プラスチック押出成形の 6 つの基本原則

寧波方力技術有限公司です機械装置メーカー約30年の経験を活かし、プラスチックパイプ押出装置, 新しい環境保護と新材料設備。 Fangli は創業以来、ユーザーの要望に基づいて開発してきました。継続的な改善、コア技術の自主研究開発、先進技術の消化吸収等により、塩ビ管押出ライン, PP-Rパイプ押出ライン, PE給水・ガス管押出ライン、中国建設省によって輸入製品の代替として推奨されました。 「浙江省一流ブランド」の称号を獲得しました。

溶融物が遷移セクションとダイに入るとき、溶融物は遷移セクションに到達した時点で螺旋状の可変速度の流れから直線的な等速の流れに遷移し始めるため、せん断加熱は大幅に減少します。溶融物が遷移セクションによって画定された流路に沿って金型に到達すると、ある程度の熱も消費されます。溶融物が金型のダブテール溝に沿って均一に移動するようにするには、適切な熱を加える必要があります。そのため、金型の温度は少し高めに設定されており、「温度維持ゾーン」と呼ばれています。

プラスチックが投入された後、押出機混合押出成形のプロセスでは、固体材料は通常、高圧下で緻密な固体プラグに圧縮されます。固体プラグ内の粒子間には相対的な動きがないため、混合は相対的な動きのある溶融物の層間でのみ実行できます。ダイヘッド、スクリューフライト間の体積（チャネルの深さ）が徐々に減少するため、前進する材料には大きな圧力がかかり、同時にバレルの熱源によって加熱されます。さらに、プラスチックが動作中に圧縮、せん断、撹拌などの力を受けると、プラスチックとバレル、スクリューとの間の摩擦、およびプラスチック分子間の摩擦によって多量の熱が発生します。その結果、バレル内のプラスチックの温度は上昇し続け、その物理的状態はガラス状態から高弾性状態へと徐々に変化し、最終的には粘性流動状態となり、完全な可塑化に達します。スクリューが安定して回転すると、ダイヘッドの口から可塑化された材料が一定の圧力と速度で押し出され、一定の形状のプラスチック製品となります。冷却・成形後、押出成形が完了します。上記のプロセスを実現するための核となるコンポーネントはスクリューであり、スクリューに沿った押出プロセスは次の機能ゾーンに分割できます。

最初: 餌やり

供給プラスチックはホッパーに投入されると、自重または強制フィーダーの作用によりスクリューチャンネル（フライト間の空間）に入り、回転するスクリューフライトによって前方に搬送されて前方に押し出されます。しかし、材料と金属ホッパーとの摩擦係数が大きすぎたり、材料間の内部摩擦係数が大きすぎたり、ホッパーの円錐角が小さすぎたりすると、ホッパー内でブリッジ現象や中空管が徐々に形成され、材料がスクリュー溝にスムーズに入らず、押出が強制的に停止したり、非常に不安定になったりします。そのため、押出生産性が異常に低下したり、吐出しなくなったりする場合には、供給状況を確認したり、場合によってはホッパーの設計を変更したりする必要があります。

２つ目：伝えること

理論的には、プラスチックがネジの溝に入った後、ネジが回転するたびに、すべてのプラスチックが 1 リード分前方に搬送されます。このときの搬送効率を1とします。ただし、実際には各スクリューの順方向への搬送量は、プラスチックとバレルの摩擦係数fbとプラスチックとスクリューの摩擦係数fsに依存します。 fb が大きいほど、または fs が小さいほど、より固いプラスチックが前方に搬送されます。多数の実験により、樹脂と金属の間の摩擦係数は主にシステムの温度、金属の表面粗さ、システムの構造と形状、システムの圧力、材料の移動速度に依存することが示されています。

3番目: 圧縮

したがって、スクリューは供給、搬送、圧縮、溶解、混合、排出という6つの基本機能をすべて満たす必要があります。明らかに、供給と搬送は押出機の生産量に影響を与えますが、圧縮、溶融、混合、排出は押出製品の品質に直接影響します。ここでいう品質とは、単に溶解が完了しているかだけでなく、製品が緻密に圧縮されているか、均一に混合されているか、製品中に気泡がないかなどを指します。これが可塑化の品質です。

ネジに沿った圧力上昇の原因は次の 3 つです。

1.構造上の溝の深さ（ホッパーから先端まで）が減少し、材料は徐々に圧縮されます。

2.スプリッタープレート、フィルタースクリーン、ヘッドなどの抵抗要素がネジ頭の前に取り付けられています。

3.材料と金属の間の摩擦によって生じるねじの全長に沿って蓄積される圧力です。ヘッドの型断面積が小さいほど圧力のピーク値は大きくなり、最高圧力点がヘッド側に移動します。一般に、圧力のピーク値は計量セクションの前または圧縮セクションの後になります。

4位：溶ける

圧力が上昇すると、移動する固体プラスチックが加熱されたバレルの壁に常に接触し、こすれます。バレル壁付近のプラスチック材料の温度は継続的に上昇します。融点に達すると、バレルの内壁に薄い溶融膜が形成されます。その後、固体プラスチックの溶融の熱源は 2 つの側面から生じます。1 つはバレルの外部ヒーターの熱伝導で、もう 1 つは溶融フィルム内の溶融物の各層の異なる移動速度によって発生するせん断熱 (粘性散逸による)、つまりレオロジーにおける粘性熱散逸です。

溶解が進行し、溶融膜の厚さがスクリューとバレルの隙間よりも大きくなると、スクリューの前進前に移動スクリューが溶融膜を掻き落として溶融溜まりを形成します。溶融プロセスでは、溶融池はますます広くなり、残った固体の幅はますます狭くなり、最終的には完全に消滅します。これは1967年にタドモール社が発表した画期的で有名なタドモールの融解理論です。

5番目: ミキシング

混合押出成形のプロセスでは、固体材料は通常、高圧下で緻密な固体プラグに圧縮されます。固体プラグ内の粒子間には相対的な動きがないため、混合は相対的な動きのある溶融物の層間でのみ実行できます。

一般に、溶融体、特に溶融体搬送部では次のような混合現象が起こります。 まず、樹脂や各種添加剤などの材料系の各成分が均一に分散・分布します。 2つ目は熱的均質化です。これは、押出プロセスでは、最初に溶ける材料の温度が最も高く、後で溶ける材料の温度が最も低いためです。固体と溶融物の間の界面の温度は、まさにプラスチックの融点です。溶融した材料を早めにダイスから押し出すと、どうしても各所で押し出しムラが生じ、色差や変形が生じたり、製品にクラックが発生したりすることがあります。また、プラスチック自体が一定の分子量分布（MWD）を持っていることを考慮すると、混合することで相対分子量の高い部分を溶融物中に均一に分散させることができます。同時に、せん断力の作用下では、相対分子量の高い部分が鎖の切断により減少する可能性があり、これにより未溶融粒子 (ゲル) や製品の不均一性が低減される可能性があります。製品の均一な混合を確実にするためには、スクリューの溶融物搬送セクション (最後のセクション) が十分な長さを確保する必要があることは明らかです。したがって、スクリューの溶湯搬送部は均質化部とも呼ばれます。また、押出機の出力を計算する際には、スクリューの最後の一定深さ部分のスクリュー溝の容積を基準として計算し、スクリューの溶融物搬送部を計量部とも呼びます。

6番目: 通気

押出成形時には3種類のガスが発生します。 1 つはポリマーのペレットまたは粉末の間に混入する空気です。スクリュー速度が高すぎない限り、一般に、この部分のガスは圧力を徐々に高めながらホッパーから排出できます。ただし、回転速度が高すぎると、材料の前進速度が速すぎて、ガスの排出が間に合わず、製品中に気泡が発生する可能性があります。 2 番目のガスは材料が空気から吸収した水分で、加熱すると蒸気になります。 PVC、PS、PE、PPなどの吸湿性の少ないプラスチックであれば、通常は問題ありません。これらの少量の水蒸気も同時にホッパーから排出されます。しかし、PA、PSU、ABS、PCなどの一部のエンジニアリングプラスチックは、吸湿量が多く水蒸気が多すぎるため、ホッパーからの排出が遅れ、製品中に気泡が発生します。 3 つ目は、低分子量揮発性物質 (LMWV) や低融点可塑剤など、プラスチック粒子内の一部の材料で、押出成形プロセス中に発生する熱によって徐々に蒸発します。これらのガスはプラスチックが溶融したときにのみ、溶融物の表面張力に打ち勝って抜け出すことができますが、このときホッパーから遠く離れているため、ホッパーから排出することができません。この場合、通気口押出機使用する必要があります。

したがって、スクリューは供給、搬送、圧縮、溶解、混合、排出という6つの基本機能をすべて満たす必要があります。明らかに、供給と搬送は押出機の生産量に影響を与えますが、圧縮、溶融、混合、排出は押出製品の品質に直接影響します。ここでいう品質とは、単に溶解が完了しているかだけでなく、製品が緻密に圧縮されているか、均一に混合されているか、製品中に気泡がないかなどを指します。これが可塑化の品質です。

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