(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バレルの中途部に高圧ガスを圧入するためのガス導入孔が設けられた押出機、該ガス導入孔を通して高圧状態のガスをバレル内に圧入するガス圧入機を必須の構成要素として含む装置であって、押出機のバレル内に配されたスクリュは、合成樹脂材料を下流側に順フィードし合成樹脂材料を排出口から排出するための順ネジセクション、及び、該順ネジセクション間に位置し合成樹脂材料を上流側に逆フィードするための１以上の逆ネジセクションからなっており、さらに、前記ガス導入孔は、順ネジセクションによる順フィードと、逆ネジセクションによる逆フィードとが対峙する拮抗領域の近傍の順ネジセクションに配されていることを特徴とする樹脂成形体の製造装置。
【請求項２】
順ネジセクション間に位置する逆ネジセクションを２以上有しているスクリュがバレル内に配されており、運転時、２箇所以上形成される拮抗領域の間にガス導入孔が配されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形体の製造装置。
【請求項３】
押出機が同方向二軸押出機であることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂成形体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出機中に高圧力状態のガスを圧入し、該ガスの溶融樹脂に対する可塑性付与効果を利用して樹脂を成形するための製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、熱可塑性樹脂の押し出し発泡の物理発泡剤として従来用いられてきたフロン、炭化水素、塩化アルキル等の物質に代わり、安全でオゾン層を破壊する事のない二酸化炭素や窒素のような無機ガスが用いられるようになってきた。特表平６−５０６７２４には二酸化炭素などの超臨界流体を押出機のバレル中に圧入し溶融樹脂と混練溶解後押し出すことで、非常に微細で均一な気泡を有する発泡材料の製造方法が開示されている。また、二酸化炭素等の無機ガスの樹脂に対する可塑性付与効果を利用し、通常の方法では溶融粘度が高すぎて押し出し不可能な樹脂の押し出しを可能にする技術が開発されている。
二酸化炭素等の無機ガスは、従来用いられた物理発泡剤や可塑剤に比べると沸点及び臨界温度が低く、溶融樹脂中のガス濃度を発泡剤や可塑剤としての能力を十分発揮できうる程度にまで上げようとすると、高密度の状態、言い換えれば非常に高い圧力で押出機のバレル中へ圧入する必要がある。
【０００３】
従来、押出機へ高圧のガスを圧入する方法として、ベントタイプの押出機を用い、バレルの途中に設けられたベント孔からガスを圧入する方法が一般的に知られている。しかしながら、この方法を用いた場合、バレル内に圧入したガスが合成樹脂材料の供給口側あるいは排出口側、場合によっては両側へ吹き抜け、所望とする高圧力でのガス圧入が難しいという問題があった。すなわち、従来の装置では、高密度すなわち高圧力のガスの圧入が難しいために、十分な量のガスを溶融樹脂中に溶解させることができなかった。このため、目的とするセル構造を有する発泡成形体を得ることや、難成形樹脂の成形加工を行うことが難しかった。また、熱収縮フィルムや電線などの絶縁被覆材等に使用されている架橋ポリエチレン系樹脂に代表される架橋熱可塑性合成樹脂成形体は熱可塑性に乏しく、再生加工が困難で、その廃棄の際には焼却、あるいは埋め立てによらなければならず、環境に負荷を与えるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、ガス圧入時に合成樹脂材料の供給口側、あるいは排出側へのガスの吹き抜けを生じることなしに、所望とする高圧力でのガス圧入が可能で、以て、難加工性の樹脂の成型、架橋熱可塑性合成樹脂成形体の再生、微細な気孔を有する発泡体の成型等が容易に行える製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために、鋭意検討を行った。この結果、押出機のバレル内に配されたスクリュの形状を工夫し、バレル内に合成樹脂材料が高度に充満した部分を形成することにより、ガスの吹き抜けを生じることなしに、高圧力でのガス圧入を行うことが可能であることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【０００６】
即ち、本発明は、
バレルの中途部に高圧ガスを圧入するためのガス導入孔が設けられた押出機、該ガス導入孔を通して高圧状態のガスをバレル内に圧入するガス圧入機を必須の構成要素として含む装置であって、押出機のバレル内に配されたスクリュは、合成樹脂材料を下流側に順フィードし合成樹脂材料を排出口から排出するための順ネジセクション、及び、該順ネジセクション間に位置し合成樹脂材料を上流側に逆フィードするための１以上の逆ネジセクションからなっており、さらに、前記ガス導入孔は、順ネジセクションによる順フィードと、逆ネジセクションによる逆フィードとが対峙する拮抗領域の近傍に配されていることを特徴とする樹脂成形体の製造装置を提供するものである。
【０００７】
さらに本発明は、順ネジセクション間に位置する逆ネジセクションを２以上有しているスクリュがバレル内に配されており、運転時、２箇所以上形成される拮抗領域の間にガス導入孔が配されていることを特徴とする上記の樹脂成形体の製造装置を提供するものである。
【０００８】
さらに本発明は、押出機が同方向二軸押出機であることを特徴とする上記いずれかの樹脂成形体の製造装置を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。なお、本発明においては押出機のバレル内での合成樹脂材料の流れを表すために上流、下流、順フィード、逆フィードという用語をしばしば用いるが、上流、下流とは、合成樹脂材料のバレルへの供給口を最上流、合成樹脂材料のバレルからの排出口を最下流と想定したときの相対的位置関係を表すものである。また順フィードとは、上流側から下流側への合成樹脂材料の流れを、逆フィードとは、順フィードに逆らい下流側から上流側へ向おうとする合成樹脂材料の流れを称するものである。さらに順フィードをもたらすようなスクリュ構造部分を順ネジセクション、逆フィードをもたらすようなスクリュ構造部分を逆ネジセクションと称する。
【００１０】
本発明で用いられる押出機は、バレルの中途部に高圧ガスを圧入するためのガス導入孔が設けられ、合成樹脂材料を溶融させるための加熱手段を装備したものであれば特に限定されず、単軸押出機であっても二軸押出機であってもよい。二軸押出機の場合、スクリュの回転方向は同方向であっても異方向であってもよい。しかしながらこれらの中でも、同方向二軸押出機はＬ／Ｄ値（スクリュの長さ寸法を直径寸法で除した値）を大きく取れ、ガスと合成樹脂材料との混練効果が高いためもっとも好ましい。
【００１１】
また本発明で用いられる押出機のバレル内に配されるスクリュの形状はとくに限定されず、例えば、図７−Ａに示すごとく連続的な螺旋状フライトで構成した所謂フライト形状のものや、図７−Ｂに示すごとくニーディングブロックを特定のねじれ角で螺旋階段状に多段に組みあわせた形状のもの（以下、ニーディングブロックアセンブリーと称する）が想定できる。また、これら形状の異なるセグメントを組み合わせてもちいることもできる。すなわち、フライト形状部分と、ニーディングブロックアセンブリーを併せ持つスクリュが想定できる。また、螺旋状フライトおよびニーディングブロックアセンブリーの条数は特に限定されないが、１条〜３条のものが一般的に用いられる。
なお、以下の説明で用いる図面におけるスクリュの順ネジセクションは、それがフライト形状を有するものにあってはフライトが左上から右下へ連続しているものを言い、ニーディングブロックアセンブリーからなるものにあっては、各ニーディングブロックの頂部（図面では黒塗りで示す）が左上から右下へ連続しているものを言う。一方、逆ネジセクションとは、それがフライト形状を有するものにあってはフライトが左下から右上へ連続しているものを言い、ニーディングブロックアセンブリーからなるものにあっては、各ニーディングブロックの頂部（図面では黒塗りで示す）が左下から右上へ連続しているものを言う。
【００１２】
本発明の樹脂成形体の製造装置を構成する押出機のバレル内に配されたスクリュは、図２に示すように合成樹脂材料を下流側に順フィードするための順ネジセクションを有するとともに、該順ネジセクション間に位置し合成樹脂材料を上流側に逆フィードするための１以上の逆ネジセクションを有している。順ネジセクション、逆ネジセクションは、螺旋状フライト形状の部分に設けるようにしてもよいし、ニーディングブロックアセンブリーの部分に設けるようにしてもよい。なお、順ネジセクションと逆ネジセクションとの接続部分は、運転時において合成樹脂材料の滞留を避けるという意味合いから、それぞれの終点と始点が連続していることが望ましい。
【００１３】
そしてガス導入孔は、順ネジセクションによる順フィードと、逆ネジセクションによる逆フィードとが対峙する拮抗領域の近傍に配されている。このように構成されていることにより、本発明の樹脂成形体の製造装置は運転時において、順ネジセクションによる順フィードと、逆ネジセクションによる逆フィードとが対峙する拮抗領域で溶融した合成樹脂材料がバレル内に高度に充満する。そしてこの充満した合成樹脂材料がガスシール効果を示す。よって、この拮抗領域の近傍に配されたガス導入孔からバレル内へ圧入されたガスが合成樹脂材料の供給口側あるいは排出口側に吹き抜けることを防止できる。また、ガス導入孔は、バレルの最上流部の位置を０、バレルの最下流部の位置をＬとした場合、０．３Ｌ〜０．８Ｌの位置、より好ましくは０．５Ｌ〜０．８Ｌの位置に設けることが望ましい。なお、ガス導入孔を拮抗領域の相対的に上流側に配するか、下流側に配するかはスクリュの構造、合成樹脂材料の種類、成形条件等により適宜選択されるものであるが、一般的には以下のことが言える。
【００１４】
即ち、ガスの噴き出しが合成樹脂材料の供給口側に発生しやすい場合は、逆ネジセクションをガス導入孔の上流側付近に配する。但しこの場合、逆ネジセクションの位置が合成樹脂材料の供給口に近すぎると、逆ネジセクションまでに原料が十分溶融しきれず、拮抗領域でのガスシール効果がなくなり好ましくない。
【００１５】
一方、ガスの噴き出しが排出口側に発生しやすい場合は、逆ネジセクションをガス導入孔の下流側付近に配する。但しこの場合も、逆ネジセクションの位置が排出側に近すぎると、バレル内に圧入されたガスと溶融樹脂との混錬が不十分なまま排出が行われ好ましくない。
【００１６】
更に、ガスの噴き出しが原料供給側と排出側双方に発生しやすい場合は、逆ネジセクションをガス導入孔の上流側付近、下流側付近の双方に設ける。
【００１７】
上記した設定によってもなお、ガスシール効果が十分でなくガスの吹き抜けを生じる場合には、逆ネジセクションの長さを長くすることが対応策として考えられる。しかしながら、逆ネジセクションを長くしすぎると製造速度が低下してしまうという問題が生じる。このような場合、図３〜図５に示すような順ネジセクション間に位置する逆ネジセクションを２以上有しているスクリュを用いるようにすればよい。このようなスクリュを用いることにより、溶融樹脂の排出に支障をきたすことなしにガスシール効果を示す溶融樹脂が高度に充満する部分を増やすことができ、ガス噴き出し防止効果を高めることができる。
【００１８】
本発明の樹脂成形体の製造装置に付属する原料供給機としては、特に限定はされないが、定量供給性の良い一軸押出機の場合、主としてホッパーが使用できる。二軸押出機の場合には各種の定量フィーダーを使用することが望ましい。また、原料供給機として他の押出機を用い、溶融状態の樹脂を供給口に供給することも可能である。
【００１９】
また、本発明の樹脂成形体の製造装置の排出部には、押出成形のための各種金型が取り付け可能である。また、射出成形装置の射出プランジャーに接続したり他の押出機の原料供給部へ接続したりすることも可能である。さらにギヤポンプ等の定量供給装置を取り付けてもかまわない。
【００２０】
一方、本発明の樹脂成形体の製造装置において、ガス導入孔を通して高圧状態でバレル内に圧入されるガスとしては、常温・常圧で気体である物質で、合成樹脂材料を劣化させないものなら特に限定されず、例えば、窒素、二酸化炭素、亜酸化窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、酸素等の無機ガス、フロンガスや低分子量の炭化水素ガス等の有機ガスが挙げられる。これらの中でも、特に環境に与える悪影響が小さく、回収の必要がない無機ガスが好ましく、更に二酸化炭素が最適である。これらは単独で使用されても良いし、２種以上併用されても良い。
【００２１】
また、本発明の樹脂成形体の製造装置において、上記ガスをバレル中に圧入する圧入装置としては、非凝集性のガスである窒素やアルゴンを用いる場合にはコンプレッサーが使用できる。また、凝集性のガスである二酸化炭素や亜酸化窒素を用いる場合にはガスを冷却し液状とした後に耐圧ポンプで圧入することが可能である。
【００２２】
本発明の樹脂成形体の製造装置で成形できる合成樹脂材料の種類は、加熱により可塑化流動し得る合成樹脂、所謂、熱可塑性プラスチックであれば特に限定されず、単独でも複数の樹脂の混合物でも良い。また少量の無機フィラー等、架橋樹脂、熱硬化性樹脂が入っていても構わない。例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、アイオノマー、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、ＥＶＡ、ポリカーボネート、各種ナイロン、各種芳香族又は脂肪族ポリエステル、熱可塑性ポリウレタン、セルロース系プラスチック、熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【００２３】
【実施例】
次に本発明の樹脂成形体の製造装置について、以下に実施例と比較例を挙げて、本発明を詳細に説明するが、これらは単なる例示であり、本発明はこれらになんら限定されるものではない。
【００２４】
［実施例１］
図１に示したごとくの装置を使用した。即ち、同方向回転二軸押出機（スクリュ径：２６ｍｍ、スクリュ有効長：６５０ｍｍ、Ｌ／Ｄ：２５）のバレル２にガス導入孔１７が設けられており、更にガス導入孔１７には高圧ガス圧入装置が接続されている。そして同方向回転二軸押出機の最上流部の原料供給口にはホッパー４が、最下流部の排出口にはストランドダイス８が取り付けられている。なお、ガス導入口１７と原料供給口との距離は５００ｍｍ、ガス導入口１７と排出口との距離は１５０ｍｍとした。
【００２５】
またスクリュは、図２にその詳細を示したように、ガス導入孔部分にフライト形状を有する順ネジセクションが位置するようにした。またガス導入孔の下流部には、１３個のニーディングブロックの位相を３０°づつずらしたニーディングブロックアセンブリーからなる逆ネジセクション（１０４ｍｍ長さ）を位置させた。またスクリュの他の部分はすべてガス導入孔の部分と同じくフライト形状を有する順ネジセクションとした。
【００２６】
このような装置を用い、ホッパーから合成樹脂材料としてポリエチレン（住友化学工業（株）社製スミカセンα・ＦＺ１０１−０、密度：０．９２５ｇ／ｃｍ３、融点：１２１℃、ＭＦＲ値：０．５）を押出機のバレル内にスクリュ回転数８０ｒｐｍの速度で供給し、溶融混錬した。尚、シリンダー温度は上流側から下流にむかって２００、２０５、２１０、２１０、２１０℃に設定した。
【００２７】
また、同時に、冷却液化した二酸化炭素をプランジャーポンプにて７０ｋｇ／ｃｍ２の圧力に加圧しながらバレル内に圧入し、この二酸化炭素ガスとポリエチレン樹脂とをシリンダー内で溶融混錬し、ついで２１０℃に設定したストランドダイスからストランド状に押出した。この際、原料供給側及び排出側へのガスの噴き出しはなく、均一で微細な気孔を有する成形体が得られた。
【００２８】
［実施例２］
ガス導入口１７と原料供給口との距離を３００ｍｍ、ガス導入口１７と排出口との距離を３５０ｍｍとし、図３にその詳細を示したように、ガス導入孔部分にフライト形状を有する順ネジセクションが位置するようにし、その上流側と下流側に、１３個のニーディングブロックの位相を３０°づつずらしたニーディングブロックアセンブリーからなる逆ネジセクション（１０４ｍｍ長さ）がそれぞれ位置するようにした。またスクリュの他の部分はすべてガス導入孔の部分と同じくフライト形状を有する順ネジセクションとした。そしてバレル内に圧入する二酸化炭素の圧力を８０ｋｇ／ｃｍ２にしたことを除き、実施例１と同じ条件で押し出しを行った。このとき、原料供給側及び排出側へのガスの噴き出しはなく、均一で微細な気孔を有する成形体が得られた。
【００２９】
［実施例３］
ガス導入口１７と原料供給口との距離を３００ｍｍ、ガス導入口１７と排出口との距離を３５０ｍｍとし、図４にその詳細を示したように、ガス導入孔部分にフライト形状を有する順ネジセクションが位置するようにし、その上流側と下流側に、９個のニーディングブロックの位相を３０°づつずらしたニーディングブロックアセンブリー（７２ｍｍ長さ）と逆フライトのフライト形状部分（３２ｍｍ長さ）とを結合させた逆ネジセクションをそれぞれ設けた。またスクリュの他の部分はすべてガス導入孔の部分と同じくフライト形状を有する順ネジセクションとした。そしてバレル内に圧入する二酸化炭素の圧力を８０ｋｇ／ｃｍ２にしたことを除き、実施例１と同じ条件で押し出しを行った。このとき、原料供給側及び排出側へのガスの噴き出しはなく、均一で微細な気孔を有する成形体が得られた。
【００３０】
［実施例４］
ガス導入口１７と原料供給口との距離を３００ｍｍ、ガス導入口１７と排出口との距離を３５０ｍｍとし、図５にその詳細を示したように、ガス導入孔部分にフライト形状を有する順ネジセクションが位置するようにし、該順ネジセクション部から上流側と下流側にそれぞれ順に、下記セクションを配した。
▲１▼６個のニーディングブロックの位相を３０°づつずらしたニーディングブロックアセンブリーからなる逆ネジセクション（４８ｍｍ長さ）
▲２▼フライト形状を有する順ネジセクション（３７ｍｍ長さ）
▲３▼６個のニーディングブロックの位相を３０°づつずらしたニーディングブロックアセンブリーからなる逆ネジセクション（４８ｍｍ長さ）
またスクリュの他の部分はすべてガス導入孔の部分と同じくフライト形状を有する順ネジセクションとした。このような装置を用い、ホッパーから合成樹脂材料としてポリエチレン（住友化学工業（株）社製スミカセンα・ＦＺ１０１−０、密度：０．９２５ｇ／ｃｍ３、融点：１２１℃、ＭＦＲ値：０．５）を押出機のバレル内にスクリュ回転数８０ｒｐｍの速度で供給し、溶融混錬した。尚、シリンダー温度は上流側から下流にむかって２００、２０５、２１０、２１０、２１０℃に設定した。
【００３１】
また、同時に、冷却液化した二酸化炭素をプランジャーポンプにて９０ｋｇ／ｃｍ２の圧力に加圧しながらバレル内に圧入し、この二酸化炭素ガスとポリエチレン樹脂とをシリンダー内で溶融混錬し、ついで２１０℃に設定したストランドダイスからストランド状に押出した。この際、原料供給側及び排出側へのガスの噴き出しはなく、均一で微細な気孔を有する成形体が得られた。
【００３２】
［比較例１］
スクリュ全体をフルフライト形状を有する順ネジセクションから構成したことを除き、実施例１と同じ条件で押し出しを行った。このとき、排出側へのガスの噴き出しが発生し、溶融樹脂と二酸化炭素の十分な混練が実施できなかった。
【００３３】
［比較例２］
図６にその詳細を示したように、ガス導入孔部分にフライト形状を有する順ネジセクションが位置するようにし、その上流側と下流側に、１３個のニーディングブロックの位相を３０°づつずらしたニーディングブロックアセンブリーからなる順ネジセクション（１０４ｍｍ長さ）が位置するようにしたことを除き、実施例１と同じ条件で押し出しを行った。このとき、原料供給側及び排出側へのガスの噴き出しが発生し、溶融樹脂と二酸化炭素の十分な混練が実施できなかった。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、押出機をベースとした装置であって、ガス圧入時に合成樹脂材料の供給口側、あるいは排出側へのガスの吹き抜けを生じることなしに、所望とする高圧力でのガス圧入が可能で、以て、難加工性の樹脂の成型や、架橋熱可塑性合成樹脂成形体の再生、微細な気孔を有する発泡体の成型が可能な樹脂成形体の製造装置が提供される。このように本発明の装置は、品質のよい発泡体を製造したり、従来では押出成形が困難であったような難加工性の合成樹脂材料の押出成形や、架橋熱可塑性合成樹脂成形体の再生を可能とするものであり、産業に利するところ大であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の樹脂成形体の製造装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】  実施例１で用いたスクリュの要部の形状を示す図である。
【図３】  実施例２で用いたスクリュの要部の形状を示す図である。
【図４】  実施例３で用いたスクリュの要部の形状を示す図である。
【図５】  実施例４で用いたスクリュの要部の形状を示す図である。
【図６】  比較例２で用いたスクリュの要部の形状を示す図である。
【図７】  本発明の樹脂成形体の製造装置で用いられるスクリュの形状の例を示す図である。
【符号の説明】
１．樹脂成形体の製造装置
２．バレル
３．スクリュ
４．ホッパ
５．減速機
６．モーター
７．ブレーカープレート
８．ストランドダイス
９．ガスボンベ
１０．冷却器
１１．耐圧プランジャーポンプ
１２．安全弁
１３．圧力計
１４．圧力指示器
１５．バルブ
１６．逆止弁
１７．ガス導入孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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