ポリマー単軸押出機の全体機能

この章で説明されている物理的説明を理解するだけでも、多くの読者にとって十分有益であり、プロセスや製品の改善に役立つ可能性があります。ポリマー押出機は、固体ポリマーを溶融し、溶融ポリマーをさまざまな成形または成形プロセスに送り出すために使用されます。スクリューは押出機の唯一の作動コンポーネントです。他のすべてのコンポーネント (モーター、ギアボックス、ホッパー、バレル、ダイスなど) は、スクリューが適切に機能するために必要なサポートを提供するだけです。押出機の全体的な機能を以下に示します。

供給ポリマーをホッパーからスクリューチャネルに移送する供給機能はスクリューの外側で発生し、基本的にスクリューの設計には依存しません。スクリューは、(1) 固体搬送機能、(2) 溶解機能、および (3) 計量機能またはポンプ機能の 3 つの基本機能を実行します。3 つのネジの機能はネジの長さのほとんどにわたって同時に発生し、相互に強く依存します。第 1 章に示される、送りセクションなどのスクリューセクションの幾何学的名称。図 1.3 は、必ずしもネジ部の機能のみを示しているわけではありません。例えば、供給セクションは固体の搬送機能だけでなく、溶解機能や計量機能も果たします。スクリューは、分配混合、分散混合、せん断精製または均質化などの他の二次的な機能も実行します。第 2 章で説明されているように、分配混合はさまざまな成分の空間的再配置を指し、分散混合は成分サイズの縮小を指します。セクション2.6.4。せん断リファイニングとは、せん断によるポリマー分子の均質化を指します。単軸押出機は、逆混合機能や積極的な搬送機能を持たない連続容積ポンプです。最初にネジに入ったものは、最初にネジから出ます。固体または溶融したポリマーは、回転スクリューと固定バレルによってポリマーに加えられる力によってスクリュー チャネルを下方に移動します。ポリマーをスクリューチャネルに沿ってダイに向かって積極的に搬送する機構はありません。回転するスクリューがポリマーを掴み、ポリマーも一緒に回転させようとします。バレルが押出機から取り外されているか、ポリマーの動きに抵抗がないように完全に潤滑されていると仮定します。その後、ポリマーはスクリューとともに同じ速度で回転するだけで、スクリューからは何も出てきません。固定バレルは回転するポリマーに破壊力を与え、ポリマーをスクリュー表面でわずかに滑りさせます。ポリマーはスクリューがバレル表面をこすりながら回転しますが、滑りがあるため、スクリューよりもわずかに遅い速度になります。スクリュー溝に沿ったスクリュー表面上のポリマーの滑りにより、出力速度が生じます。潤滑されたスクリュー表面は出力速度を増加させますが、潤滑されたバレル表面は有害な出力速度を低下させます。市販のネジが高度に研磨されている理由、および供給セクションの溝付きバレルが好まれる理由が明確に理解できます。多くの商業慣行は理論的分析に基づくのではなく経験的に開発されましたが、それらは確かに根底にある理論的概念と一致しています。単軸スクリュー押出機内部のメカニズムは、「スクリュー凍結実験」から得られたスクリューチャネルに沿ったポリマー断面を調べることによって研究されます。Maddock によって開拓されたスクリュー凍結実験 [1] では、定常状態の動作を達成するためにスクリューを動かします。次に、スクリューを停止し、バレル (可能であればスクリューも) に水冷を加えて、スクリュー チャネル内のポリマーを凍結させます。バレルを再度加熱してポリマーを溶かし、バレル表面でポリマーが溶け始めるとスクリューがバレルから押し出されます。次に、固化したポリマーストリップをスクリューチャネルから取り外し、多くの場所で切断してスクリューチャネルに沿った断面を検査します。溶融メカニズムと流動パターンを視覚化するために、いくつかの色付きペレットが飼料に混合されています。着色ペレットは、スクリューが停止する前に固体層内で固体のままであれば形状を維持しますが、スクリューが停止する前に溶融していた場合は溶融プール内で剪断されて縞模様になります。