押出機混練
〜混練技術の基礎から応用、トラブル要因解析とその対策〜
混練に必要な樹脂の基礎知識、各種混練機紹介、単軸押出機の基礎技術と生産上のトラブル解析、二軸押出機の本体設備と付帯設備、二軸押出機の混練要素解説、スケールアップ時に発生する課題、生産時におけるトラブルの要因とその対策、粉体原料の搬送技術、3次元流動解析によるスクリュエレメントの混練性能解析など、多数の実用的解説を収録！
■概要■
現在、プラスチック（以下、樹脂）は、日用雑貨、工業用品、電子機器・OA機器や自動車の様々な分野で使われている。顧客の要求に応じた高性能・高機能な樹脂を製造するため、押出工程にて、樹脂に各種の強化材、充填剤、難燃剤、安定剤、可塑剤、着色剤等を添加し、溶融混練してペレットにする。このペレットは射出成形機を使って部品を成形し、この部品を組み立て工場にて組み立て最終製品になる。
近年、樹脂の高性能化、高機能化の要望と押出機の高性能化とあいまって、コンパウンディングの混練技術は、さらに高度化・複雑化する傾向にある。しかし、押出機に関する混練技術、本体設備、付帯設備、各工程別トラブルの原因と対策等の技術は、書籍、押出機メーカーの技術書、論文、セミナー資料や特許の公知文献に数多くあるが、これらの技術はまとめられていないのが実情である。
本書が押出機を扱う生産現場や樹脂組成物開発に従事する人たちが実務で使える「実用書」となるよう、筆者がポリマーアロイ開発、押出機シミュレーションソフト開発、混練技術開発、押出機の基礎設計、押出機の導入・立ち上げと生産技術支援等に関わってきた実務経験と前述の公知文献を基にされた解説を、本書に多数収録いたしました。
解説はやさしく丁寧であり、自身の知識・知見を惜しみなく読者に教示し、業界へ還元したいという著者の熱い思いが随所に見られます。実務で困ったとき、理解を深めたいとき、幾度となく本書を開いていただきたいという著者の思いを第一に、次の一歩を踏み出すための力が得られる１冊でありたいと願って編集に携わりました。読者の皆様にも、実際にそう感じていただければ幸いです。
■著者■
大田 佳生 氏 （樹脂コンパウンドコンサルタント）※元・旭化成(株)
【専門】
押出機を使った樹脂コンパウンド技術、押出機のシミュレーション、樹脂組成物開発
【経歴】
1981年 東京理科大学修士修了、同年 旭化成(株)入社。
モノマー工場では、反応器の改造・蒸留塔新設工事に従事し、その後、ポリマーアロイ開発、シミュレーションソフト開発、混練技術開発、押出機の設計・設置・立ち上げ・製造のトラブル支援に従事した。
在籍中、押出機スクリュデザイン（スクリュ構成）、ベントインサート、メヤニ除去装置等の開発と特許出願を行う。
2019年 旭化成(株)を退社後、コンサルタントとして現在に至る。
専門書共著7件、学会誌・業界誌投稿7件、特許出願56件
＜1＞樹脂の基礎知識
1．熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の特徴
2．熱可塑性樹脂の複合化技術
3．結晶性樹脂と非晶性樹脂の特徴の違い
4．結晶性樹脂の結晶化温度（Tc）
5．コポリマーの構造の特徴とガラス転移温度の関係
6．樹脂の加工温度（Tp）
7．樹脂の熱分解温度（Td）
8．樹脂の溶融粘度（分子量）がコンパウンディングに与える影響
＜2＞混練機の概要
1．混練機の種類
2．連続式とバッチ式コンパウンディング工程例
3．バッチ式混練機
・加圧・密閉型バッチミキサー
4．連続式混練機
・単軸押出機
・BUSSニーダー
・1.5軸押出機
・8軸スクリュ付き単軸押出機（MRS）
・遊星ギア押出機
・二軸押出機の種類
・斜軸二軸押出機（コニカルスクリュ）
・リング軸式12軸押出機
・平行軸式8軸押出機
5．各種押出機の特徴まとめ
＜3＞単軸押出機の基礎
1．単軸押出機レイアウト
2．単軸押出機のスクリュ構成と圧縮比計算
3．単軸押出機の分配混合スクリュと分散混合スクリュの相違
4．単軸押出機混練スクリュの種類
5．単軸押出機のせん断速度溝深さによる影響
6．単軸押出機のスクリュピッチ長さの影響
7．単軸押出機のスクリュ条数
8．ブレークアップ現象
9．バリアフライトスクリュによるブレークアップ現象の対策
10．フライト根本の形状
11．変形シリンダーを用いた混練性向上
12．スクリュ軸を前後に移動し、混練性を調整
13．単軸押出機の酸素濃度低減技術
14．単軸押出機のスケールアップ
・理論的なスケールアップ
・スケールアップの計算結果
15．単軸押出機のトラブル対策
・樹脂の劣化物対策
・未溶融物対策
・異物混入対策
＜4＞二軸押出機本体設備
1．二軸押出機の概要
2．二軸押出機の開発の歴史
3．二軸押出機本体の設備
・モーター特性
・ギアボックス
・スクリュエレメント
・バレル
・バレルヒーター
・バレル保温カバー
・バレル冷却
・サイドフィードバレルとサイドフィーダー
・ベントインサート
・ベントポート
・デミスター、コンデンサー、真空ポンプ
・ダイ部
＜5＞押出機の周辺設備
1．供給装置
・供給機の種類
・供給機の粉体ブロッキング防止技術
・多種原料の供給方法
・混合装置
2．ストランド冷却装置
3．ペレタイザー
・ドラム式ストランドペレタイザー
・ファン式ペレタイザー（ファンカッター）
・アンダーウォーターストランドペレタイザー
・ウォーターリングペレタイザー
・ミスト吹き付け方式ホットカットペレタイザー
・アンダーウォーターカットペレタイザー
4．ペレットクーラー
・横型振動式ペレットクーラー
・流動床式ペレットクーラー
・スパイラルクーラー
5．分級機
・振動篩
・回転式分級機
6．外潤剤ブレンダー
7．空気輸送装置（ニューマ）
8．製品タンク
＜6＞二軸スクリュの混練技術
1．押出機運転シミュレーション
2．スクリュポンプの式
3．充満率、滞留時間
・搬送スクリュの充満率の計算
・充満率の計算値と実測値の比較
・滞留時間測定
4．樹脂圧力
・各種スクリュエレメントの無次元圧力勾配値
・流動解析値と実測値の比較
5．樹脂温度
・押出機内樹脂温度の計算
・樹脂温度の計算値と実測値の比較
6．分配混合・分散混合
・分配混合・分散混合の考え方
・二軸スクリュのフライトチップ周辺の混練
・スクリュエレメントの溝深さ方向せん断速度分布解析
・二軸押出機スクリュエレメントの分配混合と分散混合の比較
・ニーディングディスクの角度による発熱量と
溝深さ方向のせん断速度分布の比較
・スクリュエレメント長さが分配混合・分散混合に与える影響
7．スケールアップ時のトラブル原因とその対策
・二軸押出機のスケールアップの考え方及び計算方法
・スケールアップ時のトラブル事例の原因とその対策
＜7＞スクリュ構成の組み方の基礎と応用
1．スクリュ構成の基本
・押出機全体のスクリュ構成の基本
・混練部のスクリュ構成における圧力分布の考え方
・スクリュ構成例
・スクリュ構成例の圧力分布と充満率分布
・樹脂に応じたスクリュ構成の基本
・樹脂シール上流部のスクリュの選定
2．スクリュ構成の応用
・ペレット/ガラス繊維コンパウンドのスクリュ構成
・ペレット/粉体フィラー/ガラス繊維のスクリュ構成
・スクリュ構成による液状添加技術
・溶融粘度の異なる樹脂同士の溶融混練
・溶融粘度比が大きいペレット同士のスクリュ構成による分散性への影響
・溶剤を含む樹脂の脱気用バレル構成
・超臨界（炭酸ガス）のスクリュ構成
3．樹脂組成物の製造例
・PA/エラストマーアロイ製法例
・PA/PPEの製法例
・PP/EPDMの動架橋の製法
・無水マレイン酸グラフト反応用押出機
・木粉のコンパウンド用押出機
＜8＞各工程別トラブルの原因とその対策
1．ベントアップ
・ベントアップ発生箇所及び原因とその対策
・ベントアップの検知技術
・ベントアップ防止装置（ベントインサートの使い分け）
・ベントインサートに加熱、冷却、表面処理をしてベントアップを防止する技術
・ベントアップ防止装置（インサート形状交換以外）
・ダイ圧上昇によるベントアップ
2．メヤニ
・メヤニの種類
・メヤニ発生防止技術
・メヤニ除去技術
3．ストランド切れ
・ストランド切れが起こる原因の位置
4．ペレットトラブル
・ペレットトラブルの位置
5．炭化物トラブル
6．異物トラブル
7．重量式供給機において起こるトラブル
＜9＞二軸押出機における粉体原料の搬送技術
1．粉体
2．貯蔵タンク及び移動ホッパーや供給機での粉体トラブルと対策
3．貯蔵タンクにおける粉体トラブルと対策
4．供給機ホッパーの形状によるブロッキングの発生のしやすさ
5．粉体のブロッキング防止用供給機
6．供給機における粉体のフラッシング現象
7．貯蔵タンクの仕切弁の使い方
8．重量式供給機の原料供給時の遅延タイム
9．押出機供給ホッパー内壁における粉体付着防止
10．二軸押出機のガス抜き技術
・微粉体の高搬送スクリュ構成技術
・各種搬送スクリュエレメントの微粉体の搬送能力
・粉体樹脂用スクリュ構成の圧力分布と充満率分布
・各種ニーディングディスクの粉体の搬送能力
・固体搬送部のガス抜き技術
・粉体原料をサイドから供給のガス抜き技術
・サイドフィードバレルのガス抜き形状（粉体の飛散防止）
・サイドフィーダーにおける各種ガス抜き技術
・サイドフィーダーによる嵩密度が低いリサイクル原料の供給技術
11．ペレット/微粉フィラーのスクリュ構成
・ペレット/微粉フィラーのスクリュ構成（全量トップ供給）
・粉体フィラーの供給技術（ペレット/フィラーの混合物）
・粉体フィラーのサイドから供給する方法
＜10＞完全かみ合い型二軸押出機のスクリュ形状計算
1．計算条件
2．2条スクリュの溝深さの計算
・溝深さH（θ）の計算
・空間体積の計算
・搬送能力、せん断速度の計算
3．計算結果
・1、2、3、4条スクリュの計算結果
・2条スクリュのかみ合い比（1.45、1.55、1.65、1.75）の計算結果
・2条バレルに3、4条スクリュを設置した場合の計算結果
・スクリュ形状計算ソフトの計算例
＜11＞二軸スクリュエレメントの3次元流動解析
1．計算条件
2．ZSK40 スクリュエレメントの
無次元圧力勾配値の計算値と実測値との比較
3．非ニュートニアン流体との比較
4．各種スクリュエレメントの圧力勾配、発熱量勾配の比較
・各種スクリュエレメントの無次元圧力勾配の比較
・各種スクリュエレメントの無次元発熱量勾配の比較
・各種スクリュエレメントの溝深さ方向せん断速度分布の比較
5．スクリュエレメントの形状が圧力勾配と発熱量勾配に与える影響
・スクリュリード長さが圧力勾配と発熱量勾配に与える影響
・ニーディングディスクの長さが圧力勾配と発熱量勾配に与える影響
・ニーディングディスクの羽根角度が圧力特性と発熱量特性に与える影響
・2条ロータのリード長さが圧力特性と発熱量特性に与える影響
・幅広ニーディングディスクの羽根幅が圧力特性と発熱に与える影響
・3条ロータが圧力特性と発熱量特性に与える影響
・3条KDが圧力特性と発熱量特性に与える影響
・切り欠きスクリュが圧力特性と発熱量特性に与える影響
・2条切り欠きスクリュが圧力特性と発熱量特性に与える影響
6．スクリュかみ合い比（Do/Di）が圧力特性と発熱量特性に与える影響
