(57)【要約】【課題】塩化ビニル系樹脂の発泡成形において、ガスが十分に溶解された均一な発泡成形品を得ることができるスクリューを提供する。【解決手段】スクリュー軸(4)はガス注入口(3) の後方かつその近傍に後方大径部(4a)を有する。後方大径部(4a)は、他の部分に比べ、スクリュー(2) とバレル(1) 内面との隙間(5) を狭小化させている。このような狭小隙間(5) に樹脂が圧縮充満され、その結果、ガス注入口から注入された不活性ガスが後方へ逆流することが阻止され、不活性ガスがホッパーから吹き出すことがない。スクリュー軸(4a)は、ガス注入口(3) が臨む部位に、スクリュー(2) とバレル(1) 内面との隙間を拡大させるように前方小径部(4d)を有する。スクリュー(2) とバレル(1) 内面との隙間拡大部では、樹脂が未充満状態にされる。スクリュー軸(4a)は、前方小径部(4d)の前方に前方テーパー部(4e)を介して前方大径部(4f)を有する。【選択図】    図１
2008272999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バレルとバレル内に同心状に配されたスクリューとを主体としバレルにガス注入口を開設してなり、ガス注入口がスクリューフライト部全長のうちその樹脂送り開始部から50%〜70％の部位に位置し、バレル内に供給した塩化ビニル系樹脂をガス注入口より注入した不活性ガスで発泡して成形する成形機において、
スクリュー軸はガス注入口の後方かつその近傍に大径部を有し、大径部はスクリューとバレル内面との隙間を狭小化させて、この狭小部の樹脂圧縮充満によりガスの後方への逆流を阻止し、
スクリュー軸はガス注入口が臨む部位に小径部を有し、小径部はスクリューとバレル内面との隙間を拡大し、この拡大部にて樹脂を未充満状態にさせ、
スクリュー軸の小径部は樹脂の混練を促進するミキシング部を有する
ことを特徴とする塩化ビニル系樹脂発泡成形機におけるスクリュー。
【請求項２】
スクリューは樹脂圧縮充満用の大径部の前端に、溶融樹脂を分流し細分化する樹脂分流部を有することを特徴とする請求項1記載の塩化ビニル系樹脂発泡成形機におけるスクリュー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出成形機用または射出成形機用等の熱可塑性樹脂発泡成形機に関し、特に塩化ビニル系樹脂の発泡成形に用いるスクリューの改良構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクリューを内蔵した成形機においては、均質な成形品を得るために成形用樹脂組成物を十分に溶融混練することが必要であり、このために、従来はバレル内でスクリューを回転させて溶融樹脂に剪断力を作用させて混練することが行われている。また、成形品の軽量化、低コスト化、意匠性付与の点から、発泡体として成形することが旧来より行われている。この熱可塑性樹脂発泡成形（以下、単に「発泡成形」ともいう）においては、その発泡方法として、大きく分けて化学発泡と物理発泡の２つによる方法が検討されてきたが、樹脂中に発泡剤を均一に分散混合させるために、上記と同様に剪断力を作用させてガス塊を砕き混練し、発泡セルを均一に分散することが行われている。
【０００３】
従来、例えば特許文献１に記載されているように、バレル(51)とバレル(51)内に同心状に配されたスクリュー(52)とを主体としバレル(51)にガス注入口(53)を開設してなる熱可塑性樹脂押出装置が知られている（図４参照）。
【０００４】
このような構造の熱可塑性樹脂押出装置においては、発泡剤としてのガスが熱可塑性樹脂に多く溶解されるように、スクリュー(52)前端の大径の樹脂充満部においてスクリュー軸(54)に多数のピン(55)を突設し、ガスと熱可塑性樹脂との接触面積の増加を図っている。
【０００５】
上記特許文献１等に記載されているように、スクリュー(52)前端の大径の樹脂充満部においてスクリュー軸(54)に多数のピン(55)を突設したものでは、ガスの拡散は通常のフライトスクリューよりも上がる傾向にあり、またオレフィン系樹脂発泡においては、好適に用いられている。しかしながら、オレフィン系樹脂と比較して、ガスの溶解・拡散が遅くなる塩化ビニル系樹脂においては、ガスの溶解が不十分であり、不均一な発泡や不十分な発泡の成型品しか得られない問題が生じる。
【特許文献１】特開平１１−３４１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑み、塩化ビニル系樹脂の発泡成形において、ガスが十分に溶解された均一な発泡成形品を得ることができるスクリューを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による塩化ビニル系樹脂発泡成形機におけるスクリューは、バレルとバレル内に同心状に配されたスクリューとを主体としバレルにガス注入口を開設してなり、ガス注入口がスクリューフライト部全長のうちその樹脂送り開始部から50%〜70％の部位に位置し、バレル内に供給した塩化ビニル系樹脂をガス注入口より注入した不活性ガスで発泡して成形する成形機において、
スクリュー軸はガス注入口の後方かつその近傍に大径部を有し、大径部はスクリューとバレル内面との隙間を狭小化させて、この狭小部の樹脂圧縮充満によりガスの後方への逆流を阻止し、
スクリュー軸はガス注入口が臨む部位に小径部を有し、小径部はスクリューとバレル内面との隙間を拡大し、この拡大部にて樹脂を未充満状態にさせ、
スクリュー軸の小径部は樹脂の混練を促進するミキシング部を有する
ことを特徴とするものである。
【０００８】
本明細書および特許請求の範囲全体を通して、前後関係は、成形機内の溶融樹脂の送り方向を基準として、溶融樹脂を送る方向、すなわち図１の左方向（矢印Ａで示す方向）を
前方といい、その逆方向を後方という。
【０００９】
本発明において、発泡成形機は単軸押出発泡成形機であることが好ましい。また、スクリューは樹脂圧縮充満用の大径部の前端には、溶融樹脂を分流し細分化する樹脂分流部を有することが好ましい。
【００１０】
本発明に用いられる塩化ビニル系樹脂は、塩化ビニルモノマー単独、または塩化ビニルを主成分とするビニルモノマーを重合させて得られる樹脂である。塩化ビニルを主成分とするビニルモノマーとは、50重量％以上の塩化ビニルとこれと共重合可能なビニルモノマーとの混合物を意味し、共重合可能なビニルモノマーとは、例えば、酢酸ビニル、アルキル（メタ）アクリレート、アルキルビニルエーテル、エチレン、フッ化ビニル、マレイミドなど公知のビニルモノマーが挙げられ、これらの少なくとも一種が使用できる。また、本発明に用いられる塩化ビニル系樹脂は、塩化ビニル系樹脂を塩素化して製造した塩素化塩化ビニル系樹脂であっても良い。上記塩化ビニル系樹脂中のポリ塩化ビニルの重合度および塩素化度は、特に限定されない。
【００１１】
本発明の塩化ビニル系樹脂組成物においては、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じて、安定剤、安定化助剤、滑剤、加工助剤、衝撃改質剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、充填剤、顔料、可塑剤などの添加剤が添加されてもよい。
【００１２】
本発明に用いられる不活性ガスとしては、例えば二酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられるがこれらに限定されない。また、これらは単独で使用しても２種以上の混合物で使用してもよい。特に取り扱いが容易な二酸化炭酸ガス、窒素ガスなどがよく使用される。
【００１３】
本発明において、不活性ガスを注入するためのガス注入口は、スクリューフライト部全長のうちその樹脂送り開始部から50%〜70％の部位に開設されている。スクリューフライト部とは、スクリュー全体のうちスクリュー軸にフライトを具備した部分をいう。
【００１４】
ガス注入口がスクリューフライト部全長のうち樹脂供給端から50% より小さい部位に開設されると、樹脂が十分に溶融できずシール不足となり、逆に70% より大きい部位に開設されると、未充満部を設けた場合スクリューの残り部分で塩化ビニル系樹脂溶融物のゲル化が不十分となり所望の物性などが発現できない可能性がある。
【００１５】
本発明の特徴の１つは、スクリュー軸がガス注入口の後方でかつその近傍に後方大径部を有する点である。後方大径部はその後方の後方テーパー部を介して後方小径部に連なっており、後方大径部によってスクリューとバレル内面との隙間が狭小化されている。このような隙間の狭小化により、この狭小部に樹脂が圧縮充満され、その結果、ガス注入口から注入された不活性ガスが後方へ逆流してホッパー側から吹き出すことが阻止される。
【００１６】
スクリューとバレル内面との隙間の間隔および長さは、このゾーンで溶融樹脂が剪断発熱で分解されない範囲であれば、特に限定されない。
【００１７】
本発明のもう１つ特徴は、スクリュー軸が、ガス注入口が臨む部位に、スクリューとバレル内面との隙間を拡大させるように前方小径部を有する。スクリューとバレル内面との隙間拡大部では樹脂が未充満状態にされる。ここで未充満部とは、スクリューとバレル内面との隙間の容積に樹脂が完全には充満していない無圧の状態をいう。
【００１８】
本発明のさらにもう１つ特徴は、スクリュー軸の前方小径部は樹脂の混練を促進するミキシング部を有する点である。
【００１９】
ミキシング部としては、2条以上のフライトに切り欠きを入れた切り欠きフライトや 、スクリュー軸に多数のピンを突設したピン形状、またダルメージ形状など、一般的にミキシングと呼称される形状のものが用いられ、押出される塩化ビニル系樹脂が剪断発熱等により分解しないものであれば、特に限定されない。
【００２０】
本発明の好ましい実施態様では、スクリューは、樹脂圧縮充満用の大径部の前端に、溶融樹脂を分流し細分化する樹脂分流部を有する。樹脂分流部としては、樹脂は通過するがこれを分流し細分化することができる流路形状であれば特に限定されないが、たとえば4条以上のフライト部や樹脂流路穴のあいた円版等が用いられる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ガスが十分に溶解された均一な発泡成形品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明による、塩化ビニル系樹脂発泡成形機におけるスクリューの一実施形態について図面を参照し具体的に説明する。
【００２３】
図１は塩化ビニル系樹脂発泡成形機の一例を示す縦断面図であり、図2はミキシング部を示す拡大側面図である。図3は樹脂分流リングの一例を示すものである。
【００２４】
図１において、塩化ビニル系樹脂発泡成形機は、バレル(1) とバレル(1) 内に同心状に配されたスクリュー(2) とを主体とする。バレル(1) にはガス注入口(3) が開設されている。ガス注入口(3) はスクリューフライト部全長のうち樹脂送り開始部から約60％の部位に位置する。このような構造の発泡成形機において、塩化ビニル系樹脂をホッパーよりバレル内に供給し、不活性ガスをガス注入口より注入し、同樹脂をスクリュー(2) で溶融混練し、発泡して成形する。
【００２５】
スクリュー軸(4)はガス注入口(3) の後方かつその近傍に後方大径部(4a)を有し、これの 後方に徐々に減径する後方テーパー部(4b)を介して後方小径部(4c)を有する。後方大径部(4a)は、他の部分に比べ、スクリュー(2) とバレル(1) 内面との隙間(5) を狭小化させている。このような狭小隙間(5) に樹脂が圧縮充満され、その結果、ガス注入口から注入された不活性ガスが後方へ逆流することが阻止され、不活性ガスがホッパーから吹き出すことがない。図１中、(6) はスクリュー(2) のフライト、(7) はフライト(6) 間のスクリュー溝である。
【００２６】
スクリュー軸(4)は、ガス注入口(3) が臨む部位に、スクリュー(2) とバレル(1) 内面との隙間を拡大させるように前方小径部(4d)を有する。スクリュー(2) とバレル(1) 内面との隙間拡大部では、樹脂が未充満状態にされる。スクリュー軸(4)は、前方小径部(4d)の前方に徐々に増径する前方テーパー部(4e)を介して前方大径部(4f)を有する。
【００２７】
前方小径部(4ｄ)は樹脂の混練を促進するミキシング部(8) を有する。ミキシング部(8) は、図２に示すように、2条以上のフライト(8a)に切り欠き(8b)を入れた切り欠きフライトからなる。
【００２８】
前方大径部(4f)では、一般的なスクリューと同様に、スクリュー(2) とバレル(1) 内面との隙間が狭められ、ここで溶融樹脂が混練、押出される。
【００２９】
スクリュー(2) は、後方大径部(4a)の前端には、溶融樹脂を分流し細分化する樹脂分流部(9) を有する。樹脂分流部(9) は、図３に示すように、後方大径部(4a)よりさらに大径のリング部(9a)とこれの外周に円周方向に配して設けられた複数個の方形突部(9b)とからなる。方形突部(9b)はリング部(9a)の外周面から外方に突出しており、溶融樹脂は複数個の方形突部(9b)の間を通過するが方形突部(9b)によって分流、細分化される。
【実施例】
【００３０】
以下に本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限を受けるものではない。
【００３１】
実施例１
樹脂組成物
ヘンシェルミキサーにおいて、重合度1050の塩化ビニル樹脂（徳山積水工業製：ＴＳ１０００Ｒ）に、鉛系熱安定剤であるステアリン酸鉛（品川化工社製、商品名：SAK-NS）2.0重量部、ポリエチレン系ワックス（三井化学社製、商品名：Hｉｗａｘ220MP）0.5重量部、アクリル系加工助剤（三菱レイヨン社製、商品名：メタブレンP-530A）2.0重量部、エステル系ワックス（コグニスオレオケミカルズ社製、商品名：VPN963）0.7重量部、炭酸カルシウム（白石工業社製、商品名：白艶華CCR）3重量部、顔料0.5重量部を加え、これらを混合して樹脂組成物を得た。
【００３２】
成型機
バレルとバレル内に同心状に配されたスクリューとを主体とする単軸押出機(プラスチック工学研究所製、商品名：UT-40) に、パイプ金型、フォーミングチューブが取り付けられ、冷却水槽、引取機、切断機で構成されている成型機を用いた。
【００３３】
操作
前記単軸押出機を使用して、前記塩化ビニル系樹脂組成物を設定樹脂温度190℃、押出量12kg/h、スクリュー回転数30rpmで円筒体に押出成形した。また、バレル内にボンベより炭酸ガスを圧力4MPaで導入し円筒体を発泡させた。
【００３４】
比較例１
図4に示すように、スクリュー(52)前端の大径の樹脂充満部においてスクリュー軸(54)に多数のピン(55)を突設してなるミキシング部を設けた従来スクリューを用いた以外は、実施例1と同じ原料、同じ押出機、同じ押出条件で成形を行い、発泡円筒体を得た。
【００３５】
［サンプル評価法］
（発泡倍率）
発泡倍率は、円筒体の周方向8カ所で比重の測定を行い、下記の式から求めた値の平均である。発泡円筒体の比重は、これを水に沈めた際に生じる浮力より算出したものである。
【００３６】
発泡倍率＝発泡剤非含有樹脂組成物から得た円筒体の比重／発泡円筒体の比重
（平均セル径及び径のばらつき）
得られた発泡円筒体の断面を、２次電子反射式電子顕微鏡により観察した。観察し撮影した断面写真を画像解析により白色部分（樹脂部分）と黒色部分（発泡セル部分）に二値化した。その黒色部分の面積を疑似円表面積とし、そこから発泡セル径を算出し平均値とセル径の標準偏差を算出した。算出したセル径の標準偏差を径のばらつきとした。
【００３７】
発泡倍率、平均セル径およびセル径の標準偏差を表１にまとめて示す。
【表１】
2008272999.tif 000003
【００３８】
表１から分かるように、本発明によるスクリューを用いることによって、ガスが十分に溶解された均一な発泡成形品が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】塩化ビニル系樹脂発泡成形機の一例を示す縦断面図である。
【図２】ミキシング部を示す拡大側面図である。
【図３ａ】樹脂分流リングの一例を示す正面図である。
【図３ｂ】樹脂分流リングの一例を示す側面図である。
【図４】従来公知のスクリューの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
(1) バレル
(2) スクリュー
(3) ガス注入口
(4)スクリュー軸
(4a)後方大径部
(4b)後方テーパー部
(4c)後方小径部
(4d)前方小径部
(4e)前方テーパー部
(4f)前方大径部
(5) 隙間
(8) ミキシング部
(8a)フライト
(8b)切り欠き
(9) 樹脂分流部
(9a)リング部
(9b)方形突部
【図１】
2008272999.tif 000004
【図２】
2008272999.tif 000005
【図３ａ】
2008272999.tif 000006
【図３ｂ】
2008272999.tif 000007
【図４】
2008272999.tif 000008