JP6242232B2 - 連続混練装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の連続混練装置は、内部が空洞とされたバレルと、このバレルに収容される混練ロータとを備えていて、この混練ロータは、軸心を略平行に向けて1対配備されており、互いに異なる方向に回転可能とされている。係る連続混練装置では、互いに異なる方向に回転する混練ロータの間に、バレル内に供給された材料を導き、導いた材料に混練ロータに設けられた混練スクリュを用いてせん断力を付与することで、材料が混練される。
例えば、特許文献1の連続混練装置でも、一対の混練ロータの軸間距離を混練フライトの回転外径より小さくなるようにして、混練ロータ同士を噛み合い状態とすることが考えられる。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、混練ロータに加わる混練荷重を抑制しつつも混練ロータ同士の噛み合いを大きくすることができ、難混練性の材料であっても十分な混練が可能となる連続混練装置を提供することを目的とする。
即ち、本発明の連続混練装置は、内部が空洞とされたバレルと、当該バレルに収容されると共に互いに異なる方向に噛み合い状態で回転する一対の混練ロータとを備え、前記バレル内に供給された材料を混練する混練フライトを有する混練部が、前記混練ロータの軸方向に沿って複数配備されており、前記バレル内に供給された材料を軸方向に送りながら上流側の混練部から下流側の混練部までの複数の混練部で順次混練を行う連続混練装置であって、下流側に位置する混練部に配備された混練フライトの回転外径D2が、上流側の混練部に配備された混練フライトの回転外径D1よりも大径とされていることを特徴とする。
なお、好ましくは、前記混練ロータには、当該混練ロータの軸方向に距離をあけて第1混練部と第2混練部との2つの前記混練部が配備され、前記第1混練部の混練フライトの回転外径D1が、前記一対の混練ロータ間の軸間距離Lより小さく設定され、前記第2混練部の混練フライトの回転外径D2が、前記一対の混練ロータ間の軸間距離Lより大きく設定されているとよい。
また、本発明に係る連続混練装置の最も好ましい形態は、内部が空洞とされたバレルと、当該バレルに収容されると共に互いに異なる方向に回転する一対の混練ロータとを備え、前記バレル内に供給された材料を混練する混練部が、前記混練ロータの軸方向に沿って複数配備されており、前記バレル内に供給された材料を軸方向に送りながら上流側の混練部から下流側の混練部までの複数の混練部で順次混練を行う連続混練装置であって、下流側に位置する混練部に対応する前記混練ロータの混練フライトの回転外径D2が、上流側の混練部に対応する前記混練ロータの混練フライトの回転外径D1よりも大径とされて、前記上流側の混練部における前記材料を所望の混練度に調整する絞り部を備え、前記回転外径D2が、前記一対の混練ロータ間の軸間距離Lより大きく設定されていることを特徴とする。
好ましくは、本発明に係る連続混練装置の最も好ましい形態は、前記混練ロータには、当該混練ロータの軸方向に距離をあけて第1混練部と第2混練部との2つの前記混練部が配備され、前記第1混練部の混練フライトの回転外径D1が、前記一対の混練ロータ間の軸間距離Lより小さく設定されているとよい。
図1に示すように、本実施形態の連続混練装置1は、内部が空洞に形成されたバレル2と、バレル2の内部を軸心方向に沿って挿通する一対の混練ロータ3、3とを有している。連続混練装置1では、一対の混練ロータ3、3は互いに異方向に向かって回転している。すなわち、連続混練装置1では一対の混練ロータ3、3をバレル2内で回転させると、これら一対の混練ロータ3、3とバレル2との間の材料にせん断力が付与されて、混練が行なわれる。
図1に示すように、バレル2は軸方向に沿って長い筒状に形成されており、その内部は軸垂直方向の断面が2つの円が一部繋がっためがね形状(2つの円が円周の一部同士を介して互いに重なっている場合も含む)の空洞となっている。このバレル2の内部には、上述した2つの円の中心に略一致する位置に、一対の混練ロータ3、3がそれぞれ挿入されている。
第1送り部4は、図示を省略する材料供給口からバレル2内に供給された材料を下流側に向かって送る部分である。この材料供給口はバレル2の内外を連通するように上方に向かって開口しており、この材料供給口からバレル2内に材料を供給できるようになっている。
って螺旋状にねじれたスクリューフライト10が形成されており、混練ロータ3を回転させることで上述した材料供給口から供給された材料を下流側に向かって押し動かすように送ることができる構成となっている。第1送り部4で下流側に送られた材料は、第1送り部4の下流側に位置する第1混練部5に送られる。
排出部9は、上述した第1混練部5や第2混練部8で混練された材料を、バレル2外に排出する部分である。この排出部9に対応するバレル2には、バレル2の下側の内壁を貫通する排出孔16が形成されている。この排出部9に対応する混練ロータ3には、排出孔16を介して材料を排出するに適した排出翼17が形成されていて、混練済みの材料をバレル2外に排出できるようになっている。
練ロータ103の回転外径をd1、第2混練部108の混練ロータ103の回転外径をd2、排出部109の外径(排出翼の回転外径)をddとした場合に、次の式(1)のような関係が成立する。
言い換えれば、本実施形態の連続混練装置1は、次のような式(4)を満足することが好ましい。
なお、第1混練部5の混練フライト11や第2混練部8の混練フライト15の回転外径を小さくし過ぎると、混練能力が大きく低下してしまう。また、第1混練部5の混練フライト11や第2混練部8の混練フライト15の回転外径を大きくし過ぎると、混練荷重が大きくなり過ぎるといった問題が生じる。そのため、上述した第1混練部5の混練フライト11の回転外径D1、第2混練部8の混練フライト15の回転外径D2、軸間距離Lの好適な数値範囲は、次の式(5)や式(6)を用いて次のように示される。
つまり、上述した式を満足する回転外径を備えた連続混練装置1では、第1混練部5は非噛み合い型であるが、第2混練部8は噛み合い型となっている。そのため、両混練部5、8とも非噛み合いにするのに比べれば第2混練部8が噛み合いとなって混練能力が向上している分、連続混練装置1全体での混練能力も高くなる。一方で、混練荷重を最も受けやすい第1混練部5は非噛み合い型であるので、両混練部5、8とも噛み合いにするのに比べれば混練荷重はそれほど大きくならない。その結果、本発明の連続混練装置1では、混練ロータ3に加わる混練荷重を抑制しつつも、混練能力を向上させることができるという相乗効果を発揮することが可能となるのである。
以降に示す実施例1、実施例2及び従来例は、いずれも難混練性のHDPE(高密度ポリエチレン樹脂)の材料を520kg/hの処理量で混練したものであり、材料に加えられた比エネルギが0.240kWh/kg程度になるまで混練を行ったものである。実施例1、実施例2及び従来例に用いた連続混練装置1は、それぞれ表1に示すような混練ロータ3の回転外径(表中に示す「ロータ外径」)、バレル2の内径(表中に示す「チャンバ内径」)、軸間距離、チップクリアランスを備えている。なお、表1に示すロータ外径D11とロータ外径D21は、上述の第1混練部5の混練フライト11の回転外径D1に相当する。また、表1に示すロータ外径D12とロータ外径D22は、上述の第2混練部8の混練フライト15の回転外径D2に相当する。さらに、表1に示すロータ外径Dr1は、上述の第1混練部105の混練ロータ103の回転外径d1に相当し、表1に示すロータ外径Dr2は、上述の第2混練部108の混練ロータ103の回転外径d2に相当する。
る比エネルギが大きくなるに連れて、ISOやWSAは小さくなっていき、混練を行えば行うほど材料中のゲルが少なくなっていることが分かる。ただ、従来例では、比エネルギを0.240kWh/kg程度になるまで混練を行っても、ISOやWSAはある程度まで下がるものの、実施例1や実施例2ほど下がることはない。
このことから、実施例1や実施例2のように、上述した式(3)及び式(4)の関係をすべて満足する場合には、混練能力を大きく向上させることができるという優れた効果を発揮できると判断される。
なお、図4に示す従来例の結果は、非噛み合い状態とされた従来例の混練ロータ3に加わる混練荷重を示したものである。この混練ロータ3に加わる混練荷重は、700kgf〜1700kgfとなっており、混練ロータ3に加わる耐荷重の設計上限である3000kgfを下回るものとなっている。
このような従来例に対して、上述した式(3)及び式(4)を満足する実施例1及び実施例2では、既に噛み合い状態となっているにも関わらず、混練ロータ3に加わる混練荷重は、1300kgf〜2500kgfの範囲に収まっており、耐荷重の設計上限である3000kgfを上回ることがない。このことから、実施例1や実施例2のように、上述した式式(3)及び式(4)の関係をすべて満足する場合には、混練能力の向上に加えて、混練荷重の抑制という優れた効果を発揮できることがわかる。
2 バレル
3 混練ロータ
4 第1送り部
5 第1混練部
6 絞り部
7 第2送り部
8 第2混練部
9 排出部
10 第1混練部のスクリューフライト
11 第1混練部の混練フライト
12 貫通孔
13 ゲート部材
14 第2混練部のスクリューフライト
15 第2混練部の混練フライト
16 排出孔
17 排出翼
L’ 従来の連続混練装置に設けられた混練ロータ同士の軸間距離
D1 第1混練部の混練フライトの回転外径
D2 第2混練部の混練フライトの回転外径
L 混練ロータ間の軸間距離
101 従来の連続混練装置
102 従来の連続混練装置に設けられたバレル
103 従来の連続混練装置に設けられた混練ロータ
104 従来の連続混練装置に設けられた第1送り部
105 従来の連続混練装置に設けられた第1混練部
108 従来の連続混練装置に設けられた第2混練部
109 従来の連続混練装置に設けられた排出部
Claims (3)
- 内部が空洞とされたバレルと、当該バレルに収容されると共に互いに異なる方向に回転する一対の混練ロータとを備え、前記バレル内に供給された材料を混練する混練部が、前記混練ロータの軸方向に沿って複数配備されており、前記バレル内に供給された材料を軸方向に送りながら上流側の混練部から下流側の混練部までの複数の混練部で順次混練を行う連続混練装置であって、
下流側に位置する混練部に対応する前記混練ロータの混練フライトの回転外径D2が、上流側の混練部に対応する前記混練ロータの混練フライトの回転外径D1よりも大径とされて、
前記上流側の混練部における前記材料を所望の混練度に調整する絞り部を備え、
前記回転外径D2が、前記一対の混練ロータ間の軸間距離Lより大きく設定されていることを特徴とする連続混練装置。 - 前記D1なる回転外径の混練部が最も上流側に配備されたものであって、前記D2なる回転外径の混練部が最も下流側に配備されたものであることを特徴とする請求項1に記載の連続混練装置。
- 前記混練ロータには、当該混練ロータの軸方向に距離をあけて第1混練部と第2混練部との2つの前記混練部が配備され、
前記第1混練部の混練フライトの回転外径D1が、前記一対の混練ロータ間の軸間距離Lより小さく設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の連続混練装置。
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