JP6745049B1 - ペレットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
熱可塑性樹脂および強化材を含む組成物からなるストランドを、ダイの吐出口から押し出す工程と、
前記ストランドを、水槽内の水に引き込み、冷却する工程と、
冷却された前記ストランドを切断して、ペレットを得る工程とを含み、
前記ストランドを前記水槽内で導くための一つ以上の第一ガイドローラーが前記水槽内に設けられており、最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は90°以上180°未満であり、
前記ペレットの径の、前記吐出口の径に対する比(前記ペレットの径/前記吐出口の径)が0.45〜0.80である、
ペレットの製造方法。
ここで、その角度は、ストランドを側方から見たときに、ストランドが、最上流に位置する第一ガイドローラー前後でなす角のうち、水面に向かって開く角の大きさである。
ここで、仮に、その湾曲が急であったとすると、湾曲がストランドに過度に残存することがある。なぜなら、ストランドの固化が水冷によって進むにつれて、ストランドの柔軟性が低下するためである。
ストランドに残存した湾曲によって、ストランドの振れ、すなわち暴れが大きくなるところ、ストランドの振れは、ストランド切れを引き起こす。なぜなら、ストランドの振れによって、ストランドにおける吐出口を出ていない部分と、ストランドにおける吐出口を出た部分とを互いにずれさせるような応力(せん断応力)が、ストランドにかかるためである。
項1によれば、最上流に位置する第一ガイドローラー前後でストランドがなす角度が90°以上であることによって、ストランドの湾曲の緩やかさを確保できる。よって、湾曲の過度な残存を防止することが可能であり、ストランドの振れを抑えることができる。したがって、ストランド切れを抑制することができる。
最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす前記角度は179°以下である、項1に記載のペレットの製造方法。
この角度が179°以下であることによって、ストランドと最上流の第一ガイドローラーとをしっかり接触させることが可能であるため、最上流の第一ガイドローラーよりも下流で生じるストランドの振れや暴れが、最上流の第一ガイドローラーよりも上流に伝わり難くすることができる。したがって、ストランド切れを、いっそう効果的に抑制できる。しかも、ストランドと最上流の第一ガイドローラーとをしっかり接触させることが可能であるため、最上流の第一ガイドローラーとの接触でストランドに生じる応力を拡散することもできる。
前記ストランドを冷却する工程は、前記水槽内で水冷された前記ストランドを空冷する工程を含む、項1または2に記載のペレットの製造方法。
これによって、ストランドに付着した水分の少なくとも一部を、ストランドが持つ熱によって気化させることができる。
前記水槽内で水冷された前記ストランドを空気中で導くための、一つ以上の第二ガイドローラーが設けられており、
最上流に位置する前記第二ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は、最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす前記角度よりも大きい、
項3に記載のペレットの製造方法。
ここで、前者の角度(すなわち、最上流の第二ガイドローラー前後でストランドがなす角度)は、具体的には、ストランドを側方から見たときに、ストランドが、最上流の第二ガイドローラー前後でなす角のうち、地面に向かって開く角の大きさである。
項4によれば、ストランドの振れを低減することが可能であり、ストランド切れを抑制できる。これについて説明する。最上流の第二ガイドローラーでストランドが湾曲するときは、最上流の第一ガイドローラーで湾曲するときよりも、ストランドの固化がすすんでいるため柔軟性が低い。ストランドの柔軟性が低いため、最上流の第二ガイドローラーでの曲がりが過度にきついと、ストランドがその曲がりに追従できないことがある。ストランドがその曲がりに追従できないと、ストランドの振れが生じる。これに対して、項4によれば、最上流に位置する第二ガイドローラー前後でストランドがなす角度は、最上流に位置する第一ガイドローラー前後でストランドがなす角度よりも大きいため、その逆の場合にくらべて、ストランドが、最上流の第二ガイドローラーでの曲がりに追従しやすい。したがって、ストランドの振れを低減することが可能であり、ストランド切れを抑制できる。
前記第一ガイドローラーが前記水槽内に一つだけ設けられている、項1〜4のいずれかに記載のペレットの製造方法。
これによって、ストランドが水中で湾曲する回数を制限できる。
前記熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂を含む、項1〜5のいずれかに記載のペレットの製造方法。
これによって、ポリアミド樹脂を含むペレットを得ることができる。
前記強化材の含有量が、前記組成物100質量%中、10質量%以上である、項1〜6のいずれかに記載のペレットの製造方法。
これにより、強化材によって力学的特性が改良されたペレットを得ることができる。
前記ペレットにおける扁平率の標準偏差が0.25以下である、項1〜7のいずれかに記載のペレットの製造方法。
標準偏差が0.25以下であるため、ストランドの振れを効果的に抑制できたと言える。
前記ストランドが、前記水槽内の水に浸る長さLは、下記式を満足する、項1〜8のいずれかに記載のペレットの製造方法。
L≦K×Dp×v
この式において、Lはcmで表される。Kは0.182である。Dpは、ペレットの径であり、mmで表される。vは、ストランドを引き取る速度(引取速度)であり、cm/秒で表される。右辺を計算して得られた数値の単位がcmとなるように、Kの値(すなわち0.182)が決められている。
前記ストランドを押し出すために押出機を使用する、項1〜9のいずれかに記載のペレットの製造方法。
押出機を使用するため、ストランドを定量で押し出すことができる。
前記ストランドを押し出す工程では、前記ストランドを空気中に押し出す、項1〜10のいずれかに記載のペレットの製造方法。
ストランドを空気中に押し出すため、ストランドを空気中で放熱することができる。
図1に示すように、本実施形態では、組成物からなるペレットを製造するために、押出機11、水槽21、ペレタイザー41などを使用する。これらの設備について説明する。
本実施形態におけるペレットの製造方法は、組成物からなるストランド51をダイ13から押し出す工程(以下、「押出工程」と言う。)と、ストランド51を冷却する工程(以下、「冷却工程」と言う。)と、冷却されたストランド51を切断して、ペレットを得る工程(以下、「ペレタイズ工程」と言う。)とを含む。ストランド51を冷却する工程(冷却工程)は、ストランド51を、水槽21内の水に引き込み水冷する工程(以下、「水冷工程」と言う。)、および水冷されたストランド51を空冷する工程(以下、「空冷工程」と言う。)を含む。
押出工程では、組成物の原料、たとえば、熱可塑性樹脂および強化材などを混錬し、組成物からなるストランド51をダイ13の吐出口から空気中に押し出す。
冷却工程では、ダイ13から押し出されたストランド51を、ペレタイザー41に向けて引き取りながら冷却する。なぜなら、ダイ13から押し出された溶融状態のストランド51を、ペレタイザー41で切断することが難しいためである。冷却工程では、ストランド51を、水槽21内の水に引き込み水冷し、水冷されたストランド51を空冷する。
水冷工程では、ダイ13から押し出されたストランド51を、水槽21内の水に引き込む。水槽21内の水は、20℃以上が好ましく、25℃以上がより好ましく、30℃以上がさらに好ましい。水槽21内の水は、80℃以下が好ましく、60℃以下がより好ましく、50℃以下がさらに好ましい。水槽21に入れるための水として、水道水、井戸水、雨水、純水などを使用できる。水槽21内の水は、薬品などが添加されていてもよい。
L≦K×Dp×v
この式において、水浸漬長Lはcmで表される。Kは0.182である。Dpは、ペレットの径であり、mmで表される(ペレットの径Dpは、後ほど詳述する)。vは、ストランド51を引き取る速度(引取速度)であり、cm/秒で表される。右辺を計算して得られた数値の単位がcmとなるように、Kの値(すなわち0.182)が決められている。
空冷工程では、水冷されたストランド51を空冷する。空冷工程では、ストランド51に付着した水分の少なくとも一部を、ストランド51が持つ熱によって気化させることができる。その結果、ペレタイズ後の吸水を抑制することができる。ストランド51に付着した水分をとばすために、ストランド51に送風することが好ましい。送風機を使用する場合、送風機の風圧が0.1MPa以上、風量が5m3/min以上であると、ストランド51に付着した水分を効果的に飛ばすことができる。
ペレタイズ工程では、空冷されたストランド51をペレタイザー41で切断して、ペレットを得る。
ペレットに、必要に応じて乾燥エアーを当てながら、ペレットを放置してもよい。ペレットを放置することで、ペレットに付着した水分の少なくとも一部を、ペレットが持つ熱によって気化させることができる。ペレットは、必要に応じて選別され、必要に応じて袋に詰められる。
ストランド51の溶融部分にかかる張力が大きいほど、ペレットの径Dpの、吐出口の径Dnに対する比(Dp/Dn)が小さくなる。よって、比(Dp/Dn)は、ストランド51の溶融部分にかかる張力の指標にすることができる。なお、比(Dp/Dn)は、ストランド51を引き取る速度(引取速度)や、ストランド51の吐出量で調整することができる。
引き取り速度は、20cm/秒以上が好ましく、30cm/秒以上がより好ましく、40cm/秒以上がさらに好ましく、50cm/秒以上がさらに好ましい。20cm/秒以上であると、単位時間あたりのペレット生産量に優れる。引き取り速度は、150cm/秒以下が好ましく、140cm/秒以下がより好ましく、120cm/秒以下がさらに好ましい。
組成物の曲げ破壊ひずみ、具体的には、ペレットから作製した3点曲げ試験用試験片の曲げ破壊ひずみは10%未満であることが好ましい。曲げ破壊ひずみは、強化材の量などで調整できる。このような組成物は、ストランド切れが特に起きやすい。なぜなら、このような組成物が、10%未満の曲げ破壊ひずみを有するような量で強化材を含むことにともなって、熱可塑性樹脂の含有量の上限が制限されるためである。さらには、このような組成物は、水中で柔軟性が大きく低下するのでストランド51に湾曲が残存しやすいためである。曲げ破壊ひずみは、8%以下が好ましく、6%以下がより好ましい。組成物の曲げ破壊ひずみは、1%以上であってもよい。
組成物は、熱可塑性樹脂および強化材を含む。
上述の実施形態におけるペレットの製造方法には、種々の変更を加えることができる。たとえば、以下の変形例から、一つまたは複数を選択して、上述の実施形態に変更を加えることができる。
ペレットから作製した3点曲げ試験用試験片の曲げ破壊ひずみを、JIS K 7171:2016に準じて求めた。具体的には、3点曲げ試験用試験片を、二つの支持台に載せ、支点間中央に圧子で力を加えて、たわませた。試験は、以下の条件でおこなった。
3点曲げ試験用試験片 長さ100mm、幅10mm、厚さ4mm
支点間距離 64mm
試験速度 2mm/min
ダイの吐出口からペレタイザー入口まで、ストランドの経路に沿って、幅20cmのポリエステルフィルム(東洋紡社製「E5000」、厚み100μm)をたるみなく張った。このようにして張られたポリエステルフィルムで形成された入水角δ1、角度δ2A、および角度δ3をアングルプロトラクターで読み取った。
ペレットの径Dpは、ペレット断面(ペレタイザーで形成された切り口)の最大径、およびペレット断面の最小径をノギスで測定し、最大径および最小径の和を2で割ることによって求めた。ペレットの径Dpとして、ペレット100個分の平均値を表1に示す。
ペレットの扁平率は、ペレット断面の最大径を、ペレット断面の最小径で割った値である。ペレットの扁平率として、ペレット100個分の平均値を表1に示す。扁平率の標準偏差も表1に示す。
ペレタイズ直後のペレットの水分率を、カールフィッシャー式水分率計(三菱化学社製、CA−100型)を用いて200℃で測定した。
ポリアミド6(「グラマイドT−840」東洋紡社製)65質量部、タルク(「FU−51」福岡タルク工業所製)34.3質量部、シランカップリング剤(「KBE−903」信越化学工業社製)0.3質量部、ステアリン酸マグネシウム(「NP−1500」淡南化学工業社製)0.2質量部、およびヨウ化カリウム(三井化学社製)0.2質量部を計量し、これらをタンブラーで混合した後、シリンダー温度270℃、スクリューL/D34の二軸押出機(「TEM48BS」東芝機械社製)の主供給口に供給し、溶融混練をおこない、径Dn4.3mmの吐出口を10個有するダイからストランドを吐出した。なお、ダイとして、ノズルの吐出方向が、水面に近づくように水平方向に対して70°傾くノズルを有するストランドダイを使用した。
ポリアミド66(「Stabamid 27AE1K」ソルベイ社製)70質量部、ガラス繊維(「T−275H」日本電気硝子社製)30質量部、臭化第二銅(富士フイルム和光純薬社製)0.02質量部、およびステアリン酸マグネシウム(「NP−1500」淡南化学工業社製)0.2質量部をペレットの原料として用い、かつ、シリンダー温度を280℃に設定し、かつ、表1に示す条件に従ったこと以外は、実施例1と同じ方法でペレットを製造した。ペレットを用いて、実施例1と同じ方法で3点曲げ試験用試験片を作製した。
ポリアミド66(「Stabamid 27AE1K」ソルベイ社製)50質量部、ガラスファイバー(「T−275H」日本電気硝子社製)50質量部、臭化第二銅(富士フイルム和光純薬社製)0.02質量部、およびステアリン酸マグネシウム(「NP−1500」淡南化学工業社製)0.2質量部をペレットの原料として用い、かつ、シリンダー温度を290℃に設定し、かつ、表1に示す条件に従ったこと以外は、実施例1と同じ方法でペレットを製造した。シリンダー温度を285℃に設定したこと以外は実施例1と同じ方法でペレットから3点曲げ試験用試験片を作製した。
Claims (6)
- 熱可塑性樹脂および強化材を含む組成物からなるストランドを、ダイの吐出口から押し出す工程と、
前記ストランドを、水槽内の水に引き込み、冷却する工程と、
冷却された前記ストランドを切断して、ペレットを得る工程とを含み、
前記ストランドを前記水槽内で導くための一つ以上の第一ガイドローラーが前記水槽内に設けられており、最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は90°以上180°未満であり、
前記ペレットの径の、前記吐出口の径に対する比(前記ペレットの径/前記吐出口の径)が0.45〜0.80であり、
前記ストランドを冷却する工程は、前記水槽内で水冷された前記ストランドを空冷する工程を含み、
前記水槽内で水冷された前記ストランドを空気中で導くための、一つ以上の第二ガイドローラーが設けられており、
最上流に位置する前記第二ガイドローラー前後で前記ストランドがなす角度は、最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす前記角度よりも大きい、
ペレットの製造方法。 - 最上流に位置する前記第一ガイドローラー前後で前記ストランドがなす前記角度は179°以下である、請求項1に記載のペレットの製造方法。
- 前記第一ガイドローラーが前記水槽内に一つだけ設けられている、請求項1または2に記載のペレットの製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂を含む、請求項1〜3のいずれかに記載のペレットの製造方法。
- 前記強化材の含有量が、前記組成物100質量%中、10質量%以上である、請求項1〜4のいずれかに記載のペレットの製造方法。
- 前記ペレットにおける扁平率の標準偏差が0.25以下である、請求項1〜5のいずれかに記載のペレットの製造方法。
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