英語40 mm の二軸スクリュー ラインを稼働している配合業者が、同じ TPE 配合物を 75 mm の機械に移した後、同じペレットを 2 回得ることはほとんどありません。ショア A 硬度が 2 ～ 3 ポイントずれ、油がペレット表面に移動し、ストランドがコンベアに付着します。ネジの直径が本当の原因であることはほとんどありません。通常変更されるのは、トルク密度、液体供給能力、およびダイとペレタイザー間の冷却経路です。
簡単な答えは次のとおりです。まずトルク密度を修正し、次に供給アーキテクチャを修正し、次にペレット化ルートを修正します。 TPE の配合では、これら 3 つの決定が、硬質 PVC や非充填ポリプロピレンの場合よりもはるかに強く相互作用します。これは、溶融物が柔らかく、配合物には重量で 30 ～ 50 パーセントの油が含まれることが多く、ポリマーは軽く架橋されているか、まったく架橋されていないためです。
以下のセクションでは、ラインがレートを維持するかどうかを実際に決定する許容誤差、制約、および製造現場のトレードオフを考慮して、各決定を順番に検討します。
TPEコンパウンドと硬質プラスチックコンパウンドの違い
TPE は単一のポリマーではなくファミリーです。 SEBS または SEPS で構築されたスチレン系ブロック コポリマー グレード、動的加硫 TPV、熱可塑性オレフィン ブレンド、および TPU はすべて配合ラインを通過し、それぞれがバレルに異なるものを求めます。
SEBS ベースのグレードには、通常 100 ～ 200 phr のパラフィン系プロセス オイルが含まれています。このオイルは、材料に強度を与えるポリスチレンのエンドブロックを破壊することなく、ゴムのミッドブロックに押し込まれる必要があります。 TPV にはゴム相が含まれており、均一に分散するには十分な強度で剪断する必要がありますが、分解するほど強く剪断する必要はありません。 TPU は湿気に敏感であり、飼料中に残留する水分により気泡、表面欠陥、および測定可能な機械的特性の損失が発生します。
| TPEファミリー | 主な配合タスク | 給餌需要 | 一般的なペレット化ルート |
|---|---|---|---|
| SEBS / SEPS、オイルエクステンド | 硬いブロックを壊さずにオイルをゴム相に分散させます | 下流の液体注入と重量測定によるポリマー供給 | 水リング熱間切削または水中切削 |
| TPV（PP/EPDM） | 制御されたせん断と滞留時間の下での動的加硫 | 正確な治療薬とオイルの投与 | 水中ペレット化 |
| TPOブレンド | フィラーと顔料を均一に分散させる | タルクまたは炭酸カルシウム用サイドフィーダー | ストランドまたはウォーターリング |
| TPU | 湿気を制御し、熱履歴を制限する | 乾燥飼料、密閉搬送 | 水中ペレット化 |
共通しているのは、ほとんどの TPE 配合物は、硬質プラスチックの配合には含まれない少なくとも 2 つの流れ、つまり液体と低嵩密度の粉末を運ぶということです。これら 2 つの流れを制御された速度で溶融物に送り込むことが、ラインがフルシフトで安定して稼働するかどうかを決定する唯一の最大の要因です。同じロジックが反応押出プロセスにも適用され、ポリマーは単に溶融するのではなくバレル内に組み込まれます。これについては、次の研究で説明されています。 TPU反応押出ライン .
トルク密度は最初に修正すべき仕様です
比トルクは、同方向回転二軸スクリュー機械を比較するのに最も役立つ単一の数値です。これは、各シャフトのトルクを中心線距離の 3 乗で割って計算され、Nm/cm3 で表されます。従来の配合機の速度は約 9 Nm/cm3 です。高トルク設計は 11 ～ 13.5 Nm/cm3 に達し、Kunwei はその配合指向の機械は 14 Nm/cm3 に達すると述べています。
図 1: 共回転二軸スクリュー配合機で広く使用されているトルク クラス。Kunwei が配合シリーズについて述べている数値は 14 Nm/cm3 です。
トルク密度は、自由体積と使用可能なスクリュー速度に直接変換されます。 150 phr の油を吸収するには、液体がダイに溜まらずに取り込まれるのに十分な自由体積が必要です。熱に弱いエラストマーを損傷のない状態に保つには、低速 rpm で必要な混合作業を行う必要があります。より高いトルクの機械は、より少ない回転数で同じ出力が提供されるため、両方の仕事を同時に実行できるため、TPE 1 キログラムごとに発生する総せん断履歴が少なくなります。
これが理由です 高トルク二軸押出機 オプションのアップグレードではなく、TPE と TPV の複合化のデフォルトの選択肢となっています。トレードオフは機械的なものです。スプライン シャフト、ギアボックス ベアリング、ねじ要素はすべて負荷に応じて定格されている必要があるため、14 Nm/cm3 という主張は、ドライブ トレイン全体がそれに適合するように構築されている場合にのみ信頼できます。
KTS ハイパフォーマンスシリーズ 技術的パラメータ 製品を見る→ 供給アーキテクチャ: オイルインジェクション、フィラー、サイドフィーダー
定格出力に達しないほとんどの TPE ラインは、スクリューではなく上流で制限されます。給餌に関する 3 つの決定が最も重要です。
液体注入ポイント
オイルはメルトシールの下流のバレルセクションに注入され、決して供給口には注入されません。注入ラインはヒートトレースする必要があり、流量は重力ではなくギア ポンプまたは重量注入ユニットによって制御される必要があります。典型的な SEBS 配合物には 100 ～ 200 phr のパラフィン系オイルが含まれるため、ショア硬度では数パーセントの速度変動がすぐに目に見えます。
粉末と充填剤の添加
タルク、炭酸カルシウム、難燃剤、カラーパウダーはすべて嵩密度が低く、供給口内で流動する傾向があり、スクリューが消耗してサージングが発生します。入口点にわずかな負圧を加えるサイドフィーダーは、粉末がバレルに入るときに粉末を圧縮し、有効嵩密度を高め、供給速度を安定させます。
サイドフィーダー サイドフィーダーは粉体、短繊維、プレミックス原料などを強制供給するため、プロセスニーズに柔軟に対応したり、供給量を増やすことができます。で... 製品を見る→ 重量制御
ロスインウェイトフィーダーは、充填剤のバッチ間の密度ドリフトと、油含有量の変化に伴うペレットのかさ密度の緩やかな変化を自動的に補正するため、TPE ラインでは標準装備されています。定量給餌は、配合が固定されており、原材料が単一の適格な供給源から供給されている場合にのみ適切です。
溶融温度、せん断および脱揮
TPE 溶融物は柔らかく熱に弱いため、バレル プロファイルは通常、混合ピークまで上昇し、その後ダイの前で再び下降します。金型の温度が高いと、溶融物が流動化しすぎてきれいに切断できなくなります。一方、金型が過度に冷えるとヘッド圧力が上昇し、メルトフラクチャーが発生する可能性があります。
図 2: 油展 SEBS コンパウンドの設定値の例。低温供給ゾーン、ゾーン 3 付近の混合ピーク、およびダイに向かって下降するプロファイル。
TPE ラインでは通常、2 つの真空ポートが使用されます。 1 つ目は、オイル注入ゾーンの直後に設置され、軽度の揮発性物質と充填剤によって運ばれる水分を除去します。 2 つ目はダイの近くに設置され、残留水を除去します。両方のポートを同じ真空レベルで実行するのはよくある間違いです。下流ポートでは、溶融物が薄く、自由表面が小さいため、通常、より強力な真空が必要です。
ペレット化: ストランド、ウォーターリングまたは水中
ペレット化ルートによって、粉塵レベル、ペレットの形状、ラインに必要なオペレーターの注意力が決まります。
| ルート | 仕組み | ベストフィット | 気をつけてください |
|---|---|---|---|
| 空冷コンベア付きストランド | 溶融物はダイから出て、長いコンベヤー上で冷却され、ストランドペレタイザーによって切断されます。 | 低から中程度の生産量、溶融品質の簡単な目視検査 | オイルリッチなグレードはベルトに付着します。粉塵レベルが高い |
| 水リングホットフェイス切削 | ペレットはダイフェイスで切断され、回転する水リングに投入されます。 | 中程度の生産量、丸いペレット、中程度の設備投資 | ダイフェイスの温度制御は厳密でなければなりません |
| 水中ペレット化 | 切断は水で満たされたチャンバー内でダイプレートに直接行われます。 | 高出力、密閉システム、低発塵、ソフトメルトに適しています | 設備投資の増加。水処理とスクリーン交換が必要 |
油分を多く含む SEBS グレードの場合、ペレットは切断された瞬間に急冷され、油が移動する前に形状が固定されるため、通常はウォーターリングおよび水中切断が推奨されます。ストランドペレット化は、試験作業や少量生産において依然として利用されており、ストランドを確認できる機能は追加の生産量よりも価値があります。
水中ペレット化 水中ダイ表面ホットカットとは、材料が水中で粒子に切断され、水の流れに従って直接パイプラインに流れ込み、冷却および成形されることを意味します。 製品を見る→ 完全な TPE 配合ラインがどのように適合するか
TPE ラインは固定された順序で実行され、各ステージが次のステージを制約します。フィーダーは比率を設定し、サイドフィーダーは充填率を設定し、エクストルーダーは混合作業を設定し、ペレタイザーは最終的な粒子形状を設定します。
図 3: 二軸押出機を介した重量供給からペレタイザーまでの TPE 配合トレインの概略構成。
ネジ径の選択は、その逆ではなく、必要な出力に従います。およそ 8 mm ～ 177 mm の機械範囲は、1 時間あたり数キログラムの実験室での試験から完全な工業生産まですべてをカバーします。小型機械での試験は、生産装置と同じ比トルクと同じ滞留時間で実行する必要があります。そうでない場合、スケールアップは維持できません。
TPE配合に関するよくある質問
これは、SEBS、SEPS、TPV、または TPU などの熱可塑性エラストマー ベースとプロセス オイル、充填剤、酸化防止剤、および着色剤を溶融ブレンドした後、射出成形または押出成形できる自由流動性の顆粒にペレット化するものです。
分配混合用の混練ブロック、短い分散セクション、およびオイル注入ポートの前に配置されたメルトシールを備えた高自由容積スクリュー。柔らかい TPE 溶融物は、通常、激しいせん断要素によって品質が低下します。
油は金型の前に完全に吸収されていませんでした。射出ポイントが適切なメルトシールの後ろにあること、下流の真空ポートが機能していること、および切断前にストランドまたはダイの表面がスキンオーバーになるようなダイの温度であることを確認してください。
TPE 配合では、ゴム相は未架橋のままであり、油によって単純に軟化します。 TPV の製造では、ゴム相は押出機内で架橋されますが、プラスチック相は熱可塑性のままであるため、より厳密な硬化剤の投与と滞留時間の制御が必要になります。
生産ラインでは通常、重量で完成コンパウンドの約半分に相当する、SEBS グレードのパラフィン系オイルを 100 ～ 200 phr 使用します。さらに、制限要因となるのは通常、射出システムではなく、溶融物の冷却能力です。
多くの場合、そうですが、見直しが必要です。重要な点は、スクリューのない容積、下流の注入ポートと真空ポートの利用可能性、ギアボックスのトルク定格、およびペレタイザーが柔らかく、わずかに粘着性のある溶融物を処理できるかどうかです。
