ラフィアおよび織物包装用途に最適な押出プロセスの選択

フォルカー・シェップナー | 2017 年 7 月 28 日

過去数年間にわたり、ラフィアおよび織物包装分野では、樹脂の進歩、押出ラインの能力向上、プロセス速度の向上など、多くの大きな発展が見られました。 ただし、原材料とエネルギーのコストには懸念が残ります。 炭酸カルシウムマスターバッチ (CCMB) などの無機充填剤を使用すると、生産性が向上し、コストが削減されます。

加工業者にとって大きなジレンマは、高い割合の CCMB を使用する場合に、滑らかなブッシュ押出機または溝付きブッシュ押出機のいずれか、適切な装置を選択することです。 押出機の選択における重要な要素は、加工特性を大きく変えるフィラー/CCMB をポリマーマトリックスに添加する効果を理解することです。

滑らかな溝付きブッシュ押出機を使用する場合の CCMB 注入レベルの影響について説明する前に、いくつかの用語を定義することが重要です。

CCMB を添加すると、得られるポリマー マトリックスの密度と粘度にも影響します。

要約すると、CCMB をポリマーに添加すると、得られるポリマー マトリックスの熱伝導率、比熱、密度、粘度に影響を与えます。

得られたポリオレフィンと CCMB のポリマー マトリックスの粘度は、ポリマー マトリックス内の CaCO3 粒子による内部摩擦の増加によりせん断が上昇し、溶融粘度が低下するため、粘度が低下します。 粘度の変化により、押出機内のせん断応力が増加します。これは、単軸押出機における機械エネルギーから熱エネルギーへの変換の主な基礎です。 PP 中の CaCO3 は熱伝達を促進し、混合物の加熱または冷却に必要なエネルギー量を削減します。 したがって、CCMB の割合が高いポリマー マトリックスでは熱がより速く拡散します。

要約すると、ポリマーマトリックス中の高濃度フィラー/CCMB は次のようになります。

単軸押出機は、摩擦によってポリマー ペレットを搬送します。 ペレットとの接触により、バレルは材料をスクリュー上の螺旋に沿って引きずり、ペレットを前進させます。 滑らかなブッシュを備えた押出機では、ペレットはボール ベアリングのように機能します。バレルとペレット表面の間の接触が最小限であるため、かなりの量の滑りが発生し、ペレットが転がったり滑ったりします。 圧縮比は主にペレットの輸送に関与するため、圧縮比を高く保つ必要があります。 ペレットは、滑らかなブッシュ スクリューの固形物搬送セクション内で螺旋状の経路をたどり、スクリューの螺旋に沿って押され、ゆっくりと曲がりくねった経路をたどります。

さらに、スムースブッシュ押出機の固体搬送ゾーンでは非常に低い圧力がかかります。 通常、圧力はスクリューの溶融部分を通じて上昇し、移行の終わりに最高点に達します。 したがって、スムースブッシュ押出機の圧力上昇には制限があります。

スムースブッシュバレルを使用してスクリュー速度を上げると、溶融温度が上昇する傾向があることはよく知られています。 スクリューの圧縮セクションは、溶融温度の上昇に大きく関与します。 スムースブッシュマシンの比出力が低いことに注目すると、高速スクリュー速度を使用する場合、溶融温度が制限となります。

溝付きブッシュでは、ホッパーの下のバレルの穴と固体搬送ゾーンに複数の溝が追加されます。 ペレットは溝に閉じ込められ、スクリューの螺旋に逆らって進みます。 これにより、ペレットがスクリュー螺旋の押しによって溝内を前方に前進するため、ペレットの輸送が大幅に増加します。 一般的に圧縮率が低い場合でも、溝付きブッシュ押出機は、滑らかなブッシュ押出機と比較して、より高い比溶融搬送を実現します。

さらに、溝付きフィードセクションは搬送能力の増加により高いポンピング圧力を生成します。 したがって、溝付きブッシュ押出機では、圧力の発生はスクリューの計量セクションの関数ではなくなりました。 また、溝付きセクションは、溶解のための摩擦ベースの熱/エネルギーを大量に生成し、その結果、強力な水冷と過剰な熱の除去が行われます。 スクリュー速度に関連するこの高い比出力は、低い溶融温度の達成に役立ちます。 その結果、押出用のPPまたはHDPEブレンド中の異なるベースポリマー[PEまたはPPまたはその他のエラストマーキャリア樹脂]中のカルシウムフィラーマスターバッチの割合を変えると、溝付きフィードブッシュを使用した場合のプロセスの一貫性と出力溶融物の品質が向上します。