JP4749810B2 - Polymer material temperature controller - Google Patents
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Description
本発明は、高分子材料を溶融して押出成形する場合における、高分子材料の温度制御装置に関する。 The present invention relates to a temperature control device for a polymer material when the polymer material is melted and extruded.
高分子材料を溶融して押出成形する技術として、スクリュー押出機と成形ダイによって押出成形する技術や、これらに更にギヤポンプを備えさせた技術が知られている。図7は、従来より用いられている押出機の構成を示す。同図に示すように従来の押出機は、ホッパ25と、押出機11と、押出機11のスクリュ12と、スクリュ12のスクリュ駆動源5と、成形ダイ3を備える構成である。また、図8は、従来より用いられているギヤポンプを備える押出機の構成を示す図である。
As a technique for melting and extruding a polymer material, a technique for extruding with a screw extruder and a forming die and a technique for further providing a gear pump are known. FIG. 7 shows the configuration of an extruder conventionally used. As shown in FIG. 1, the conventional extruder includes a
高分子材料を成形するにあたっては、成形品の耐熱性等を向上させることを目的として高分子材料を架橋反応させることが行われている。高分子材料を架橋反応させる方法としては、高分子材料に光、熱を与える方法や、架橋剤を加える等種々の方法が知られている。そして、熱により高分子材料を架橋反応させる技術の一例として、ゴム、エラストマーを剪断発熱により連続的に加流又は架橋温度近くに昇温させる技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
スクリュー押出機と成形ダイを備える装置により高分子材料を押出成形する場合において、高分子材料の反応領域まで温度を上げて高分子材料を架橋反応させるためには、外部から熱を加える必要がある。しかし、外部から熱を加える構成では、熱に近い部分においては架橋反応が効率よく行われるのに対し、熱に遠い部分では架橋反応が遅れてしまうことにより、高分子材料がスムーズに流動しないといった問題を生ずる。換言すると、高分子材料は温度上昇に伴い粘性度が上昇するが、外部から熱を加える構成では温度差により粘性度にも差が生じることになり、粘性度が高い層と低い層が形成され、高分子材料がスムーズに流動しない(流路壁面に高分子材料が停滞する)といった問題を生ずる。 When extruding a polymer material using a device having a screw extruder and a forming die, it is necessary to apply heat from the outside in order to raise the temperature to the reaction region of the polymer material and cause the polymer material to undergo a crosslinking reaction. . However, in the configuration in which heat is applied from the outside, the cross-linking reaction is efficiently performed in a portion close to heat, whereas the polymer material does not flow smoothly because the cross-linking reaction is delayed in a portion far from heat. Cause problems. In other words, the viscosity of the polymer material increases as the temperature rises. However, in the configuration in which heat is applied from the outside, the viscosity also varies due to the temperature difference, and a layer with high and low viscosity is formed. This causes a problem that the polymer material does not flow smoothly (the polymer material stagnates on the channel wall surface).
また、高分子材料を架橋反応させて耐熱性を向上させるためには、所定の温度で反応させながら成形する必要がある。これは、高分子材料が前記所定の温度を上回ると耐熱性を向上させるどころか、高分子材料の分子構造そのものが破壊されてしまうからである。このような問題を回避するため、スクリュー押出機と成形ダイを備える装置により高分子材料を押出成形する場合は、押出成形した後に外部より加熱する方法がとられている。しかし、この方法では、高分子材料の熱伝導率が小さいことから加熱に長時間を要するといった問題を生ずる。 In addition, in order to improve the heat resistance by crosslinking reaction of the polymer material, it is necessary to perform molding while reacting at a predetermined temperature. This is because when the polymer material exceeds the predetermined temperature, the molecular structure itself of the polymer material is destroyed rather than improving the heat resistance. In order to avoid such a problem, when extruding a polymer material with an apparatus including a screw extruder and a forming die, a method of heating from the outside after the extruding is taken. However, this method has a problem that it takes a long time for heating because the thermal conductivity of the polymer material is small.
一方、剪断発熱により連続的に架橋温度近くに昇温させる技術では外部から熱を加えることなく、高分子材料の温度を上昇させることが可能である。しかし、上記技術では高分子材料全体に均一に剪断力を与えているとは言えず、また、以下のような問題も生じている。すなわち、上記の技術は、高分子材料を推進させるものとして、押出機の推進力と剪断発熱筒に内包されたネジ送り部による生ずる推進力の2つの推進力を用いている。ここで、ネジ送り部は高分子材料に与える熱に応じて回転数を調整するものであることから与える温度によって回転数が変化することになり、成形ダイから押し出される高分子材料に一定の推進力、換言すると一定の圧力を与えることが困難である。高分子材料から成形物
を成形する場合には、成形ダイから押し出される時点で均一な圧力が与えられていることが望ましい。しかし、上記技術では高分子材料に一定の圧力を与えることができないといった問題を生じている。
On the other hand, with the technique of continuously raising the temperature near the crosslinking temperature by shearing heat generation, it is possible to raise the temperature of the polymer material without applying heat from the outside. However, it cannot be said that the above technique uniformly applies a shearing force to the entire polymer material, and the following problems also occur. That is, in the above technique, two propulsive forces are used to propel the polymer material, ie, the propulsive force of the extruder and the propulsive force generated by the screw feeding portion included in the shear heating cylinder. Here, since the screw feed section adjusts the number of rotations according to the heat applied to the polymer material, the number of rotations changes depending on the temperature applied, and a constant propulsion is applied to the polymer material extruded from the molding die. It is difficult to apply force, in other words, constant pressure. When molding a molded product from a polymer material, it is desirable that a uniform pressure be applied when it is extruded from a molding die. However, the above-described technique has a problem that a certain pressure cannot be applied to the polymer material.
本発明では、上記した問題に鑑み、高分子材料を架橋反応させて成形する場合において、高分子材料が流路内に停滞せず、高分子材料の熱伝導率により架橋反応時間が左右されない温度制御装置であって、高分子材料に一定の圧力と均一の剪断力を与えて温度制御できることを課題とする。 In the present invention, in view of the above-described problems, when a polymer material is subjected to a crosslinking reaction and molded, the polymer material does not stagnate in the flow path, and the temperature at which the crosslinking reaction time is not affected by the thermal conductivity of the polymer material. An object of the present invention is to provide a control device that can control temperature by applying a constant pressure and a uniform shearing force to a polymer material.
本発明では、上記した課題を解決するため、以下の手段を採用した。すなわち、高分子材料を溶融して押し出す押出機に接続され、該押出機より押し出された高分子材料の温度を制御する装置であって、前記押出機に接続された筒部材と、前記筒部材内に前記高分子材料が流動する間隙を介して内包され、前記筒部材と相対的に回転する内包部材とを備え、前記筒部材の内面と前記内包部材の外面のうち少なくともいずれか一方には、前記筒部材の内面と前記内包部材の外面との間を流動する前記高分子材料に剪断力を与えるための凹凸部が設けられ、前記凹凸部は、長手方向において推進力を生じさせない捩れにより構成されていることを特徴とする。 The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, an apparatus connected to an extruder that melts and extrudes a polymer material and controls the temperature of the polymer material extruded from the extruder, the cylinder member connected to the extruder, and the cylinder member An inner member that is encapsulated through a gap through which the polymer material flows and rotates relative to the cylindrical member, and at least one of the inner surface of the cylindrical member and the outer surface of the inner member An uneven portion for applying a shearing force to the polymer material flowing between the inner surface of the cylindrical member and the outer surface of the inner member is provided, and the uneven portion is twisted so as not to generate a propulsive force in the longitudinal direction. It is configured.
これにより、高分子材料を架橋反応させて成形する場合において、高分子材料が流路内に停滞せず、高分子材料の熱伝導率により架橋反応時間が左右されない温度制御装置であって、高分子材料に一定の圧力と均一の剪断力を与えて温度制御できる。すなわち、前記凹凸部により、前記高分子材料に均一の剪断力が与えられる。また、前記凹凸部は、前記高分子材料に剪断力は与えるものの推進力は与えないものであることから、前記高分子材料に与えられる推進力は前記押出機が押し出す圧力により決定され、前記高分子材料に与えられる圧力が一定化する。つまり、前記凹凸部は、主として前記高分子材料に剪断力を与えるものであり、前記押出機の推進力とは独立したものである。このように、本発明に係る高分子材料の温度制御装置によれば、外部から熱を加えることなく剪断発熱により高分子材料に均一に架橋反応を生じさせることが可能となる。 This is a temperature control device in which the polymer material does not stagnate in the flow path and the crosslinking reaction time is not affected by the thermal conductivity of the polymer material when the polymer material is molded by crosslinking reaction, The temperature can be controlled by applying a constant pressure and a uniform shear force to the molecular material. That is, a uniform shearing force is applied to the polymer material by the uneven portion. Further, since the concavo-convex portion gives a shearing force to the polymer material but does not give a propulsive force, the propulsive force given to the polymer material is determined by the pressure pushed out by the extruder, The pressure applied to the molecular material becomes constant. That is, the uneven part mainly gives a shearing force to the polymer material and is independent of the propulsion force of the extruder. As described above, according to the temperature control device for a polymer material according to the present invention, it is possible to uniformly cause a crosslinking reaction to the polymer material by shearing heat generation without applying heat from the outside.
押出機は、高分子材料を溶融するとともに該押出機に接続された筒部材に高分子材料を押し出す。押出機は、従来より用いられている押出機を用いることができ、例えば、スクリュー押出機が例示される。なお、高分子材料としては、ポリエチレン、ゴム等が例示され、押出機には高分子材料とともに架橋剤を投入することで押出機内で高分子材料と架橋剤を混練することができる。 The extruder melts the polymer material and pushes the polymer material to a cylindrical member connected to the extruder. The extruder used conventionally can be used for an extruder, for example, a screw extruder is illustrated. Examples of the polymer material include polyethylene and rubber, and the polymer material and the crosslinking agent can be kneaded in the extruder by introducing a crosslinking agent together with the polymer material into the extruder.
前記押出機には、筒部材が接続される。前記筒部材には、前記内包部材が内包される。前記筒部材の内面と前記内包部材の外面との間に前記高分子材料が流動するための間隙が設けられ、前記内包部材が前記筒部材と相対的に回転することによって前記高分子材料に剪断力が与えられ、剪断力による内部摩擦熱によって高分子材料を架橋反応させることができる。なお、筒部材としてシリンダ、内包部材としては、マンドレルを用いることができる。また、本発明では、内包部材が筒部材と相対的にに回転することを特徴とするが、筒部材又は内包部材のうち少なくともいずれか一方を駆動源に接続して回転するものであればよい。また、凹凸部が設けられているとは、例えば軸方向に対する断面形状が筒部材と内包部材で相対的に変形していることを意味する。 A cylindrical member is connected to the extruder. The cylindrical member includes the internal member. A gap is provided between the inner surface of the cylindrical member and the outer surface of the inner packaging member for allowing the polymer material to flow, and the polymeric material is sheared by rotating relative to the cylindrical member. A force is applied, and the polymer material can be subjected to a cross-linking reaction by internal frictional heat due to a shearing force. A cylinder can be used as the cylindrical member, and a mandrel can be used as the inclusion member. In the present invention, the inner member rotates relative to the cylindrical member. However, any member may be used as long as at least one of the cylindrical member and the inner member is connected to a driving source to rotate. . In addition, the provision of the concavo-convex portion means that, for example, the cross-sectional shape with respect to the axial direction is relatively deformed between the tubular member and the inner member.
また、本発明は、高分子材料を溶融して押し出す押出機に接続され、該押出機より押し出された高分子材料の温度を制御する装置であって、前記押出機に接続されたシリンダと、前記シリンダに内包され、前記シリンダと相対的に回転するマンドレルであって、軸方向直角断面において外面に凹凸部が形成されるとともに軸方向において捩れたマンドレル
とを備え、前記シリンダの内面と前記マンドレルの外面との間には前記高分子材料が流動する間隙が形成され、前記間隙は、厚さが大きい領域と小さい領域が交互に形成されたものであり、前記凹凸部の形状は、軸方向直角断面においては前記間隙により表され、軸方向においては軸直角方向と推進力を生じさせない角度である所定の捩れ角度で表されることを特徴とする。
Further, the present invention is an apparatus connected to an extruder that melts and extrudes the polymer material, and controls the temperature of the polymer material extruded from the extruder, the cylinder connected to the extruder, A mandrel included in the cylinder and rotating relative to the cylinder, the mandrel having an uneven surface formed on an outer surface in a cross section perpendicular to the axial direction and twisted in the axial direction, the inner surface of the cylinder and the mandrel A gap through which the polymer material flows is formed between the outer surface of the substrate and the gap is formed by alternately forming a region having a large thickness and a region having a small thickness. It is represented by the gap in a right-angle cross section, and in the axial direction, it is represented by a predetermined twist angle that is an angle that does not generate a propulsive force with respect to the direction perpendicular to the axis.
これにより、外部から熱を加えることなく剪断発熱により高分子材料に均一に架橋反応を生じさせることが可能となる。また、前記マンドレルは推進力を生じさせないため、高分子材料を主に押出機の推進力により推進させることができる。したがって、推進力が一定となり、成形ダイから押出成形する際の圧力を一定化することができる。その結果、剪断作用による内部摩擦熱により短時間で耐熱性に優れた成形物を成形可能となり、また、圧力を一定としたことにより成形物の密度も一定となり、より優れた性状を有する成形物を成形することができる。 As a result, it is possible to uniformly cause a cross-linking reaction to the polymer material by shearing heat generation without applying heat from the outside. Further, since the mandrel does not generate propulsive force, the polymer material can be propelled mainly by the propulsive force of the extruder. Accordingly, the propulsive force is constant, and the pressure at the time of extrusion molding from the molding die can be made constant. As a result, it is possible to form a molded product with excellent heat resistance in a short time due to internal frictional heat due to shearing action, and the molded product has more excellent properties by making the density of the molded product constant by keeping the pressure constant. Can be molded.
マンドレルの外面に形成された凹凸部の形状は、軸方向直角断面においては前記間隙により表すことができ、軸方向においては軸直角方向と推進力を生じさせない角度である所定の捩れ角度で表すことができる。換言すると、マンドレルの外面に形成された凹凸部の形状は、軸直角方向と軸方向により特定することができる。間隙により表すとは、前記凹凸部を断面についてみると、間隙の厚さを特定することにより前記凹凸部の断面形状を特定することができることを意味する。なお、間隙は、前記シリンダの内面と前記マンドレルの外面との間に形成された前記高分子材料が流動するものであり、厚さが大きい領域と小さい領域が交互に形成されたものである。 The shape of the concavo-convex portion formed on the outer surface of the mandrel can be represented by the gap in the cross section perpendicular to the axial direction, and represented by a predetermined twist angle that is an angle that does not generate propulsive force in the axial direction in the axial direction. Can do. In other words, the shape of the concavo-convex portion formed on the outer surface of the mandrel can be specified by the direction perpendicular to the axis and the axial direction. The expression by the gap means that the cross-sectional shape of the uneven portion can be specified by specifying the thickness of the gap when the uneven portion is viewed in cross section. The gap is formed by the flow of the polymer material formed between the inner surface of the cylinder and the outer surface of the mandrel, and is formed by alternately forming a region having a large thickness and a region having a small thickness.
一方、前記凹凸部を軸方向についてみると軸直角方向と推進力を生じさせない所定の捩れ角度で形成されている。すなわち、軸方向における断面形状が、長手方向に連続的に所定の捩れ角度で捩れている形状であり、所定の捩れ角度は、推進力を生じさせない程度の緩やかな角度である。これにより、高分子材料に与えられる推進力は、主として押出機が押し出す圧力により決定され、高分子材料に与えられる圧力が一定化する。 On the other hand, when the concavo-convex portion is viewed in the axial direction, it is formed at a predetermined torsional angle that does not generate propulsive force with respect to the direction perpendicular to the axis. In other words, the cross-sectional shape in the axial direction is a shape that is continuously twisted at a predetermined twist angle in the longitudinal direction, and the predetermined twist angle is a gentle angle that does not generate a propulsive force. Thereby, the propulsive force given to the polymer material is mainly determined by the pressure pushed out by the extruder, and the pressure given to the polymer material becomes constant.
推進力を生じさせない所定の捩れ角度とは、軸方向の直角方向に対して所定の角度傾いていることを意味する。すなわち、0度から90度の範囲内において、角度が小さければ捩れが強く推進力が大きく、角度が大きければ捩れが弱く推進力が小さいことを意味する。 The predetermined torsional angle that does not generate a propulsive force means that it is inclined at a predetermined angle with respect to the direction perpendicular to the axial direction. That is, in the range of 0 to 90 degrees, if the angle is small, the twist is strong and the propulsive force is large, and if the angle is large, the twist is weak and the propulsive force is small.
このように厚さが大きい領域と小さい領域が、それぞれ軸方向に対して所定の幅および推進力を生じさせない所定の捩れ角度で螺旋状に形成されていることによりマンドレルを回転させた場合においても、マンドレルの回転によっては推進力を生じさせることなく、高分子材料に剪断力を与えることができる。すなわち、主に押出機の推進力により高分子材料を推進させることが可能となり、その結果、一定圧力の下で高分子材料の押出成形が可能となるとともに、上述した剪断作用により高分子材料に内部摩擦熱を与えることが可能となる。 Even in the case where the mandrel is rotated by forming the region having the large thickness and the region having the small thickness in this manner in a spiral shape with a predetermined width and a predetermined twist angle that does not generate a propulsive force in the axial direction. Depending on the rotation of the mandrel, a shearing force can be applied to the polymer material without generating a driving force. That is, it is possible to propel the polymer material mainly by the propulsion force of the extruder. As a result, the polymer material can be extruded under a certain pressure, and the above-described shearing action can be applied to the polymer material. It becomes possible to give internal frictional heat.
また、本発明は、前記厚さが大きい領域は、軸方向に対する直角断面において前記シリンダの内面からの距離が変位する変位厚さ部分であり、前記厚さが小さい領域は、軸方向に対する直角断面において前記シリンダの内面からの距離が一定である一定厚さ部分であるものとしてもよい。 Further, according to the present invention, the region where the thickness is large is a displacement thickness portion in which the distance from the inner surface of the cylinder is displaced in a cross section perpendicular to the axial direction, and the region where the thickness is small is a cross section perpendicular to the axial direction. It is good also as what is a constant thickness part from which the distance from the inner surface of the said cylinder is constant.
前記一定厚さ部分とは、例えば前記マンドレルの断面の一部が円弧により形成されることにより、前記シリンダの内面と前記マンドレルの外面との距離が一定であることをいう。また、変位厚さ部分とは、例えば前記マンドレルの断面の一部が直線により形成される
ことにより、円弧である前記シリンダの内面と前記マンドレルの外面との距離が変位していることを指す。
The constant thickness portion means that the distance between the inner surface of the cylinder and the outer surface of the mandrel is constant, for example, by forming a part of the cross section of the mandrel by an arc. The displacement thickness portion means that the distance between the inner surface of the cylinder, which is an arc, and the outer surface of the mandrel is displaced, for example, by forming a part of the cross section of the mandrel by a straight line.
前記変位厚さ部分とは、前記マンドレルの軸方向直角断面において直線で表される部分である。このように前記断面において変位厚さ部分である直線部分と一定厚さ部分である円弧部分が交互に形成される構成とし、前記マンドレルを前記シリンダと相対的に回転させることで、間隙を流動する高分子材料は、厚さ(深さ)の異なる流路を順次推進することになる。その結果、前記高分子材料に均一に剪断力を与えることができ、内部摩擦熱を発生させて架橋反応させることができる。また、前記断面における前記直線部分と前記円弧部分を交互に形成する場合において、これらの配置を規則的にすることにより、前記高分子材料に対してより効率よく均一に剪断力を与えることが可能となる。 The displacement thickness portion is a portion represented by a straight line in a cross section perpendicular to the axial direction of the mandrel. In this way, in the cross section, the linear portion that is the displacement thickness portion and the arc portion that is the constant thickness portion are alternately formed, and the mandrel is rotated relative to the cylinder so that the gap flows. The polymer material sequentially promotes channels having different thicknesses (depths). As a result, a uniform shearing force can be applied to the polymer material, and internal frictional heat can be generated to cause a crosslinking reaction. In addition, when the straight portions and the circular arc portions are alternately formed in the cross section, it is possible to apply a shearing force to the polymer material more efficiently and uniformly by making the arrangement thereof regular. It becomes.
また、本発明において、前記所定の捩れ角度は、40度より大きく90度より小さい値とすることができる。 In the present invention, the predetermined twist angle may be a value larger than 40 degrees and smaller than 90 degrees.
前記所定の捩れ角度を、40度より大きく90度より小さい値とすることで前記高分子材料に推進力を与えずに主に剪断力を与えることが可能となる。従って、前記高分子材料を主として上述した押出機の推進力により推進することとなり、一定圧力の下で高分子材料の押出成形が可能となる。 By setting the predetermined twist angle to a value larger than 40 degrees and smaller than 90 degrees, it is possible to mainly apply a shearing force without applying a driving force to the polymer material. Therefore, the polymer material is mainly driven by the propulsion force of the above-described extruder, and the polymer material can be extruded under a constant pressure.
また、本発明において、前記シリンダの長手方向における長さは、前記シリンダの内径の4倍以下であり、前記間隙の厚さにおける最小値は、前記シリンダの内径の1/5以下とすることができる。 In the present invention, the length of the cylinder in the longitudinal direction is not more than four times the inner diameter of the cylinder, and the minimum value of the gap thickness is not more than 1/5 of the inner diameter of the cylinder. it can.
このような構成とすることで、最も効果的に外部から熱を加えることなく剪断発熱により高分子材料に均一に架橋反応を生じさせることが可能となる。なお、前記シリンダの長手方向における長さは、前記シリンダの内径の2〜4倍とし、前記間隙の厚さにおける最小値は、前記シリンダの内径の1/5〜1/20とすることで、効果的に架橋反応を生じさせることができる。更に、より好ましくは、前記シリンダの長手方向における長さは、前記シリンダの内径の略3倍とし、前記間隙の厚さにおける最小値は、前記シリンダの内径の略1/10とすることで、最も効果的に架橋反応を生じさせることが可能となる。 By adopting such a configuration, it becomes possible to cause a cross-linking reaction uniformly to the polymer material by shearing heat generation, most effectively without applying heat from the outside. The length in the longitudinal direction of the cylinder is 2 to 4 times the inner diameter of the cylinder, and the minimum value of the thickness of the gap is 1/5 to 1/20 of the inner diameter of the cylinder. A crosslinking reaction can be effectively produced. More preferably, the length of the cylinder in the longitudinal direction is approximately three times the inner diameter of the cylinder, and the minimum value of the gap thickness is approximately 1/10 of the inner diameter of the cylinder. The cross-linking reaction can be caused most effectively.
また、本発明に係る高分子材料の温度制御装置は、前記シリンダの外周に外加熱冷却装置を更に備えるものとすることができる。 The polymer material temperature control device according to the present invention may further include an external heating / cooling device on the outer periphery of the cylinder.
これにより、より効果的に高分子材料の架橋反応温度に最適な所定の温度に保つことが可能となる。すなわち、例えば高分子材料を架橋反応させる最適温度を上回った場合には、前記外加熱冷却装置を冷却装置として機能させることで前記最適温度に保つことが可能となる。 Thereby, it becomes possible to more effectively maintain the predetermined temperature optimum for the crosslinking reaction temperature of the polymer material. That is, for example, when the temperature exceeds the optimum temperature at which the polymer material is subjected to a crosslinking reaction, it is possible to maintain the optimum temperature by causing the external heating and cooling device to function as a cooling device.
また、本発明に係る高分子材料の温度制御装置は、前記マンドレルの内部に内加熱冷却装置を更に備えるものとしてもよい。 The polymer material temperature control device according to the present invention may further include an internal heating / cooling device inside the mandrel.
これにより、例えば高分子材料の架橋反応に必要な温度を上回った場合には、前記内加熱冷却装置を冷却装置として機能させることで架橋反応温度に最適な所定の温度に保つことが可能となる。また、上述した外加熱冷却装置を併用することにより、高分子材料の温度調整をより正確に行うことができる。 As a result, for example, when the temperature required for the crosslinking reaction of the polymer material is exceeded, it becomes possible to maintain the internal heating / cooling device as a cooling device at a predetermined temperature optimum for the crosslinking reaction temperature. . Moreover, the temperature adjustment of the polymer material can be performed more accurately by using the above-described external heating / cooling device in combination.
本発明によれば、高分子材料を架橋反応させて成形する場合において、高分子材料が流
路内に停滞せず、高分子材料の熱伝導率により架橋反応時間が左右されない温度制御装置であって、高分子材料に一定の圧力と均一の剪断力を与えて温度制御できる。
According to the present invention, when molding is performed by cross-linking a polymer material, the polymer material does not stagnate in the flow path, and the temperature control device does not affect the cross-linking reaction time due to the thermal conductivity of the polymer material. The temperature can be controlled by applying a constant pressure and a uniform shearing force to the polymer material.
次に、本発明に係る高分子材料の温度制御装置の実施形態について図面に基づいて説明する。 Next, an embodiment of a temperature control device for a polymer material according to the present invention will be described based on the drawings.
図1は、本実施例に係る高分子材料の温度制御装置の構成を示す側面図であり、図2は、図1におけるA−A断面図である。図1に示すように、高分子材料の温度制御装置は、スクリュ12を有する押出機11と、押出機11に接続されたシリンダ13と、シリンダ13に内包され、シリンダ13と相対的に回転するマンドレル14と、回転しないダイマンドレル16と、成形ダイ3と、を備える構成である。なお、回転しないダイマンドレル16は、マンドレル14を貫通している支持ロット23と接続され、固定されている。また、図2に示すように、シリンダ13の断面は円筒型であり、内包されるマンドレル14の断面は、平面からなる平面部30、円弧面からなる円弧面部31により構成される。
FIG. 1 is a side view showing a configuration of a temperature control device for a polymer material according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIG. 1, the temperature control device for a polymer material includes an
押出機11より押し出された高分子材料7は、シリンダ13の内面とマンドレル14の外面との間に形成される間隙32を流動する。その際、マンドレル14はシリンダ13と相対的に回転しているため、高分子材料7に剪断力が与えられることにより内部摩擦熱を発生させて架橋反応を生じさせることができる。
The
ここで、間隙32は、図2に示すように円弧面部31においては一定であるが、平面部30においては厚さが変位する。すなわち、同図に示すように、円弧面部31において最も間隙32の値が小さくなり、平面部30の軸幅方向の中心Pで最も大きい値となる。円弧面部31と平面部30とを図2に示すように規則的に構成することで、高分子材料7を効果的に混練することができ、その結果均一に剪断力を与えて均質な性状を有する成形物7aを成形することができる。なお、本実施例においては、平面部30及び円弧面部31を6づつ有する6条平面構成としたが、これに限定されるわけではなく、例えば平面部30及び円弧面部31を8づつ有する8条平面構成としてもよい。
Here, the
平面部30、円弧面部31をマンドレル13の軸方向についてみるとそれぞれ一定の幅で所定の捩れ角度αで形成されている。一定の幅とは、図1に示すように、平面部30及び円弧面部31が断面においてだけでなく、軸方向においても規則的に所定の捩れ角度αで形成されていることをいう。αは、本発明における推進力を生じさせない所定の捩れ角度を示すものであるが、本実施例においては50度とした。マンドレル14の外面に形成される凹凸部をこのような構成とすることでマンドレル14が回転した場合においても、マンドレル14の回転作用によっては高分子材料7に推進力は生じず、主に押出機11からの推進力により高分子材料7を押し出すことができる。したがって、高分子材料7への推進力は、マンドレル14の回転速度に依存せずに与えることができ、シリンダ13内の圧力を一定に保つことが可能となる。架橋反応が行われた高分子材料7は、成形ダイ3により押出成形されて成形物7aとなる。
When the
また、本実施例において、シリンダ13の長手方向における長さLは、シリンダ13の内径Dの3倍とし、前記間隙32の最小値は、シリンダ13の内径Dの1/10とした。このような構成とすることで、最も効果的に外部から熱を加えることなく剪断発熱により高分子材料に均一に架橋反応を生じさせることが可能となる。
In this embodiment, the length L of the
次に本発明に係る高分子材料の温度制御装置を備える高分子材料成形装置の全体構成について図面に基づいて説明する。 Next, an overall configuration of a polymer material molding apparatus including a polymer material temperature control apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図3は、本実施例に係る高分子材料の温度制御装置を備える高分子材料成形装置の全体構成を示す側面図であり、図4は、図3におけるB−B断面図である。なお、同一の構成要素については同一の番号を付すことでその詳細な説明を省略する。図3に示すように、本発明に係る高分子材料の温度制御装置を備える高分子材料成形装置は、スクリュ12を有する押出機11と、押出機11に接続されたシリンダ13、マンドレル14、ダイマンドレル16、成形ダイ3を備える構成である。
FIG. 3 is a side view showing an overall configuration of a polymer material molding apparatus including a polymer material temperature control apparatus according to the present embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In addition, the detailed description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same number about the same component. As shown in FIG. 3, a polymer material molding apparatus including a polymer material temperature control device according to the present invention includes an
本実施例においては、シリンダ13の外周に本発明に係る外加熱冷却装置に相当する外ジャケット部17aが設けられている。更に、マンドレル14の内部には、本発明係る内加熱冷却装置に相当する内ジャケット部17bが設けられている。外ジャケット部17aは、チューブ8aを介して流体循環装置8に接続され、内ジャケット部17bは、チューブ8bを介して流体循環装置8が接続されている。マンドレル14の先端位置に対応するシリンダ13に設けられた温度計19bが温度を検知して、外ジャケット17a又は/及び17bに必要に応じて加熱媒体や冷却媒体等を循環させることで、高分子材料7の温度を架橋反応に最適とされる温度に保つことが可能となる。なお、温度計は、押出機11の先端部にも配置することができる(19a)。これにより、高分子材料7について、架橋反応前後の温度を計測することが可能となる。
In the present embodiment, an
マンドレル14は、駆動源10の駆動力が駆動部9を介して伝達され、シリンダ13と相対的に回転する。本実施例に係る高分子材料の温度制御装置は、マンドレル14の回転速さにより高分子材料7に与える剪断力を調整することができる。マンドレル14を高速回転させると高分子材料7に与えられる剪断力が大きくなり、発熱温度も高くなる。逆にマンドレル14を低速回転させると、高分子材料7に与えられる剪断力が小さくなり、発熱温度も低くなる。なお、本実施例に係る高分子材料の温度制御装置では、所定の捩れ角度αを50度と緩やかな角度としたことによりマンドレル14の回転によっては高分子材料7に推進力が与えられないため、高分子材料7を主に押出機11の押し出す力により推進させることができる。
The
支持ロッド23は、回転しないマンドレル16を支持し、更に中空部15を有している。中空部15にはジョイント12より吸入された圧縮空気がロータリージョイント11を介して流入される。圧縮空気は、成形ダイ3の先端より排出されることで高分子材料7のチューブ成形が行われる。なお、圧縮空気の温度を調節することにより、高分子材料7の架橋反応に必要な温度を調整することもできる。
The
次に、従来の押出機と比較しながら本実施例に係る高分子材料の温度制御装置について説明する。 Next, the temperature control device for the polymer material according to the present embodiment will be described in comparison with a conventional extruder.
図7及び図8は、従来より用いられている押出機の構成を示す図である。図7に示すように従来の押出機は、ホッパ25と、押出機11と、押出機11のスクリュ12と、スクリュ12のスクリュ駆動源5と、成形ダイ3を備える構成である。このような従来の押出機11において、高分子材料7の温度を反応領域まで上げて、高分子材料7を架橋反応させるためには外部から熱を加えるか、或いは、押出成形した後に外部より加熱するしかなかった。しかし、外部から熱を加える構成では、高分子材料7が流路壁面に停滞するといった問題を生じ、押出成形後に加熱した場合には、高分子材料の熱伝導率が小さいことから長時間を要するといった問題を生じていた。
7 and 8 are diagrams showing the configuration of an extruder conventionally used. As shown in FIG. 7, the conventional extruder includes a
また、図8はギヤポンプを備える従来より用いられている押出機の構成を示す図である。図7に記載の押出機と比較すると、図8に記載の押出機は、押出機11の先にギヤポンプ4と、ギヤポンプ4を駆動するギヤポンプ4の駆動源6を備える点で構成が相違するが
、ギヤポンプを備える押出機においても図7に記載の押出機と同様の問題を生じていた。なお、同一の構成要素については同一の番号を付すことでその詳細な説明を省略する。
FIG. 8 is a view showing the configuration of an extruder conventionally used with a gear pump. Compared with the extruder shown in FIG. 7, the extruder shown in FIG. 8 is different in configuration in that it includes a gear pump 4 at the tip of the
これに対し、図5及び図6は、本実施例に係る高分子材料の温度制御装置を備える高分子材料成形装置の概略構成を示す図である。なお、同一の構成要素については同一の番号を付すことでその詳細な説明を省略する。図5に示すように、本実施例に係る高分子材料の温度制御装置を備える高分子材料成形装置は、押出機11と押出機11のスクリュ12を駆動するスクリュの駆動源5と、押出機11に接続された高分子材料の温度制御装置2を備える構成である。
On the other hand, FIG.5 and FIG.6 is a figure which shows schematic structure of the polymeric material shaping | molding apparatus provided with the temperature control apparatus of the polymeric material which concerns on a present Example. In addition, the detailed description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same number about the same component. As shown in FIG. 5, a polymer material molding apparatus including a polymer material temperature control device according to this embodiment includes an
図5に示すように、本実施例に係る高分子材料の温度制御装置は、従来の押出機に接続することで、高分子材料7を架橋反応させる場合において、高分子材料7が流路壁面に停滞することや架橋反応をさせるのに長時間の時間を要すといった上記問題を解決することができる。すなわち、従来設備を利用することも可能であり、経済的にも非常に優れているといえる。
As shown in FIG. 5, the polymer material temperature control apparatus according to the present example is connected to a conventional extruder to cause the
また、図6は、本実施例に係る高分子材料の温度制御装置を備えるギヤポンプを備える高分子材料成形装置の概略構成を示す図であるが、同図に示すように本実施例に係る高分子材料の温度制御装置は、ギヤポンプを備える押出機にも接続することが可能である。また、ギヤポンプ4を備える構成とすることで、高分子材料7を安定的に高分子材料の温度制御装置2へ供給することが可能となる。その結果、成形時における圧力をより均一にすることができ、優れた性状を有する成形物7aを成形することが可能となる。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a polymer material molding apparatus including a gear pump including the polymer material temperature control apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. The molecular material temperature control device can also be connected to an extruder equipped with a gear pump. In addition, the configuration including the gear pump 4 makes it possible to stably supply the
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明に係る高分子材料の温度制御装置はこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, the temperature control apparatus of the polymeric material which concerns on this invention can contain these combinations as much as possible not only in these.
2・・・高分子材料の温度制御装置
3・・・成形ダイ
4・・・ギヤポンプ
5、10・・・駆動源
7・・・高分子材料
7a・・・成形物
8・・・循環装置
8a、8b・・・チューブ
9・・・回転マンドレルの駆動部
11・・・押出機
12・・・スクリュ
13・・・シリンダ
14・・・マンドレル
15・・・中空部
16・・・ダイマンドレル
17a・・・外ジャケット
17b・・・内ジャケット
23・・・ダイマンドレルの支持ロッド
25・・・ホッパ
30・・・平面部
31・・・円弧面部
32・・・間隙
2 ...
Claims (5)
前記押出機に接続されたシリンダと、
前記シリンダに内包され、前記シリンダと相対的に回転するマンドレルであって、軸方向直角断面において外面に凹凸部が形成されたマンドレルとを備え、
前記マンドレルは、前記凹凸部として、平面からなる平面部と、円弧面からなる円弧面部とを有し、
前記シリンダの内面と前記マンドレルの外面との間には前記高分子材料が流動する間隙が形成され、
前記間隙は、前記平面部と前記シリンダの内面との間に形成される厚さが大きい領域と前記円弧面部と前記シリンダの内面との間に形成される厚さが小さい領域が交互に形成されたものであり、
前記凹凸部の形状は、軸方向においては軸直角方向と推進力が小さい角度である所定の捩れ角度で表され、
前記所定の捩れ角度は、40度より大きく90度より小さい値であることを特徴とする高分子材料の温度制御装置。 An apparatus connected to an extruder that melts and extrudes the polymer material, and controls the temperature of the polymer material extruded from the extruder,
A cylinder connected to the extruder;
A mandrel enclosed in the cylinder and rotating relative to the cylinder, the mandrel having an uneven surface formed on an outer surface in a cross section perpendicular to the axial direction;
The mandrel has, as the concavo-convex portion, a flat portion made of a flat surface and an arc surface portion made of an arc surface,
A gap through which the polymer material flows is formed between the inner surface of the cylinder and the outer surface of the mandrel,
In the gap, regions having a large thickness formed between the planar portion and the inner surface of the cylinder and regions having a small thickness formed between the arcuate surface portion and the inner surface of the cylinder are alternately formed. And
The shape of the concavo-convex portion is represented by a predetermined twist angle that is a small angle with the direction perpendicular to the axis and the driving force in the axial direction,
The temperature control device for a polymer material, wherein the predetermined twist angle is a value larger than 40 degrees and smaller than 90 degrees.
前記厚さが小さい領域は、軸方向に対する直角断面において前記シリンダの内面からの距離が一定である一定厚さ部分である
ことを特徴とする請求項1に記載の高分子材料の温度制御装置。 The region where the thickness is large is a displacement thickness portion where the distance from the inner surface of the cylinder is displaced in a cross section perpendicular to the axial direction,
2. The temperature control device for a polymer material according to claim 1, wherein the region having a small thickness is a constant thickness portion having a constant distance from the inner surface of the cylinder in a cross section perpendicular to the axial direction.
前記間隙の厚さにおける最小値は、前記シリンダの内径の1/5以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の高分子材料の温度制御装置。 The length in the longitudinal direction of the cylinder is not more than 4 times the inner diameter of the cylinder,
3. The temperature control device for a polymer material according to claim 1, wherein a minimum value of the thickness of the gap is 1/5 or less of an inner diameter of the cylinder.
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