JP4693595B2

JP4693595B2 - 押出成形方法

Info

Publication number: JP4693595B2
Application number: JP2005316601A
Authority: JP
Inventors: 雅一石山
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP2007118500A

Description

本発明は、ポリエチレン樹脂の押出成形方法、特に、ポリエチレン製円筒管を押出成形する押出成形方法に関する。

従来より、合成樹脂の円筒管を成形するためには押出成形が行われており、この押出成形は、一般に押出機、金型、および、引取装置を用いて以下のように行われる。

まず、樹脂材料が押出機に供給され、この押出機によって樹脂材料は加熱され均一な流動状態にされるとともに、加圧され金型に連続的に送り出される。次に、押出機から送り出された溶融樹脂は、金型によって円筒形状に成形されて先端の吐出口から外部に押し出される。最後に、金型の吐出口から押し出された円筒管を引取装置によって、形状と寸法とを規制しつつ冷却しながら引き取っていくことで、所定形状の合成樹脂の円筒管が得られる。

このような押出成形に用いられる金型としては、スパイラルダイ、スパイダーダイ、クロスヘッドダイなどがあげられるが、それらの中でも円筒管の肉厚を均一に精度よく成形することができることから、合成樹脂の円筒管の押出成形には図３に示されるようなスパイラルダイがよく用いられている（例えば、特許文献１）。

このスパイラルダイは、内型１１と外型１２とによって円筒状の樹脂流路１３が確保されており、この樹脂流路１３は、内型１１の外周面１１ａに刻設した螺旋溝１４ａにより構成される最上流部の螺旋領域１４と、内型１１の中心軸１８と平行にされた最下流部の平行領域１６と、螺旋領域１４と平行領域１６とを連通させる連通領域１５とで構成されている。溶融樹脂は、図外の押出機から樹脂流路１３の最上流部に所定押出量で供給され、樹脂流路１３の螺旋領域１４、連通領域１５および平行領域１６を順次通過して吐出口１７から押し出されることで、円筒管が連続的に成形される。
特開平１０−２９２３７号公報

ところで、上記のスパイラルダイには、溶融樹脂が押出機から加圧されながら供給されるため、金型内の合成樹脂は圧力が負荷された状態となっており、この圧力が平行領域１６の内型外周面１１ａおよび外型内周面１２ａと溶融樹脂との間に摩擦を生じさせていた。このとき、平行領域１６の内型外周面１１ａおよび外型内周面１２ａにおける溶融樹脂の剪断速度が速いと、内型外周面１１ａおよび外型内周面１２ａに溶融樹脂が擦れることでカスが発生し、このカスが吐出口１７から円筒管と同時に押し出されてしまう。このカスは吐出口１７に付着して溜まっていき、この溜まったカスが金型から離脱して、押し出されている円筒管に付着してしまうことがある。このようなカスの付着が生じると、円筒管はカスが付着した状態で冷却され、カスが付着したまま硬化してしまうため、外観不良または肉厚不良となり、その結果カスが付着した円筒管は不良品として廃棄されていた。

また、カスが吐出口１７に付着した状態で押出成形を継続すると、押し出されている円筒管をカスが引っ掻いて傷をつける虞があり、その場合も円筒管は外観不良または肉厚不良となり不良品として廃棄されていた。

さらに、押出機から供給される溶融樹脂は、複数本の螺旋溝１４ａを通って、連通領域１５の基端部で合流し円筒形状を形成する。その際、螺旋領域１４と連通領域１５との境界での背圧が小さいと、螺旋溝１４ａで複数本に分割されていた溶融樹脂が合流した際に互いに押しつけ合う力が不足するため十分に融合されず、それぞれの溶融樹脂の境界にスジが発生してしまう。このようにスジが発生した円筒管を管継手と接続した場合、円筒管のスジの部分で両者の間に隙間が生じてしまい、流体の漏れを発生させる原因になっていた。従って、スジが発生した円筒管も、カスが付着した円筒管と同様、外観不良または肉厚不良で不良品として廃棄されていた。

本発明は係る実情に鑑みてなされたもので、その目的は、ポリエチレン製円筒管の押出成形において、金型吐出口に付着するカス、および、連通領域の基端部でのポリエチレン溶融樹脂の合流および融合を円滑なものとし、スジの発生を抑制することができる押出成形方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、押出成形用金型が、内型と外型とによって円筒状の樹脂流路が確保され、この樹脂流路の最上流部には、前記内型の外周面に刻設した螺旋溝により構成される螺旋領域が設定される一方、樹脂流路の末端となる吐出口に連なる最下流部には、前記内型の中心軸と平行な平行領域が設定されるとともに、前記螺旋領域と前記平行領域との間にはこれら２つの領域を連通させる連通領域が設定され、また、前記連通領域が内型の中心軸と平行とされた第１区間と、内型の中心軸と平行とされるとともに内型の外径が第１区間よりも大きくされた第２区間と、第２区間からテーパ状に縮径された第３区間とで構成されてなり、前記押出成形用金型における内型の基端側に接続した押出機から前記樹脂流路の最上流部に所定押出量でポリエチレン溶融樹脂を供給して、この溶融樹脂を前記樹脂流路の螺旋領域、連通領域および平行領域を順次通過させ前記吐出口から押し出すことでポリエチレン製円筒管を連続的に成形する押出成形方法であって、
前記平行領域の外型内周面および内型外周面における溶融樹脂の次式（１）で表される剪断速度γｗが３００ｓ^-1以下とされるとともに、
前記螺旋領域と前記連通領域との境界における溶融樹脂の次式（２）および（３）で表される背圧Ｐが１５ＭＰａ以上とされたことを特徴とする。

このような本発明によると、平行領域の外型内周面および内型外周面におけるポリエチレン溶融樹脂の上記式（１）で表される剪断速度γｗが３００ｓ^-1以下とされたものであるから、溶融樹脂が平行領域の外型内周面および内型外周面から受ける摩擦が小さくなり、吐出口でのカスの発生が抑制される。従って、カスが押し出されたポリエチレン製円筒管に付着することがなく、また、カスが押し出されているポリエチレン製円筒管を傷つけることがなくなるため、カスに起因する不良品の発生が減少する。

また、それと同時に、螺旋領域と連通領域との境界におけるポリエチレン溶融樹脂の上記式（２）および（３）で表される背圧Ｐが１５ＭＰａ以上とされたものであるから、螺旋溝によって複数本に分割されていたポリエチレン溶融樹脂が連通領域の基端部で合流する際に、互いに十分な圧力で押しつけ合って良好に融合される。従って、押し出されたポリエチレン製円筒管にスジが形成されることがないため、スジに起因する不良品の発生が減少する。

本発明は、ポリエチレン製円筒管の押出成形において、金型吐出口にカスが付着することがなく、また、連通領域の基端部でのポリエチレン溶融樹脂の合流および融合が円滑におこなわれるため、カスやスジに起因する不良品の発生を抑えることができ、延いては従来に比べて成形不良によるポリエチレン製円筒管の廃棄量を格段に減少させることができるといった効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態の押出成形用金型１Ａを示す部分断面図である。

本実施の形態の押出成形用金型１Ａは、内型１１と外型１２とによって円筒状の樹脂流路１３が確保され、また、この樹脂流路１３は、最上流部の螺旋領域１４、最下流部の平行領域１６、および、螺旋領域１４と平行領域１６とを連通させる連通領域１５で構成されている。

上記螺旋領域１４は、図示しない押出機から供給された溶融樹脂を、後述する連通領域１５の円周上に均一に展開させるための領域である。また、螺旋領域１４は、樹脂流路１３の最上流部に相当する領域であって、内型外周面１１ａに刻設した複数本の螺旋溝１４ａにより構成されたものである。

上記螺旋溝１４ａは、押出機と接続される基端側から先端側（樹脂流路１３の下流側）に向かうにしたがって次第に浅くなるように形成されており、この螺旋溝１４ａの基端には、図外の押出機から、加圧された溶融樹脂が供給されるようになっている。

上記平行領域１６は、連通領域１５で合流および融合した溶融樹脂を、所定の内径および外径に整えて押出成形用金型１Ａの外へ押し出すための領域である。また、平行領域１６は、樹脂流路１３の末端となる吐出口１７に連なる最下流部に位置し、内型１１の中心軸と平行に形成されている。この平行領域１６は、成形品の形状を安定させるために所定の長さを有している。

上記連通領域１５は、螺旋領域１４における複数本の螺旋溝１４ａから押し出されてくる溶融樹脂が合流するとともに、螺旋領域１４と連通領域１５との境界において負荷される背圧によって円滑に融合し、均一な円筒形状に形成される領域である。

本実施の形態の押出成形用金型１Ａは、平行領域１６の外型内周面１２ａおよび内型外周面１１ａにおける溶融樹脂の次式（１）で表される剪断速度γ_wが３００ｓ^-1以下とされるとともに、螺旋領域１４と連通領域１５との境界における溶融樹脂の次式（２）および（３）で表される背圧Ｐが１５ＭＰａ以上とされる金型設計が行われている。

〈実施例と比較例〉
上記の本実施の形態１の押出成形用金型１Ａを用いてポリエチレン樹脂を押出成形した際の実施例および従来の押出成形用金型１Ｃを用いた比較例について表１を用いて説明する。

（実施例１〜３）
実施例１、２および３における押出成形用金型１Ａの連通領域１５は、図１に示すように、内型１１の中心軸１８と平行とされた第１区間１５ａと、内型１１の中心軸１８と平行とされるとともに内型１１の外径が第１区間１５ａよりも大きくされた第２区間１５ｂと、第２区間１５ｂからテーパ状に縮径された第３区間１５ｃの３つの区間で構成した。各区間における外型１２の内径、内型１１の外径および軸方向の長さを表１に記載の通りとした。また、平行領域１６を第４区間とし、この平行領域（第４区間）１６における外型１２の内径、内型１１の外径および軸方向の長さを表１に記載の通りとした。

（比較例１〜３）
比較例１、２および３における押出成形用金型１Ｃの連通領域１５は、図３に示すように、実施例1〜３の第２区間１５ｂに相当する区間を省いた構成とした。すなわち、内型１１の中心軸１８と平行とされた第１区間１５ａと、第１区間１５ａからテーパ状に縮径された第３区間１５ｃとで構成されている。

これらの比較例１〜３では、実施例１〜３に比べて、上述したように第２区間が存在せず、また、第３区間１５ｃの軸方向の長さは短く、平行領域（第４区間）１６における外型１２の内径、内型１１の外径は小さく且つ軸方向の長さは短く設定されている。

なお、全ての実施例および比較例において同じポリエチレン樹脂を用いているため、粘性係数ηは全て同じ値となっている。また、実施例１と比較例１、実施例２と比較例２、および、実施例３と比較例３は、押出量Ｑおよび成形後の円筒管の寸法がそれぞれ同じになるように設定されている。ここで、成形後の円筒管の寸法は、押出成形用金型１Ａの吐出口１７から押し出された直後の寸法ではなく、その後に、図示しない引取装置で引き取りながら最終形状にした際の寸法である。

表１に示されるように、全ての実施例において、平行領域（第４区間）１６における外型１２の内径および内型１１の外径をそれぞれの比較例より大きくすることによって、平行領域１６の外型内周面１２ａおよび内型外周面１１ａにおける溶融樹脂の前記式（１）で表される剪断速度が３００ｓ^-1以下となり、その結果、吐出口１７でのカスの発生が抑制された。

また、比較例に対して実施例では、流路を狭くした第２区間１５ｂを設けるとともに、第３区間１５ｃと平行領域（第４区間）１６の軸方向の長さを長くし且つ外型１２の内径、内型１１の外径を大きくすることによって、螺旋領域１４と連通領域１５との境界における溶融樹脂の前記式（２）および（３）で表される背圧が１５ＭＰａ以上となり、その結果、成形後の円筒管にスジが発生するのを抑制することができた。

［実施の形態２］
図２は、本実施の形態の押出成形用金型１Ｂを示す部分断面図である。

本実施の形態の押出成形用金型１Ｂは、内型１１と外型１２とによって円筒状の樹脂流路１３が確保され、また、この樹脂流路１３は、最上流部の螺旋領域１４、最下流部の平行領域１６、および、螺旋領域１４と平行領域１６とを連通させる連通領域１５で構成されている。

なお、本実施の形態の押出成形用金型１Ｂは、上記した実施の形態１の押出成形用金型１Ａと基本的に同じ構成であるので、同一部材には同一符号を付してその説明を省略し、相違点のみを説明する。

本実施の形態の押出成形用金型１Ｂは、平行領域１６の外型内周面１２ａおよび内型外周面１１ａにおける溶融樹脂の次式（１）で表される剪断速度γ_wが３００ｓ^-1以下とされる金型設計が行われている。

＜実施例と比較例＞
上記の本実施の形態２の押出成形用金型１Ｂを用いてポリエチレン樹脂を押出成形した際の実施例および従来の押出成形用金型１Ｃを用いた比較例について表２を用いて説明する。

（実施例４〜６）
実施例４、５および６における押出成形用金型１Ｂは、図２に示すように、平行領域１６における外型１２の内径および内型１１の外径を表２に記載の通りとした。

（比較例４〜６）
これらの比較例４〜６では、実施例４〜６に比べて、平行領域１６における外型１２の内径、内型１１の外径は小さく且つこれらの間隔が狭く設定されている。

なお、全ての実施例および比較例において同じポリエチレン樹脂を用いているため、粘性係数ηは全て同じ値となっている。また、実施例４と比較例４、実施例５と比較例５、および、実施例６と比較例６は、押出量Ｑおよび成形後の円筒管の寸法がそれぞれ同じになるように設定されている。ここで、成形後の円筒管の寸法は、押出成形用金型１Ｂの吐出口１７から押し出された直後の寸法ではなく、その後に、図示しない引取装置で引き取りながら最終形状にした際の寸法である。

表２に示されるように、全ての実施例において、平行領域１６における外型１２の内径および内型１１の外径をそれぞれの比較例より大きく且つこれらの間隔を広くすることによって、平行領域１６の外型内周面１２ａおよび内型外周面１１ａにおける溶融樹脂の前記式（１）で表される剪断速度が３００ｓ^-1以下となり、その結果、吐出口１７でのカスの発生が抑制された。

［実施の形態３］
図１は、本実施の形態の押出成形用金型１Ａを示す部分断面図である。

なお、本実施の形態の押出成形用金型１Ａは、上記した実施の形態１のものと基本的に同じ構成であるので、同一部材には同一符号を付してその説明を省略し、相違点のみを説明する。

本実施の形態の押出成形用金型１Ａは、螺旋領域１４と連通領域１５との境界における溶融樹脂の次式（２）および（３）で表される背圧Ｐが１５ＭＰａ以上とされる金型設計が行われている。

＜実施例と比較例＞
上記の本実施の形態３の押出成形用金型１Ａを用いてポリエチレン樹脂を押出成形した際の実施例および従来の押出成形用金型１Ｃを用いた比較例について表３を用いて説明する。

（実施例７〜９）
実施例７、８および９における押出成形用金型１Ａの連通領域１５は、図１に示すように、内型１１の中心軸１８と平行とされた第１区間１５ａと、内型１１の中心軸１８と平行とされるとともに内型１１の外径が第１区間１５ａよりも大きくされた第２区間１５ｂと、第２区間１５ｂからテーパ状に縮径された第３区間１５ｃの３つの区間で構成した。各区間における外型１２の内径、内型１１の外径および軸方向の長さを表３に記載の通りとした。また、平行領域１６を第４区間とし、この平行領域（第４区間）１６における外型１２の内径、内型１１の外径および軸方向の長さを表３に記載の通りとした。

（比較例７〜９）
比較例７、８および９における押出成形用金型１Ｃの連通領域１５は、図３に示すように、実施例７〜９の第２区間１５ｂに相当する区間を省いた構成とした。すなわち、内型１１の中心軸１８と平行とされた第１区間１５ａと、第１区間１５ａからテーパ状に縮径された第３区間１５ｃとで構成されている。

これらの比較例７〜９では、実施例７〜９に比べて、上述したように第２区間が存在せず、また、第３区間１５ｃおよび平行領域（第４区間）１６の軸方向の長さは短く設定されている。

なお、全ての実施例および比較例において同じポリエチレン樹脂を用いているため、粘性係数ηは全て同じ値となっている。また、実施例７と比較例７、実施例８と比較例８、および、実施例９と比較例９は、押出量Ｑおよび成形後の円筒管の寸法がそれぞれ同じになるように設定されている。ここで、成形後の円筒管の寸法は、押出成形用金型１Ａの吐出口１７から押し出された直後の寸法ではなく、その後に、図示しない引取装置で引き取りながら最終形状にした際の寸法である。

表３に示されるように、比較例に対して実施例では、流路を狭くした第２区間１５ｂを設けるとともに、第３区間１５ｃと平行領域（第４区間）１６の軸方向の長さを長くすることによって、螺旋領域１４と連通領域１５との境界における溶融樹脂の前記式（２）および（３）で表される背圧が１５ＭＰａ以上となり、その結果、成形後の円筒管にスジが発生するのを抑制することができた。

本発明の実施の形態１および３の押出成形用金型を示す部分断面図である。本発明の実施の形態２の押出成形用金型を示す部分断面図である従来の押出成形用金型を示す部分断面図である。

符号の説明

１押出成形用金型
１１内型
１１ａ内型外周面
１２外型
１２ａ外型内周面
１３樹脂流路
１４螺旋領域
１４ａ螺旋溝
１５連通領域
１５ａ第１区間
１５ｂ第２区間
１５ｃ第３区間
１６平行領域（第４区間）
１７吐出口
１８内型の中心軸

Claims

押出成形用金型が、内型と外型とによって円筒状の樹脂流路が確保され、この樹脂流路の最上流部には、前記内型の外周面に刻設した螺旋溝により構成される螺旋領域が設定される一方、樹脂流路の末端となる吐出口に連なる最下流部には、前記内型の中心軸と平行な平行領域が設定されるとともに、前記螺旋領域と前記平行領域との間にはこれら２つの領域を連通させる連通領域が設定され、また、前記連通領域が内型の中心軸と平行とされた第１区間と、内型の中心軸と平行とされるとともに内型の外径が第１区間よりも大きくされた第２区間と、第２区間からテーパ状に縮径された第３区間とで構成されてなり、前記押出成形用金型における内型の基端側に接続した押出機から前記樹脂流路の最上流部に所定押出量でポリエチレン溶融樹脂を供給して、この溶融樹脂を前記樹脂流路の螺旋領域、連通領域および平行領域を順次通過させ前記吐出口から押し出すことでポリエチレン製円筒管を連続的に成形する押出成形方法であって、
前記平行領域の外型内周面および内型外周面における溶融樹脂の次式（１）で表される剪断速度γｗが３００ｓ^-1以下とされるとともに、
前記螺旋領域と前記連通領域との境界における溶融樹脂の次式（２）および（３）で表される背圧Ｐが１５ＭＰａ以上とされたことを特徴とする押出成形方法。