較的十
分に行われるものの、圧縮比が大きく高剪断を伴うため
幾つかの問題点を有していた。すなわち、高速押出成形
の際に樹脂圧の変動が大きく、厚み精度等に優れた高品
質の成形品を安定して得ることができない。また、高剪
断応力に伴う発熱が生じて樹脂温度の必要以上の上昇に
より樹脂が劣化して成形品の物性が低下したり、押出成
形における引き取りやサイジングが困難となる等の欠点
があった。

このため、圧縮比を比較的小さくし、場合によっては１
以下として剪断発熱の発生を抑えた構造のスクリュー、
スクリュー中間部に剪断部を設けた二段押出型のスクリ
ュー等が提案されている。

しかしながら、いずれの場合も混練が不十分となり、そ
の結果、樹脂温度の不均一化、各種添加剤の分散不良を
生じ、良好な成形品を得ることが困難であり、応用範囲
が極めて制限されていた。特に二段押出スクリューにあ
っては、中間剪断部において必要以上の剪断が生じ、樹
脂温度の上昇に伴う樹脂の劣化や、高温樹脂の押し出し
による冷却およびサイジングの困難性がある。

ところで、本出願人は、これら従来技術の問題点を解決
するために、スクリューの圧縮部を比較的小さな圧縮比
にした緩圧線部を備えた押出装置を既に提案した（特願
昭５９−２６６３９８）。

そして、これをさらに改良したスクリューについても提
案している（特願昭６０−１８０８４６、特願昭６Ｏ−
１８０８４７）。

しなしながら、スクリュー中間部に剪断部を備えたスク
リューにあっては、この剪断部での剪断発熱を低く抑え
るためには、供給部、圧縮部の長さを十分長くすること
が必要となり、好ましくない。また、たとえ長くしても
高速押出成形を行った場合には剪断部での混練が十分行
われず、場合によっては剪断部に未溶融樹脂が多量に流
入して、押出量の変動が生じたり、良好な製品が得られ
ず、結果的には、生産性高く高速で安定押出成形を行う
ことはできない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来、両立させることが困難とされて
いた十分な均一混練性、高速安定押出性および低温押出
性を可能とする熱可塑性樹脂押出成形用スクリューを提
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って順次、供給部、圧
縮部および計量部を有する第１押出部を形成するととも
に、この第１押出部から樹脂押出側に向かって順次、混
合部、剪断部および第２押出部を配することにより、必
要以上の樹脂の発熱を抑えながら、十分な混練を行い、
しかも高速安定押出を可能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さらに詳細に説明す
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、例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、エチレンまたはプロピレンと他のα−オレフ
ィンとの共重合体、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、ポリフェニレンオ
キサイド、ボイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンサ
ルファイド、ポリケトン等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って、比較的分
子量分布が狭い等の要因で生ずる二ニーｌ・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し出すためにはスクリュ
ー動力消費量が大きくなり、押出生産性が低くなって製
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、樹脂の
劣化や添加剤の劣化、分解を生じる虞れがあるからであ
る。

また、本発明に用いられる樹脂のうちで、押し出された
溶融樹脂の透明性、光沢等の光学的特性を改良する必要
がある樹脂としては、ポリポロピレン、エチレン等のα
−オレフィンを２０重量％以下共重合したランダム共重
合ポリプロピレン、直鎖状低密度ポリエチレン（Ｌ−Ｌ
ＤＰＥ）等がある。これらの樹脂は、その結晶性によっ
て透明性に優れたシート、フィルムを製造することが困
難である。

従って、このような樹脂を本発明の成形用スクリューで
押出成形し、例えば水冷等の手段を用いて急冷すれば、
透明性等の光学的特性の優れた製品を得られる。

第２図には、本発明に係る熱可塑性樹脂成形用スクリュ
ーの例が示され、図中、樹脂供給側から樹脂押出側に向
かって１唾次、供給部１１、圧縮部１２および計量部１
３を有する第１押出部が形成されるとともに、この第１
押出部から樹脂押出側に向かってさらに、混合部１４、
剪断部１５および第２押出部１６が順次形成されている
。

前記供給部１１に図示しないシリンダの樹脂供給口から
樹脂ペレットが供給され、加熱されながら、スクリュー
の推進力により圧縮部１２へ圧送される。供給部１１は
、通常は圧縮比１の一定溝深さのものである。また圧縮
部１２は通常スクリューの溝深さが順次浅くなり、溶融
可塑化されながら圧縮されるものであり、圧縮比は２〜
４、好ましくは２〜３である。圧縮比が４を越えると圧
縮部１２の終端部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、ブレークアップ現象等が生じて
好ましくない。次に、計量部１３は、通常は一定溝深さ
であり、圧縮部での溶融が不完全な場合には、溶融可塑
化を促進するものである。

本発明の計量部は通常のものより比較的溝深さは深く、
３〜１５ＩＩＩ１１である。

混合部１４は、計量部１３から送られた可塑化樹脂を混
合するものであり、特に高速押出成形の場合の未溶融樹
脂層（ソリッドベッド）を分断、破壊する作用を有する
ものである。ここで混合部１４としては特に制限はなく
、歯車型、ダルメージ、切れ目を有する逆ネジ、多ピン
型等があり、主として未溶融樹脂層を分断、破壊を行う
ものであり、高剪断による練り作用は比較的小さく剪断
力による樹脂の発熱異常等は生じないものである。

なかでも、歯車型混合部は、構造が簡単で、加工が容易
なこと、ソリッドベッドの分断、破壊作用が確実なこと
、剪断作用が低いこと等多くの特徴があるため好ましい
。なお、歯車型混合部における歯車型のｌ１１Ｍとして
は、平歯車型で十分であるが、ハスパ歯車型等混合部１
４を樹脂が通過するときに分断されるものであれば制限
されるものではない。次に混合部１４を平歯車型の例に
ついて説明する。歯車の山の数、厚み、山の頂部とシリ
ンダとのクリアランス等は、熱可塑性樹脂の種類、スク
リューが用いられる成形の種類、成形条件、スクリュー
のサイズ（直径＝Ｄ）等によって異なるものである。し
かし一般的には、歯車の山頂とシリンダとのクリアラン
スは、０．１〜３園とする。

０．１ｎｕａ以下だと剪断作用が強くなり、３１１１ｆ
ｆｉを越えると分断、破壊作用が弱゛くなり好ましくは
ない。

また、歯厚みは、（０，１〜１）Ｄの範囲であり、分断
作用の点からは０．５Ｄ以下で十分である。また、歯車
は複数枚でもよい。

混合部１４で混合された樹脂は、必要により設けられる
円筒部１７を通り、剪断部１５に送られる。剪断部１５
は、比較的短時間の剪断により溶融樹脂の均一溶融、樹
脂温度の均一化といった作用を有するものである。ここ
で、剪断部１５としては、トーピード、せき止めリング
、マードック、トレスター等があり、剪断部１５とシリ
ンダとの間の小さなりリアランスにより、樹脂の流動障
害が生じ、剪断が大きくなるようなものであれば特に制
限はない。しかし、一般的には、構造簡単、加工性の点
からトーピードが好適に使用される。

ここで、トーピードとしては、その長さは、スクリュー
直径（Ｄ）の０．０５〜２倍、好ましくは０．１〜１倍
であり、トーピードとシリンダとのクリアランスは０．
３〜６關、好ましくは０．５〜４　ｍｍである。しかし
ながらこれらの値は、スクリューのサイズ、トーピード
の長さとクリアランスとの組み合わせ、樹脂の種類等に
よって最適のものを選定すればよく、必ずしもこれらの
数値に捕られれることはない。また、円筒部１７は、混
合部１４と剪断部１５との構造上のつなぎとしての役目
の他、混合部１４を通過した樹脂が直ちに剪断部１５に
送られると、剪断部１５での樹脂の通過が困難になり易
いため、円筒部１７のような解放部を設けることにより
剪断部１５における樹脂の通過を容易にできるという役
目を有する。

本発明の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、以上詳述し
た、特に剪断部１５の前に低剪断の混合部１４を設ける
ことによって、ソリッドベッドを分断破壊することによ
り剪断部１５へ多量の未溶融樹脂が移送されることを防
いだことに大きな特徴を有している。従って、供給部１
１、圧縮部１２）計量部１３の長さは、樹脂の種類等を
考慮して任意に決定すればよい。しかしながら、本発明
では、混合部１４を設けることにより、計量部１３まで
のスクリュー長さを比較的長くしなくても押出安定性よ
く高速成形ができる。

次に、剪断部１５において均一混練された樹脂は、第２
押出部１６により図示しないダイへと押し出される。こ
こで、押出部１６としては通常の押出スクリューであれ
ばいかなるものでもよく、最も一般的には計量効果のあ
るスクリューが用いられる。図示の例では剪断部１５に
近接して溝の深い解放部が形成され、この解放部の後流
側にこれより浅い一定溝深さの計量部が設けられている
。

ここで、樹脂は、必要により冷却されながら定量押出が
行われる。スクリューとしては、圧縮比３〜０．５、好
ましくは２．５〜１のもので、特にポリプロピレン等の
結晶性樹脂から急冷により透明性の良好なシートを製造
するためには、圧縮比１．５以下の緩圧縮型スクリュー
を用い、溶融樹脂中の残留応力を緩和することが好まし
い。すなわち通常の場合には、この押出部１６において
は新たな混練は必要ないが、添加剤、着色剤等の分散均
一化のためには第２押出部１６の先端部に混合部を設け
てもかまわない。

なお、本明細書中では、最も一般的な単条ネジ、等ピッ
チのスクリューについて述べたが、多条ネジ、部分多条
ネジ、ピッチ変化型スクリュー等でもよく、本発明の効
果を有する限り、これらに制限されるものではない。ま
た、圧縮比なる用語は、各々の構造部における「（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。

〔具体的実施例および比較例〕

第１表に示す形状のスクリュー（直径５０ｍｍ、スクリ
ュー全長体りと直径りとの比Ｌ　／　Ｄ　−２６）と直
径２５ｍｍのダイを用いて、ポリプロピレン（出光ポリ
プロ、Ｆ　−２００５，Ｍ　Ｉ　（メルトインデックス
）２ｇ／１０分、出光石油化学■製〕をシリンダ温度、
ダイ温度とも２５０″Ｃの条件下で押出成形を行い、成
形性、押出物の評価を行った。

結果を第２表に示す。

第２表 この第２表から明らかなように、同一回転数において比
較すれば、グイ部での圧力変動、グイ出口の樹脂温度が
本発明実施例のほうが優れている。

また、安定押出可能な押出量が大幅に向上している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来両立させることが困難であった、
混練性の向上と低温押出成形、さらには高速安定押出成
形をも可能にした。従って均一性に優れたシートやフィ
ルム等を生産性よく、安価に製造することができる。特
にポリプロピレンシートのように急冷によって透明性を
発現する成形に非常に適した成形を可能にする成形用ス
クリューである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的なスクリューを示す側面図、第２
図は本発明に係る熱可塑性樹脂成形用スクリューを示す
側面図である。 １１・・・供給部、１２・・・圧縮部、１３・・・計量
部、１４・・・混合部、１５・・・剪断部、１６・・・
第２押出部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂供給側から樹脂押出側に向かって順次、供給
   部、圧縮部および計量部を有する第１押出部を形成する
   とともに、この第１押出部から樹脂押出側に向かって順
   次、混合部、剪断部および第２押出部を形成したことを
   特徴とする熱可塑性樹脂成形用スクリュー。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、混合部が歯車型
   であることを特徴とする熱可塑性樹脂成形用スクリュー
   。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項において剪断
   部がトーピード型であることを特徴とする熱可塑性樹脂
   成形用スクリュー。