JP7544650B2 - Double-screw extrusion kneading device and double-screw extrusion kneading method - Google Patents
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Description
本発明は、複軸押出混練装置および複軸押出混練方法に関する。 The present invention relates to a double-screw extrusion kneading device and a double-screw extrusion kneading method.
近年、プラスチックのシートまたはフィルム等に対して、フィラーまたは顔料等を練り込む装置として少なくとも2本のスクリューを備えた複軸押出混練機が多く用いられている。 In recent years, double-screw extruder kneaders equipped with at least two screws have come into widespread use as devices for kneading fillers or pigments into plastic sheets or films.
複軸押出混練機は、少なくとも螺旋状の溝を持つ複数のスクリューと、バレルと言われるスクリューが収まるシリンダ部とスクリューとを回転させる機構を有する。そして、複軸押出混練機は、バレル部を加熱しプラスチックを可塑化して押出しを行ったり、樹脂にフィラーまたは顔料の複合化を行ったりする工程で広く用いられている。 A double-screw extrusion kneader has at least several screws with helical grooves, a cylinder portion called a barrel in which the screws are housed, and a mechanism for rotating the screws. Double-screw extrusion kneaders are widely used in processes such as heating the barrel portion to plasticize plastic and extrude it, and compounding resin with fillers or pigments.
複軸押出混練機は、壁内部に冷却ジャケット(冷却水通路)を有するバレルと、このバレルのスクリュー収納部内に同方向もしくは異方向に回転可能な様に構成され、配設されたスクリューとを備え、スクリューを回転させることで樹脂などの材料を搬送しながら混合および/または混練し、押し出すようにしたものである。この複軸押出混練機の運転の際には、冷却水供給装置により、バレルの冷却ジャケットに冷却水を流すことにより、混練物温度を下げたり、バレル温度を下げたりするようにしている。 A double-screw extrusion kneader is equipped with a barrel with a cooling jacket (cooling water passage) inside the wall, and screws arranged in the screw housing of the barrel so that they can rotate in the same or opposite directions. By rotating the screws, materials such as resin are transported, mixed and/or kneaded, and extruded. When this double-screw extrusion kneader is in operation, a cooling water supply device is used to flow cooling water into the cooling jacket of the barrel to lower the temperature of the kneaded material and the barrel temperature.
複軸押出混練機の冷却水供給装置は、所定の一定量の冷却水を貯える冷却水タンク(リザーブタンクと称することもある)、冷却水タンクから冷却水を送給するための循環ポンプ、冷却水の温度を所定温度に下げるための熱交換器(クーラ)などを備え、冷却水タンクからの冷却水を、循環ポンプ、クーラなどを経てバレルの冷却ジャケットに供給し、該冷却ジャケットを経て冷却水タンクに戻すように循環させたりしている。 The cooling water supply device of a double-screw extruder kneader includes a cooling water tank (sometimes called a reserve tank) that stores a fixed amount of cooling water, a circulation pump for supplying cooling water from the cooling water tank, and a heat exchanger (cooler) for lowering the temperature of the cooling water to a specified temperature. The cooling water from the cooling water tank is supplied to the cooling jacket of the barrel via the circulation pump and cooler, and is circulated so that it returns to the cooling water tank via the cooling jacket.
特許文献1(特開平3-81129号公報)には、一対のブロックヒータのどちらか一方の昇温が早くなり、一対のブロックヒータの間に温度差があっても安定した、冷却水の供給を可能とした冷却器付きヒータ装置について開示されている。 Patent Document 1 (JP Patent Publication 3-81129) discloses a heater device with a cooler in which one of a pair of block heaters heats up more quickly, enabling a stable supply of cooling water even if there is a temperature difference between the pair of block heaters.
特許文献1記載の冷却器付きヒータ装置は、押出機のバレルを所定の温度に制御する冷却器付きヒータ装置において、バレルを挟んでバレルを包囲するように固定された半円形の一対のヒータブロックと、ヒータブロック内に複数の逆U字形のパイプを並設した冷却器と、同じくヒータブロック内にあってU字形のシーズ線を並設したヒータと、冷却水供給装置からの配管を分岐し一対のヒータブロックの冷却器の両給水側との間に接続した固定絞り弁とによって構成したものである。 The heater and cooler device described in Patent Document 1 is a heater and cooler device that controls the barrel of an extruder to a predetermined temperature, and is composed of a pair of semicircular heater blocks fixed to surround the barrel on either side, a cooler with multiple inverted U-shaped pipes arranged side by side within the heater blocks, a heater also located within the heater block with U-shaped sheathed wires arranged side by side, and a fixed throttle valve that branches off from the piping from the cooling water supply device and is connected between both water supply sides of the cooler of the pair of heater blocks.
特許文献2(特開2010-036557号公報)には、混練押出機のバレルの冷却ジャケットに供給される冷却水の溶存酸素量を低減させて、冷却ジャケット内周面の腐食を防止する混練押出機の冷却水供給方法について開示されている。 Patent Document 2 (JP Patent Publication No. 2010-036557) discloses a method for supplying cooling water to a kneading extruder, which reduces the amount of dissolved oxygen in the cooling water supplied to the cooling jacket of the barrel of the kneading extruder, thereby preventing corrosion of the inner surface of the cooling jacket.
特許文献2記載の混練押出機の冷却水供給方法は、冷却水タンクからの冷却水を混練押
出機のバレルの冷却ジャケットに供給し、かつ、該冷却ジャケットを経て当該冷却水タン
クに戻すように循環させ、その際、溶存酸素量が低減された冷却水を当該冷却ジャケット
に供給する混練押出機の冷却水供給方法であって、内部を大気と遮断する閉鎖容器として構成されている冷却水タンクに不活性ガスを供給すること、前記冷却水タンク内の冷却水に前記不活性ガスを接触させ、該冷却水中の溶存酸素を該不活性ガスに移行させることにより、前記冷却水タンク内の冷却水中の溶存酸素量を低減すること、前記冷却水タンクに設けられ、絞り部が設けられたガス放出管路で、前記冷却水中から分離された酸素を含む不活性ガスを前記冷却水タンク内の水面上の空間からタンク外部に放出し、かつ、前記絞り部によってタンク外部から大気が侵入することを防ぐこと、を含むものである。
The cooling water supply method for a kneading extruder described in Patent Document 2 is a method for supplying cooling water from a cooling water tank to a cooling jacket of a barrel of the kneading extruder, and circulating the cooling water from the cooling jacket to the cooling water tank, and at the same time, supplying the cooling water with a reduced amount of dissolved oxygen to the cooling jacket. The method includes : supplying an inert gas to the cooling water tank configured as a closed container that isolates the inside from the atmosphere ; bringing the inert gas into contact with the cooling water in the cooling water tank and transferring the dissolved oxygen in the cooling water to the inert gas, thereby reducing the amount of dissolved oxygen in the cooling water in the cooling water tank; releasing the oxygen-containing inert gas separated from the cooling water from a space above the water surface in the cooling water tank to the outside of the tank through a gas release pipe that is provided in the cooling water tank and has a throttle section, and preventing the intrusion of air from the outside of the tank by the throttle section.
特許文献3(特開平10-337768号公報)には、プラスチック溶融シリンダにおいて、ジャケット等のクラックの発生をともなわず、設備コスト又は運用コストを低廉にする冷却系の実現を目指すプラスチック溶融シリンダの冷却方法について開示されている。 Patent document 3 (JP Patent Publication 10-337768 A) discloses a method for cooling a plastic melting cylinder that aims to realize a cooling system that does not cause cracks in the jacket or the like and reduces equipment and operating costs.
特許文献3記載のプラスチック溶融シリンダの冷却方法は、プラスチック溶融シリンダの冷却媒体として霧状化した水又は油と空気との混合物をプラスチック溶融シリンダの媒体経路に流通し、該プラスチック溶融シリンダを冷却するものである。 The method for cooling a plastic melting cylinder described in Patent Document 3 involves circulating a mixture of atomized water or oil and air as a cooling medium for the plastic melting cylinder through the medium path of the plastic melting cylinder to cool the plastic melting cylinder.
特許文献1記載の技術においては、Y型ストレーナが記載されている。一般的なY型ストレーナは、ステンレスメッシュを用いて、0.1mm以上数mm以下のような大きな異物を取り除くものである。そのため、流路が閉塞した場合には、部材を交換する必要があった。
また、例え0.1mm程度の錆び粒子であっても電磁弁に挟まった場合、完全に弁を閉止することが出来ず、循環冷却水がバレルへ流れ込み、水の大きな潜熱による冷却効果によりバレルの温度が低下する問題がある。
この場合、バレル温度の低下を補う様にバレル温度制御が働き、バレルに付属しているヒータ装置が100%の出力で加熱したとしても温度低下を抑えることは出来ないか、または非常に大きな温度変動を伴い、いずれにしても、実質的に樹脂加工が不安定な状態になる。
The technology described in Patent Document 1 describes a Y-type strainer. A typical Y-type strainer uses a stainless steel mesh to remove large foreign matter of 0.1 mm or more and several mm or less. Therefore, when the flow path is clogged, it is necessary to replace the member.
Furthermore, if even a rust particle of about 0.1 mm gets caught in the solenoid valve, the valve cannot be closed completely, causing the circulating cooling water to flow into the barrel, which in turn causes a cooling effect due to the large latent heat of the water, lowering the temperature of the barrel.
In this case, barrel temperature control works to compensate for the drop in barrel temperature, and even if the heater device attached to the barrel heats at 100% output, the temperature drop cannot be suppressed, or very large temperature fluctuations will occur, and in either case, the resin processing will essentially become unstable.
また、特許文献2記載の技術は、通常の工業用水に不活性ガスをバブリングすることで溶存酸素を少なくした冷却水を用いるものである。バレルブロック中で気化しても酸化による錆びの発生を抑制できると記載しているが、通常の工業用水には鉄分を含む色々な金属塩等が溶け込んでおり、錆び発生に対しても効果としては不十分なものであり、結果として、実質的に樹脂加工が不安定な状態になる。 The technology described in Patent Document 2 uses cooling water with reduced dissolved oxygen by bubbling an inert gas into normal industrial water. It is described as being able to suppress the occurrence of rust caused by oxidation even if the water evaporates in the barrel block, but normal industrial water contains various metal salts, including iron, and is therefore insufficient in preventing rust, resulting in an unstable state of resin processing.
さらに、特許文献3記載の技術は、冷却媒体として霧状にした水または油を使用すること、さらに水であれば純水またはイオン交換水が好ましいと主張している。しかしながら、水を霧状にした場合、容積当たりの潜熱は非常に小さいものとなり冷却効果が小さいという問題がある。さらに油を霧状にして用いた場合には潜熱が無い、もしくは潜熱が小さいものにしか期待できず、かつ場合によってはバレルの熱により油分が劣化し、タール状となり管路の閉塞を生じる問題が残る。 Furthermore, the technology described in Patent Document 3 claims to use mist water or oil as the cooling medium, and further claims that if water is used, pure water or ion-exchanged water is preferable. However, when water is mistified, the latent heat per volume is very small, resulting in a small cooling effect. Furthermore, when mist oil is used, no latent heat or only a small latent heat can be expected, and in some cases the oil can deteriorate due to the heat of the barrel, turning into a tar-like substance and causing blockages in the pipes.
本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、フィルタを交換するのみで、安定して5年、10年レベルでの長期機械運転および安定した被混練物を形成することができる複軸押出混練装置および複軸押出混練方法を提供することである。
本発明の他の目的は、錆びの発生を防止し、電磁弁の不動または固着を防止し、配管内における閉塞を抑止し、フィルタを交換するのみで、安定して5年、10年レベルでの長期機械運転および安定した被混練物を形成することができる複軸押出混練装置および複軸押出混練方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a twin-screw extrusion kneading apparatus and a twin-screw extrusion kneading method which solve the above-mentioned problems, and which allows stable long-term machine operation for 5 to 10 years and stable production of a material to be kneaded simply by replacing the filter.
Another object of the present invention is to provide a twin-screw extrusion kneading apparatus and a twin-screw extrusion kneading method which prevent the occurrence of rust, prevent immobilization or sticking of solenoid valves, suppress blockages in piping, and enable stable long-term machine operation for five or ten years and stable formation of a material to be kneaded simply by replacing filters.
(1)
一局面に従う複軸押出混練装置は、被混練物を混練する複軸押出混練部と、複軸押出混練部のバレル温度をバレル冷却水循環装置および/または加熱装置により調整するバレル温度制御部と、を含み、複軸押出混練部は、複数のバレルブロック部により被混練物の上流側から下流側への経路が形成され、バレル温度制御部は、複数のバレルブロック部のうち1または複数に対して加熱および冷却を制御し、バレル冷却水循環装置は、複数のバレルブロック毎に形成された配管から、熱交換器、リザーブタンク、循環ポンプ、フィルタおよび電磁弁の第1経路と、循環ポンプ、水流調節弁およびリザーブタンクの第2経路と、を含むものである。
(1)
A double-screw extrusion kneading apparatus according to one aspect includes a double-screw extrusion kneading section that kneads the material to be kneaded, and a barrel temperature control section that adjusts the barrel temperature of the double-screw extrusion kneading section by a barrel cooling water circulation device and/or a heating device, in which the double-screw extrusion kneading section has a path from the upstream side to the downstream side of the material to be kneaded formed by a plurality of barrel block sections, and the barrel temperature control section controls heating and cooling for one or more of the plurality of barrel block sections, and the barrel cooling water circulation device includes a first path from the piping formed for each of the plurality of barrel blocks to a heat exchanger, a reserve tank, a circulation pump, a filter, and a solenoid valve, and a second path from the circulation pump, a water flow regulating valve, and a reserve tank.
この場合、複軸押出混練部におけるバレルブロックが、複数のバレルブロック部で形成されているため、被混練物の上流側から下流側まで、適切なバレル温度に調整することができる。また、電磁弁の弁体に付着する可能性のある異物をフィルタにより除去することができる。さらに、循環ポンプから吐出された循環水の一部を第2経路である水流調節弁を経由してリザーブタンクへバイパスさせることにより循環ポンプの負荷を下げることが可能となる。
また、循環ポンプの下流側にフィルタを配置することで、フィルタによる圧力損失の影響を低減することができる。その結果、複軸押出混練装置は、フィルタを交換するのみで、安定して5年、10年レベルでの長期機械運転および安定した被混練物を形成することができる。
In this case, since the barrel block in the double-screw extrusion kneading section is formed of multiple barrel block parts, the barrel temperature can be adjusted appropriately from the upstream side to the downstream side of the material to be kneaded. In addition, foreign matter that may adhere to the valve body of the solenoid valve can be removed by a filter. Furthermore, it is possible to reduce the load on the circulation pump by bypassing a part of the circulating water discharged from the circulation pump to the reserve tank via the water flow control valve, which is the second path.
In addition, by disposing a filter downstream of the circulation pump, the effect of pressure loss due to the filter can be reduced. As a result, the double-screw extrusion kneading apparatus can stably operate for a long period of time (5 to 10 years) and produce a stable material to be kneaded by simply replacing the filter.
(2)
第2の発明にかかる複軸押出混練装置は、一局面に従う複軸押出混練装置において複軸押出混練部のスクリューは、1または複数のニーディング部を有するセグメント構成からなってもよい。
(2)
In the twin-screw extrusion kneading apparatus according to a second aspect of the present invention, the screws of the twin-screw extrusion kneading section may have a segment configuration having one or a plurality of kneading sections.
この場合、複軸押出混練装置は、1または複数のニーディング部を有するので、1または複数のニーディング部近傍において、被混練物に強い剪断力が加わることにより発熱が生じやすい。しかしながら、本発明における複軸押出混練装置は、複数のバレルブロック部を有するので、個々に温度調整を行うことができるため、当該発熱する1または複数のニ―ディング部に対応するバレルブロック部を冷却することができる。 In this case, since the double-screw extrusion kneading apparatus has one or more kneading sections, heat is likely to be generated in the vicinity of one or more kneading sections due to the application of strong shear force to the material to be kneaded. However, since the double-screw extrusion kneading apparatus of the present invention has multiple barrel block sections, the temperature can be adjusted individually, and the barrel block section corresponding to the one or more kneading sections that generate heat can be cooled.
(3)
第3の発明にかかる複軸押出混練装置は、一局面および第2の発明にかかる複軸押出混練装置において、ニーディング部におけるバレルブロックが、複数のバレルブロック部のうち一部に相当し、ニーディング部以外のバレルブロックが、複数のバレルブロックの他の部分に相当してもよい。
(3)
The double-screw extrusion kneading apparatus according to the third invention may be such that, in the double-screw extrusion kneading apparatus according to one aspect and the second invention, the barrel block in the kneading section corresponds to a part of the multiple barrel block parts, and the barrel block other than the kneading section corresponds to another part of the multiple barrel blocks.
この場合、ニーディング部近傍において、被混練物に強い剪断力が加わることにより発熱が生じやすい部分の複数のバレルブロック部の一部のみの温度調整を行ない、複数のバレルブロック部の他の部分について制御を行わないことができるので、温度制御を最低限に抑制することができる。 In this case, temperature control is performed only on a portion of the multiple barrel block sections near the kneading section where heat is likely to be generated due to the application of strong shear forces to the material being kneaded, and no control is performed on the other portions of the multiple barrel block sections, so temperature control can be kept to a minimum.
(4)
第4の発明にかかる複軸押出混練装置は、一局面から第3の発明にかかる複軸押出混練装置において、バレル冷却水循環装置のフィルタは、50μm以下の濾過精度であってもよい。
(4)
A twin-screw extrusion kneader according to a fourth aspect of the present invention is the twin-screw extrusion kneader according to any one of the aspects to the third aspect of the present invention, wherein a filter of the barrel cooling water circulator may have a filtration accuracy of 50 μm or less.
この場合、電磁弁の弁体に付着する異物をフィルタにより除去することができるため、複軸押出混練装置の連続運転を安定して行うことができる。 In this case, foreign matter adhering to the valve body of the solenoid valve can be removed by a filter, allowing for stable continuous operation of the double-screw extrusion kneading device.
(5)
第5の発明にかかる複軸押出混練装置は、一局面から第4の発明にかかる複軸押出混練装置において、バレル冷却水循環装置において、初期または交換の場合に供給される冷却水は、5μS/cm以下の脱イオン水が用いられてもよい。
(5)
The twin-screw extrusion kneader according to the fifth invention is the twin-screw extrusion kneader according to one aspect to the fourth invention, wherein in the barrel cooling water circulator, the cooling water supplied initially or when replacing the barrel cooling water circulator may be deionized water having a viscosity of 5 μS/cm or less.
この場合、初期または交換の場合に供給される冷却水は、5μS/cm以下の脱イオン水が用いられるので、配管における析出を抑制することができる。また、特に、バレル冷却水循環装置において当初に投入される冷却水が、5μS/cm以下の脱イオン水であれば、連続運転において5μS/cm以上に徐々に変化したとしても、配管における析出を5年、10年単位で抑制することができる。 In this case, the cooling water supplied initially or when replacing the equipment is deionized water with a viscosity of 5 μS/cm or less, which can prevent precipitation in the piping. In particular, if the cooling water initially supplied to the barrel cooling water circulation system is deionized water with a viscosity of 5 μS/cm or less, precipitation in the piping can be prevented for 5 to 10 years, even if the viscosity gradually changes to 5 μS/cm or more during continuous operation.
(6)
第6の発明にかかる複軸押出混練装置は、一局面から第5の発明にかかる複軸押出混練装置において、第1経路には、圧力計が設けられ、圧力計は、少なくとも第1圧力計および第2圧力計を含み、第1圧力計は、フィルタの上流に設けられ、第2圧力計は、フィルタの下流側に設けられてもよい。
(6)
The sixth aspect of the present invention relates to a double-screw extrusion kneader, and in the double-screw extrusion kneader according to the fifth aspect of the present invention, a pressure gauge is provided in the first path, and the pressure gauge includes at least a first pressure gauge and a second pressure gauge, and the first pressure gauge may be provided upstream of the filter and the second pressure gauge may be provided downstream of the filter.
この場合、第1圧力計および第2圧力計の圧力差によりフィルタの目詰まりを判定することができ、フィルタの交換時期を容易に認識することができる。 In this case, the pressure difference between the first and second pressure gauges can be used to determine whether the filter is clogged, making it easy to know when it is time to replace the filter.
(7)
さらに他の局面に係る複軸押出混練方法は、複数のバレルブロック部により被混練物の上流側から下流側への経路を形成して、被混練物を混練する複軸押出混練工程と、複軸押出混練工程におけるバレル温度をバレル冷却水循環工程または加熱工程により調整するバレル温度制御工程と、を含み、バレル温度制御工程は、複数のバレルブロック部のうち1または複数に対して加熱および冷却を制御し、バレル冷却水循環工程は、複数のバレルブロック部毎に形成された配管内に循環ポンプおよびフィルタ、電磁弁を介して供給し、熱交換器、リザーブタンクへと循環させる第1循環工程と、循環ポンプからの冷却水を、水流調節弁を介してリザーブタンクへ循環させる第2循環工程と、を含む。
(7)
A double-screw extrusion kneading method according to yet another aspect includes a double-screw extrusion kneading process in which a path is formed from the upstream side to the downstream side of the material to be kneaded using a plurality of barrel block sections to knead the material to be kneaded, and a barrel temperature control process in which the barrel temperature in the double-screw extrusion kneading process is adjusted by a barrel cooling water circulation process or a heating process, wherein the barrel temperature control process controls heating and cooling for one or more of the plurality of barrel block sections, and the barrel cooling water circulation process includes a first circulation process in which cooling water is supplied into piping formed for each of the plurality of barrel block sections via a circulation pump, a filter, and an electromagnetic valve, and circulated to a heat exchanger and a reserve tank, and a second circulation process in which cooling water from the circulation pump is circulated to the reserve tank via a water flow control valve.
この場合、複軸押出混練部におけるバレルブロックが、複数のバレルブロック部で形成されているため、被混練物の上流側から下流側まで、適切なバレル温度に調整することができる。また、電磁弁の弁体に付着する可能性のある異物をフィルタにより除去することができる。さらに、水流調節弁を用いて、第1循環工程の流量に対し、第2循環工程でのバイパス量とのバランス調整を行うことで、循環ポンプの負荷を抑制することができる。
すなわち、水流調節弁を用いて、循環ポンプからの吐出水をリザーブタンクへバイパスさせることで、バレル冷却水循環工程での電磁弁が全閉の時間が長く続いた場合でも、循環ポンプの高負荷運転を防止することができる。また、循環ポンプの下流側にフィルタを配置することで、フィルタによる圧力損失の影響を低減することができる。その結果、複軸押出混練装置は、フィルタを交換するのみで、安定して5年、10年レベルでの長期機械運転および安定した被混練物を形成することができる。
In this case, since the barrel block in the double-screw extrusion kneading section is formed of multiple barrel block parts, the barrel temperature can be adjusted appropriately from the upstream side to the downstream side of the material to be kneaded. In addition, foreign matter that may adhere to the valve body of the solenoid valve can be removed by a filter. Furthermore, the load on the circulation pump can be reduced by using a water flow control valve to balance the flow rate of the first circulation process with the bypass amount of the second circulation process.
That is, by using the water flow control valve to bypass the discharge water from the circulation pump to the reserve tank, it is possible to prevent the circulation pump from operating at a high load even if the solenoid valve in the barrel cooling water circulation process is fully closed for a long time. Also, by placing a filter downstream of the circulation pump, the effect of pressure loss due to the filter can be reduced. As a result, the double-screw extrusion kneading apparatus can stably operate for a long period of time, for 5 to 10 years, and produce a stable kneaded material, simply by replacing the filter.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付す。また、同符号の場合には、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さないものとする。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. In the following description, identical parts are given the same reference numerals. Furthermore, when the reference numerals are the same, their names and functions are also the same. Therefore, detailed descriptions thereof will not be repeated.
(実施形態)
図1は、本実施の形態にかかる複軸押出混練装置100の一例を示す模式図であり、図2は、複軸押出混練機200の一例を示す一部拡大模式図である。また、図3は、本実施の形態にかかる複数のバレルブロック部230a,~,230iと複軸押出混練装置100におけるバレル温度制御機300との関係の一例を示す模式図である。
また、図4は、温度制御部500の制御フローの一例を示す図であり、図5は、本実施の形態にかかる複数のバレルブロック部と複軸押出混練装置100におけるバレル温度制御機300との関係の他の例を示す模式図であり、更に図6は、本実施の形態にかかる複軸押出混練装置100の他の例を示す模式図である。
(Embodiment)
Fig. 1 is a schematic diagram showing an example of a double-screw extrusion kneader 100 according to the present embodiment, and Fig. 2 is a partially enlarged schematic diagram showing an example of a double-screw extrusion kneader 200. Fig. 3 is a schematic diagram showing an example of the relationship between a plurality of barrel block sections 230a, -, 230i according to the present embodiment and a barrel temperature controller 300 in the double-screw extrusion kneader 100.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a control flow of the temperature control unit 500, FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of the relationship between the multiple barrel block sections and the barrel temperature controller 300 in the double-screw extrusion kneading apparatus 100 according to this embodiment, and FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the double-screw extrusion kneading apparatus 100 according to this embodiment.
(複軸押出混練装置100)
図1に示すように、複軸押出混練装置100は、主に複軸押出混練機200、バレル温度制御機300を含む。
(Two-screw extrusion kneading apparatus 100)
As shown in FIG. 1, the twin-screw extrusion kneading apparatus 100 mainly includes a twin-screw extrusion kneader 200 and a barrel temperature controller 300 .
(複軸押出混練機200)
図1および図2に示すように、本実施の形態に係る複軸押出混練機200は、駆動装置210、2本のスクリュー220、複数のバレルブロック部230a,~,230i、当該複数のバレルブロック部毎に接続された配管P230a,~,P230i、当該複数のバレルブロック部毎に接続されたバレル加熱装置H230a,~,H230i、配管P230a,~,P230i、電磁弁240a,~,240i、ニードルバルブ250a,~,250i、集水マニホールド260、および給水マニホールド270を含む。
(Two-screw extrusion mixer 200)
As shown in Figures 1 and 2, a double-screw extrusion kneader 200 according to this embodiment includes a drive unit 210, two screws 220, a plurality of barrel block sections 230a...230i, piping P230a...P230i connected to each of the plurality of barrel block sections, barrel heating devices H230a...H230i connected to each of the plurality of barrel block sections, piping P230a...P230i, solenoid valves 240a...240i, needle valves 250a...250i, a water collection manifold 260, and a water supply manifold 270.
なお、複軸押出混練機200においては、2本のスクリュー220を具備した二軸押出混練機を図示した。なお、本発明に係る複軸押出混練機200は、スクリュー220が2本であることに限定されず、3本、4本、6本、等任意の本数を並列配置または円周上に配置された多軸の押出混練機である。 In addition, the twin-screw extrusion kneader 200 is illustrated as a twin-screw extrusion kneader equipped with two screws 220. Note that the twin-screw extrusion kneader 200 according to the present invention is not limited to having two screws 220, but is a multi-screw extrusion kneader having any number of screws, such as three, four, six, etc., arranged in parallel or on a circumference.
(スクリュー220)
図2に示すように、複軸押出混練機200のスクリュー220には、ニーディング部221が設けられている。ニーディング部221は、被混練物の可塑化または複合化のための分散効率または分配効率を高めるために、スクリューの螺旋溝の一部に摺り合せ部分を設けたり、部分的に逆ねじ方向のらせん溝部分を設けたりするものである。
これらのニーディング部221またはニーディング部221近傍では、被混練物に強い剪断力が加わることにより発熱が生じて、被混練物の温度が上昇する。
また、スクリュー220は、並列に駆動装置210に接続されて、スクリュー220の軸周りに回転可能に設けられている。
なお、本実施の形態においては、2個のニーディング部221を設ける場合について説明を行ったが、これに限定されず、1個またはn個(nは整数)設けても良い。更に切欠け付き逆ねじ螺旋溝を有するセグメント(ミキシングセグメント)をニーディング部の下流側に配することで分配効率を更に高めても良く、切欠け部を樹脂が通過する際の剪断流ないしは伸長流の発生により、ニーディング部に引き続き発熱が生じる。
(Screw 220)
As shown in Fig. 2, a screw 220 of a double-screw extrusion mixer 200 is provided with a kneading section 221. The kneading section 221 is provided with a frictional portion in a part of the spiral groove of the screw, or with a spiral groove portion partially in the reverse screw direction, in order to increase the dispersion efficiency or distribution efficiency for plasticizing or compounding the material to be kneaded.
In the kneading section 221 or in the vicinity of the kneading section 221, heat is generated due to a strong shear force being applied to the material to be kneaded, and the temperature of the material to be kneaded rises.
Moreover, the screw 220 is connected in parallel to the driving device 210 and is provided so as to be rotatable around the axis of the screw 220 .
In this embodiment, the case where two kneading sections 221 are provided has been described, but the present invention is not limited to this, and one or n (n is an integer) may be provided. Furthermore, the distribution efficiency may be further improved by disposing a segment (mixing segment) having a notched reverse-thread spiral groove downstream of the kneading section, and heat is generated continuously in the kneading section due to the occurrence of a shear flow or elongation flow when the resin passes through the notched section.
(複数のバレルブロック部230a,~,230i)
次に、複数のバレルブロック部230a,~,230iは、複数のスクリュー220により混練される被混練物の上流側から下流側への経路を形成している。
また、図3に示すように、複数のバレルブロック部230a,~,230iのそれぞれの内部に、配管P230a,~,P230iが複数のバレルブロック部230a,~,230iの当該経路の周囲をそれぞれ周回するように設けられている。なお、図3においては、1周回するよう図示しているが、これに限定されず、2周回、3周回、他の任意の回数を周回させてもよい。また、スクリュー経路部を避けた位置でバレル内を直線的に貫通する形で、かつ複数の貫通経路を交差する状態に作製し、必要に応じてバレル外側から交差部までの部分をプラグ封止することで経路を作製しても良い。
(Multiple barrel block portions 230a, ..., 230i)
Next, the multiple barrel block portions 230 a to 230 i form a path for the material to be mixed by the multiple screws 220 from the upstream side to the downstream side.
As shown in Fig. 3, the pipes P230a, ..., P230i are provided inside each of the barrel block parts 230a, ..., 230i so as to go around the corresponding paths of the barrel block parts 230a, ..., 230i. Although Fig. 3 shows one round, the number of rounds is not limited to two, three, or any other number of times. In addition, the paths may be created by linearly penetrating the barrel at a position avoiding the screw path and intersecting the multiple through paths, and by sealing the part from the outside of the barrel to the intersection with a plug as necessary.
本実施の形態にかかる複数のバレルブロック部230a,~,230iは、一般的に100℃から350℃程度の範囲内における温度設定を行っている。例えば6ナイロン樹脂の場合には一般的に250℃前後の設定を行い、PET樹脂では一般的に280℃前後の設定を行っている。そのため、プラスチック等の混練物の剪断発熱により、複数のバレルブロック部230a,~,230iの温度が設定温度以上になった場合、上記の配管P230a,~,P230iに通水されて制御される。当該制御については、後述する。 The multiple barrel block sections 230a, ..., 230i in this embodiment are generally set to a temperature within the range of about 100°C to 350°C. For example, in the case of nylon 6 resin, it is generally set to about 250°C, and in the case of PET resin, it is generally set to about 280°C. Therefore, when the temperature of the multiple barrel block sections 230a, ..., 230i exceeds the set temperature due to shear heat generated by the kneaded material such as plastic, water is passed through the above-mentioned pipes P230a, ..., P230i to control it. This control will be described later.
通水された冷却水は、上述の様な複数のバレルブロック部230a,~,230iの熱により直ちに気化し、その大きな潜熱で複数のバレルブロック部230a,~,230iの温度を下げる働きをする。この場合、通水される冷却水に各種金属等がイオンとして溶け込んでいると、配管P230a,~,P230iの壁面に塩として析出が生じ、配管P230a,~,P230iの内壁面に堆積が生じる現象が生じたり、または冷却水に何らかの溶解物が含まれていると同様に析出してスケールとなり、配管P230a,~,P230iの閉塞が生じたりする。 The cooling water that is passed through vaporizes immediately due to the heat of the multiple barrel block parts 230a, ..., 230i as described above, and the large latent heat acts to lower the temperature of the multiple barrel block parts 230a, ..., 230i. In this case, if various metals, etc. are dissolved as ions in the cooling water that is passed through, they will precipitate as salt on the walls of the pipes P230a, ..., P230i, causing accumulation on the inner walls of the pipes P230a, ..., P230i, or if the cooling water contains any dissolved matter, they will precipitate as scale, causing blockage of the pipes P230a, ..., P230i.
また、本実施の形態における複数のバレルブロック部230a,~,230iにおいて、スクリュー220が挿入される部分は、耐摩耗性および/または耐腐食性の高い特殊鋼材をスリーブとして挿入する、または表面を硬化処理されている。
しかし、複数のバレルブロック部230a,~,230iにおいて、スクリュー220が挿入されない部分は、一般的な鋼材が用いられていることが多く、配管P230a,~,P230i部分の表面には冷却水または、それらが気化した蒸気により腐食が生じる。
そして、腐食することによる錆びが、徐々に生じる。錆びが発生し、冷却水中に錆びの粒子が混入し錆びの粒子が、電磁弁240a,~,240iの閉止面に挟まれた場合、微量の冷却水が複数のバレルブロック部230a,~,230i側に流れ込み続けることにより、温度制御が効かなくなる現象が発生する。本実施の形態においては、当該現象を防止するために、後述するフィルタ340を設ける。
In addition, in the multiple barrel block portions 230a, . . . , 230i in this embodiment, the portion into which the screw 220 is inserted has a special steel material with high wear resistance and/or corrosion resistance inserted as a sleeve, or the surface is hardened.
However, in the multiple barrel block portions 230a, ..., 230i, the portions into which the screw 220 is not inserted are often made of general steel, and corrosion occurs on the surfaces of the pipes P230a, ..., P230i due to the cooling water or the steam generated by the cooling water.
Then, rust due to corrosion gradually occurs. If rust occurs and rust particles get mixed into the cooling water and are caught between the closing surfaces of the solenoid valves 240a, 240i, a small amount of cooling water continues to flow into the barrel block portions 230a, 230i, causing a phenomenon in which temperature control becomes ineffective. In this embodiment, a filter 340, which will be described later, is provided to prevent this phenomenon.
(バレル加熱装置H230a,~,H230i)
また、図3に示すように、複数のバレルブロック部230a,~,230iの周壁には、それぞれバレル加熱装置H230a,~,H230iが設けられている。バレル加熱装置H230a,~,H230iは、バレル温度制御機300からの制御信号に従ってON(加熱)-OFF(非加熱)を行うものである。
(Barrel heating device H230a, ..., H230i)
3, barrel heating devices H230a to H230i are provided on the peripheral walls of the barrel block portions 230a to 230i, respectively. The barrel heating devices H230a to H230i are turned ON (heating)-OFF (non-heating) in accordance with a control signal from the barrel temperature controller 300.
(給水マニホールド270)
続いて、図2に示すように、給水マニホールド270から複数のバレルブロック部230a,~,230iへの間の配管P230a,~,P230iには、ニードルバルブ250a,~,250iおよび電磁弁240a,~,240iがそれぞれ設けられる。
(Water supply manifold 270)
Next, as shown in FIG. 2, needle valves 250a to 250i and solenoid valves 240a to 240i are provided in the pipes P230a to P230i extending from the water supply manifold 270 to the plurality of barrel block portions 230a to 230i, respectively.
(ニードルバルブ250a,~,250i)
なお、本実施の形態においては、図2に示すようにニードルバルブ250a,~,250iを用いることとしているが、これに限定されず、グローブバルブまたはバタフライバルブの様な中間開度で用いることの出来るバルブであれば、その他、任意のバルブまたは水流調節弁などを用いてもよい。本実施の形態においては、特にグローブバルブの中でも流量の微調整が行いやすいニードルバルブを用いた。なお、本実施の形態において、ニードルバルブ250aを設けることとしているが、原料投入口に該当する混練の最上流部には、ニードルバルブ250aを設けても、設けなくてもよい。
(Needle valves 250a, ..., 250i)
In this embodiment, needle valves 250a to 250i are used as shown in Fig. 2, but the present invention is not limited thereto, and any other valve or water flow control valve may be used as long as it is a valve that can be used at an intermediate opening degree such as a globe valve or a butterfly valve. In this embodiment, a needle valve is used, which is particularly easy to finely adjust the flow rate among globe valves. In this embodiment, the needle valve 250a is provided, but the needle valve 250a may or may not be provided at the most upstream part of the kneading process, which corresponds to the raw material inlet.
(電磁弁240a,~,240i)
本実施の形態にかかる電磁弁240a,~,240iは、バレル温度制御機300からの制御信号に従って、ON(全開)-OFF(全閉)を行うものである。
なお、電磁弁240a,~,240iは、制御信号が無い状態で常時閉(ノーマルクローズ、通電開)タイプでも、常時開(ノーマルオープン、通電閉)タイプであってもよい。すなわち、制御信号でON(全開)もしくはOFF(全閉)を達成出来る構造であれば、どのような形式であっても何ら問題は無い。なお、本実施の形態において、電磁弁240aを設けることとしているが、混練の最上流部には、電磁弁240aを設けても、設けなくてもよい。すなわち、原料投入口となる混練の最上流部は、常に冷却水を循環させてもよい。
(Solenoid valves 240a, ..., 240i)
The solenoid valves 240 a to 240 i according to this embodiment are turned ON (fully open)-OFF (fully closed) in accordance with a control signal from the barrel temperature controller 300 .
The solenoid valves 240a, . . . , 240i may be of a type that is normally closed (normally closed, energized open) without a control signal, or of a type that is normally open (normally open, energized closed). In other words, as long as the control signal can be used to achieve ON (fully open) or OFF (fully closed), there is no problem with any type of structure. In this embodiment, the solenoid valve 240a is provided, but the most upstream portion of the kneading process may or may not be provided with the solenoid valve 240a. In other words, cooling water may be constantly circulated through the most upstream portion of the kneading process, which serves as the raw material inlet.
(集水マニホールド260)
図1および図2に示すように、複数のバレルブロック部230a,~,230iの配管P230a,~,P230iの下流側には、集水マニホールド260が配置されている。
(Water collecting manifold 260)
As shown in FIGS. 1 and 2, a water collection manifold 260 is disposed downstream of the pipes P230a, ..., P230i of the multiple barrel block portions 230a, ..., 230i.
(バレル温度制御機300)
次に、バレル温度制御機300について説明を行う。図1、図2および図3に示すように、バレル温度制御機300は、リザーブタンク310,循環ポンプ320、ストレーナ330、フィルタ340、熱交換器350、流量調整バルブ360、温度計測部370a,~,370i、圧力計380、配管P300および1または複数のバレルブロック部230a,~,230iに対する温度制御部500を含む。
また、温度制御部500は、図3に示すように、温度計測部370a,~,370iからの温度情報を受けて、電磁弁240a,~,240i、ニードルバルブ250a,~,250i、バレル加熱装置H230a,~,H230iの制御を行うものである。
本実施の形態においては、リザーブタンク310、循環ポンプ320、ストレーナ330、フィルタ340、配管P230a,~,P230iおよび熱交換器350の経路を第1経路(第1循環工程)と呼び、リザーブタンク310、循環ポンプ320、流量調整バルブ360、熱交換器350の経路を第2経路(第2循環工程)と呼ぶ。
(Barrel Temperature Controller 300)
Next, the barrel temperature controller 300 will be described. As shown in Figures 1, 2, and 3, the barrel temperature controller 300 includes a reserve tank 310, a circulation pump 320, a strainer 330, a filter 340, a heat exchanger 350, a flow rate control valve 360, temperature measurement units 370a to 370i, a pressure gauge 380, a pipe P300, and a temperature control unit 500 for one or more barrel block units 230a to 230i.
As shown in FIG. 3, the temperature control unit 500 receives temperature information from the temperature measurement units 370a to 370i and controls the solenoid valves 240a to 240i, the needle valves 250a to 250i, and the barrel heating devices H230a to H230i.
In this embodiment, the path including the reserve tank 310, the circulation pump 320, the strainer 330, the filter 340, the piping P230a, ..., P230i, and the heat exchanger 350 is called the first path (first circulation process), and the path including the reserve tank 310, the circulation pump 320, the flow control valve 360, and the heat exchanger 350 is called the second path (second circulation process).
なお、本実施の形態においては、ニードルバルブ250a,~,250i、バレル加熱装置H230a,~,H230iおよび配管P230a,~,P230iを複軸押出混練機200側に含まれるよう説明を行ったが、バレル温度制御機300側に含まれるように配設してもよい。 In this embodiment, the needle valves 250a, 250i, the barrel heating devices H230a, 230i, and the pipes P230a, 230i are described as being included on the double-screw extrusion kneader 200 side, but they may also be arranged to be included on the barrel temperature controller 300 side.
なお、温度制御部500の詳細の制御方法については、後述する。また、本実施の形態において、温度計測部370a,~,370iは、熱電対または測温抵抗体であることが好ましい。 The detailed control method of the temperature control unit 500 will be described later. In this embodiment, the temperature measurement units 370a, . . . 370i are preferably thermocouples or resistance temperature detectors.
(リザーブタンク310、配管P300および配管P230a,~,P230iの材料)
本実施の形態におけるリザーブタンク310、配管P300および配管P230a,~,P230iの材料(素材)としては、錆などの腐食を考慮して、真鍮材料または/およびステンレス材料で作製されていることが望ましい。なお、本実施の形態においては、リザーブタンク材や直線配管部分、エルボーなどの接手はステンレス材料を用い、電磁弁からバレルの給水側接続口およびバレルの排水側接続口から集水マニホールド間は、銅管を曲げ加工して用いた。
また、本実施の形態においてリザーブタンク310の容量は、20リットル以上50リットル以下でもよく、30リットル以上40リットル以下でもよい。また、リザーブタンク310内の冷却水は、80度以下であることが多く、40度以上60度以下の範囲内で維持されることが好ましい。
また、リザーブタンク310には、タンク内の圧力を逃がすための通気パイプを設置しても良く、さらに通気パイプには、別途フィルタを具備させ埃、またはごみ、さらには、小虫等の侵入を防いでも良い。
更にリザーブタンク310には、循環水の温度を表示する温度計が装置されていたり、液面計等をリザーブタンク310に設備したりすることで使い勝手が更に良くなる。
(Materials for the reserve tank 310, the pipe P300, and the pipes P230a, ..., P230i)
In this embodiment, the reserve tank 310, the piping P300, and the piping P230a to P230i are preferably made of brass and/or stainless steel in consideration of corrosion such as rust. In this embodiment, the reserve tank material, the straight piping section, and joints such as elbows are made of stainless steel, and copper pipes are bent between the solenoid valve and the barrel's water supply side connection port, and between the barrel's water discharge side connection port and the water collection manifold.
In the present embodiment, the capacity of the reserve tank 310 may be 20 L or more and 50 L or less, or 30 L or more and 40 L or less. The cooling water in the reserve tank 310 is often at or below 80 degrees, and is preferably maintained within the range of 40 C or more and 60 C or less.
In addition, a ventilation pipe may be installed in the reserve tank 310 to release pressure within the tank, and the ventilation pipe may be equipped with a separate filter to prevent the intrusion of dust, dirt, and even small insects.
Furthermore, the reserve tank 310 can be equipped with a thermometer that displays the temperature of the circulating water, or a liquid level gauge or the like, to further improve usability.
(循環ポンプ320)
本実施の形態にかかる循環ポンプ320は、渦巻ポンプ(カスケードポンプ)を用いた。コストまたは/および長期信頼性等の観点から渦巻ポンプ(カスケードポンプ)を用いることが望ましい。
なお、循環ポンプ320は、水流を付与できるものであれば特に限定はされず用いることができ、具体的には、軸流ポンプ、ピストン(プランジャー)ポンプ、ギヤーポンプなどであってもよい。
(Circulation pump 320)
In this embodiment, a centrifugal pump (cascade pump) is used as the circulation pump 320. From the viewpoint of cost and/or long-term reliability, it is desirable to use a centrifugal pump (cascade pump).
The circulation pump 320 is not particularly limited as long as it can provide a water flow, and specifically, it may be an axial flow pump, a piston (plunger) pump, a gear pump, or the like.
(フィルタ340)
フィルタ340としては、ステンレス製または/および樹脂製のハウジング部と実際にフィルトレーションを行うフィルタカートリッジからなる。
本実施の形態にかかるフィルタカートリッジとしては、糸巻き(ワインド)フィルタまたはプリーツフィルタ、不織布フィルタ、スポンジフィルタなどを用いることができる。
本実施の形態にかかるフィルタ340は、フィルタカートリッジとして糸巻き(ワインド)フィルタ用いた。
本実施の形態においては、特許文献1のY型ストレーナのようなものではない。一般的にY型ストレーナは、内部にあるミリメートル単位のパンチングメタル、または、目開きが数mm以上のステンレスメッシュが一般的である。すなわち、大きな異物を取り除くためのものである。
(Filter 340)
The filter 340 is composed of a housing portion made of stainless steel and/or resin and a filter cartridge that actually performs filtration.
The filter cartridge according to the present embodiment may be a wound filter, a pleated filter, a nonwoven fabric filter, a sponge filter, or the like.
The filter 340 according to the present embodiment uses a wound filter as a filter cartridge.
The present embodiment is not like the Y-type strainer of Patent Document 1. Generally, Y-type strainers are generally made of punched metal with a size of millimeters inside, or stainless steel mesh with openings of several mm or more. In other words, they are used to remove large foreign objects.
一方、本実施の形態におけるフィルタカートリッジの濾過精度については、50μm以下であることが必要であり、20μm以下であることがより好ましい。これは、例え0.1mm程度の錆び粒の様な粒子であっても電磁弁240a,~,240iに挟まった場合、完全に止水弁または弁体を閉止することが出来ず、冷却水が複数のバレルブロック部230a,~,230iへ流れ込み、冷却水の大きな潜熱による冷却効果により複数のバレルブロック部230a,~,230iの温度が低下するという問題が生じる。 On the other hand, the filtration accuracy of the filter cartridge in this embodiment must be 50 μm or less, and 20 μm or less is more preferable. This is because even if a particle such as a rust grain of about 0.1 mm is caught between the solenoid valves 240a, ..., 240i, the water stop valve or valve body cannot be completely closed, and the cooling water flows into the multiple barrel block parts 230a, ..., 230i, causing a problem that the cooling effect of the large latent heat of the cooling water causes a drop in the temperature of the multiple barrel block parts 230a, ..., 230i.
複数のバレルブロック部230a,~,230iの温度の低下を補うために、温度制御部500が動作し、その複数のバレルブロック部230a,~,230iに付属しているバレル加熱装置H230a,~,H230iが100%の出力で加熱したとしても温度低下を抑えることは困難であるか、非常に大きな温度変動を伴い、実質的に樹脂加工が不安定な状態になるという問題が生じ得る。
このように、濾過精度が50μmを超える場合には、微粒子を捕えることが不十分であり、フィルタ340を通過してしまった微粒子が、電磁弁240a,~,240iの止水面または弁体に挟まって不具合を起こすことがある。濾過精度の下限に関しては、特に限定はされないが、濾過精度が小さ過ぎる場合には、目詰まりが早く生じてメンテナンス回数が増えたり、供給圧力を高く設定する必要が生じ循環ポンプ320への負荷が大きくなったりする。
In order to compensate for the drop in temperature of the multiple barrel block portions 230a, ..., 230i, the temperature control portion 500 operates, and even if the barrel heating devices H230a, ..., H230i attached to the multiple barrel block portions 230a, ..., 230i heat at 100% output, it may be difficult to suppress the temperature drop, or there may be a problem that the temperature fluctuation is very large and the resin processing becomes essentially unstable.
Thus, if the filtration accuracy exceeds 50 μm, it is insufficient to capture fine particles, and fine particles that have passed through filter 340 may become caught in the water stopping surface or valve body of solenoid valves 240 a to 240 i, causing malfunctions. There is no particular limit to the lower limit of the filtration accuracy, but if the filtration accuracy is too low, clogging may occur quickly, increasing the frequency of maintenance, or the supply pressure may need to be set high, increasing the load on circulation pump 320.
また、バレル温度制御機300の経路内におけるフィルタ340の配置場所については特に限定されるものではないが、フィルタ340の素材の耐熱性および濾過圧力を保つことが可能な経路の位置として、循環ポンプ320の出口以降が好ましい。なお、循環ポンプ320の下流近くにフィルタ340を設けることで、フィルタ340による圧力損失を抑制することができる。
さらに、本実施の形態においては、濾過流量を大きくし効率的な濾過を行うことができる位置として、熱交換器350、リザーブタンク310、循環ポンプ320の出口からストレーナ330および圧力計380への第1経路の下流側であり、かつ第2経路における循環ポンプ320の負荷を無くすためにフィルタの圧力損失が加わらない部分が最適であるため、図1の位置に配置した。
Further, the location of filter 340 in the path of barrel temperature controller 300 is not particularly limited, but a position after the outlet of circulation pump 320 is preferable as a position of the path that can maintain the heat resistance and filtration pressure of the material of filter 340. By providing filter 340 near the downstream of circulation pump 320, pressure loss due to filter 340 can be suppressed.
Furthermore, in this embodiment, the location where the filtration flow rate can be increased and efficient filtration can be performed is the downstream side of the first path from the outlet of heat exchanger 350, reserve tank 310, and circulation pump 320 to strainer 330 and pressure gauge 380, and is also the part where no pressure loss of the filter is added in order to eliminate the load on circulation pump 320 in the second path, so it is placed in the position shown in Figure 1.
(熱交換器350)
本実施の形態にかかる熱交換器350は、外界からの汚染を考慮して、プレート式またはシェルアンドチューブ式等の密閉式を用いた。
また、熱交換器350自体の冷却媒体としては、空気等の気体でも、水などの液体でも、利用することができる。特に、熱容量が大きい水を冷却水として好ましく用いてもよい。さらに、この冷却媒体は、飲料水または工業用水をワンウェイで使ってもよく、クーリングタワー等と組み合わせた循環冷却水を用いてもよい。
(Heat exchanger 350)
The heat exchanger 350 according to this embodiment is of a sealed type, such as a plate type or a shell-and-tube type, taking into consideration contamination from the outside world.
The cooling medium for the heat exchanger 350 itself may be a gas such as air or a liquid such as water. In particular, water, which has a large heat capacity, may be preferably used as the cooling water. Furthermore, the cooling medium may be drinking water or industrial water in a one-way manner, or circulating cooling water combined with a cooling tower or the like.
(流量調整バルブ360)
本実施の形態においては、流量調整バルブ360を用いて、第1経路と第2経路とを流れる冷却水の循環量を調整している。電磁弁240の多くが閉じてバレルへの通水量全体が減じている状態では、第2経路を通るバイパス量を小さくすると循環ポンプからの吐出水量が減ると同時に圧力が高くなり、循環ポンプを駆動している電動モーターのトルクが高くなる。そのため、流量調整バルブ360を開にして、リザーブタンク310、循環ポンプ320、ストレーナ330、流量調整バルブ360および熱交換器350の第2経路において、冷却水を循環させることが肝要である。更に長時間に渡り電動モーターを高トルク状態で運転すると、最悪モーターが焼き付く原因となる。
なお、流量調整バルブ360は、細かい流量調整を行う必要性が高くないことを考慮して、安価なゲートバルブを用いた。なお、ゲートバルブに限定されず、グローブバルブ、ボールバルブなどの任意のバルブを用いてもよい。なお、本実施の形態においては、最初のバレル温度昇温時(基本的に電磁弁が全閉の状態)に、圧力計380の圧力が0.4MPaを超えない様に流量調整バルブ360の調整を行った。
(Flow Control Valve 360)
In this embodiment, the flow rate control valve 360 is used to adjust the circulation rate of the cooling water flowing through the first and second paths. In a state where most of the solenoid valves 240 are closed and the total amount of water passing through the barrel is reduced, reducing the bypass rate through the second path reduces the amount of water discharged from the circulation pump and at the same time increases the pressure, increasing the torque of the electric motor driving the circulation pump. Therefore, it is essential to open the flow rate control valve 360 and circulate the cooling water through the second path of the reserve tank 310, the circulation pump 320, the strainer 330, the flow rate control valve 360, and the heat exchanger 350. Furthermore, if the electric motor is operated in a high torque state for a long period of time, it may cause the motor to burn out in the worst case.
In addition, considering that there is not much need for fine flow rate adjustment, an inexpensive gate valve is used as the flow rate adjustment valve 360. Note that, without being limited to a gate valve, any valve such as a globe valve or a ball valve may be used. Note that, in this embodiment, the flow rate adjustment valve 360 is adjusted so that the pressure on the pressure gauge 380 does not exceed 0.4 MPa during the initial barrel temperature rise (basically, when the solenoid valve is fully closed).
(バレル温度制御機300における冷却水)
バレル温度制御機300に最初に供給する水またはメンテナンスの交換の場合に供給する水については、異物微小粒子または塩類の溶解が無い脱イオン水である事が肝要である。具体的には、塩類が溶解していない目安として電気伝導度が5μS/cm以下である事が必要であり、より好ましくは2μS/cm以下である。
また、長期使用によりバレル冷却水循環装置を循環する水量が低下した際にも、同様に電気伝導度が5μS/cm以下、より好ましくは2μS/cm以下の脱イオン水を追加供給することも可能である。微小粒子除去に対しては、イオン交換する前の原水を20μm以下のフィルタで濾過処理を行ったり、より好ましくはRO(逆浸透)膜処理を行った原水を脱イオン処理したりして用いる。電気伝導度が5μS/cmを超える水を用いるとバレル冷却時に塩の発生、さらには錆びの発生を誘発しやすくなるからである。
(Cooling Water in Barrel Temperature Controller 300)
It is essential that the water initially supplied to the barrel temperature controller 300 or the water supplied during replacement for maintenance is deionized water that does not contain any foreign microparticles or dissolved salts. Specifically, the electrical conductivity must be 5 μS/cm or less as a guideline for not dissolving salts, and more preferably 2 μS/cm or less.
In addition, when the amount of water circulating through the barrel cooling water circulation device decreases due to long-term use, it is also possible to additionally supply deionized water with an electrical conductivity of 5 μS/cm or less, more preferably 2 μS/cm or less. To remove fine particles, raw water before ion exchange is filtered with a filter of 20 μm or less, or more preferably raw water that has been treated with a reverse osmosis (RO) membrane is deionized. If water with an electrical conductivity of more than 5 μS/cm is used, it is likely to induce the generation of salt and even rust during barrel cooling.
(バレル温度制御機300)
次いで、複軸押出混練装置100におけるバレル温度制御機300の動作について説明を行う。
まず図4に示すように、初期動作として、温度制御部500は、循環ポンプ320をON(動作)させる(ステップS1)。その結果、リザーブタンク310に貯水された冷却水が、循環ポンプ320により、配管P300、ストレーナ330、流量調整バルブ360、熱交換器350からなる第2経路を経由して循環される。
(Barrel Temperature Controller 300)
Next, the operation of the barrel temperature controller 300 in the double-screw extrusion kneader 100 will be described.
4, as an initial operation, the temperature control unit 500 turns on (operates) the circulation pump 320 (step S1). As a result, the cooling water stored in the reserve tank 310 is circulated by the circulation pump 320 through a second path consisting of the pipe P300, the strainer 330, the flow rate control valve 360, and the heat exchanger 350.
次に、温度制御部500は、複数のバレルブロック部230a,~,230i毎に設けられた温度計測部370a,~,370iで測定された温度を取得(ステップS2)し、各複数のバレルブロック部230a,~,230iの温度と設定された目標温度とを比較し、温度制御部500は、比較した偏差に応じて演算を行う(ステップS3)。 Next, the temperature control unit 500 acquires the temperatures measured by the temperature measuring units 370a, ..., 370i provided for each of the barrel block sections 230a, ..., 230i (step S2), compares the temperature of each of the barrel block sections 230a, ..., 230i with the set target temperature, and performs calculations according to the deviations obtained by the comparison (step S3).
温度制御部500は、演算結果に応じて、設定温度よりも低い場合(ステップS3のCOLD)には、該当する複数のバレルブロック部230a,~,230iに設けられたバレル加熱装置H230a,~,H230iのうち該当する部分をオン(ON:加熱)する(ステップS4)。
温度制御部500は、ステップS4の処理の後、ステップS2に戻り処理を繰り返す。
If the calculated temperature is lower than the set temperature (COLD in step S3), the temperature control unit 500 turns on (ON: heats) the corresponding parts of the barrel heating devices H230a, ..., H230i provided in the corresponding multiple barrel block sections 230a, ..., 230i (step S4).
After the process of step S4, the temperature control unit 500 returns to step S2 and repeats the process.
また、温度制御部500は、演算結果に応じて、設定温度と同じ場合(ステップS3のNONE)には、温度制御部500は、ステップS2に戻り処理を繰り返す。
また、温度制御部500は、演算結果に応じて、設定温度よりも高い場合(ステップS3のHOT)には、温度制御部500は、該当する複数のバレルブロック部230a,~,230iに設けられた電磁弁240a,~,240iおよびニードルバルブ250a,~,250iのうち該当する部分をオン(ON:通過許可、開)する(ステップS5)。
その結果、第2経路を循環していた冷却水が第1経路側に流入される。
温度制御部500は、ステップS5の処理を実施した後、ステップS2に戻り処理を繰り返す。
Furthermore, if the temperature control unit 500 determines based on the calculation result that the temperature is the same as the set temperature (NONE in step S3), the temperature control unit 500 returns to step S2 and repeats the process.
Furthermore, when the temperature control unit 500 determines based on the calculation result that the temperature is higher than the set temperature (HOT in step S3), the temperature control unit 500 turns on (ON: permitted passage, open) the corresponding parts of the solenoid valves 240a, ..., 240i and needle valves 250a, ..., 250i provided in the corresponding multiple barrel block portions 230a, ..., 230i (step S5).
As a result, the cooling water circulating through the second passage is forced to flow into the first passage.
After performing the process of step S5, the temperature control unit 500 returns to step S2 and repeats the process.
その結果、冷却水が、給水マニホールド270からニードルバルブ250a,~,250iおよび電磁弁240a,~,240iの該当する部分を通過し、複数のバレルブロック部230a,~,230iの配管P230a,~,P230iを流れて、複数のバレルブロック部230a,~,230iの温度制御を行うことができる。 As a result, the cooling water passes from the water supply manifold 270 through the needle valves 250a, ..., 250i and the corresponding parts of the solenoid valves 240a, ..., 240i, and flows through the pipes P230a, ..., P230i of the multiple barrel block sections 230a, ..., 230i, thereby enabling temperature control of the multiple barrel block sections 230a, ..., 230i.
また、本実施の形態にかかる温度制御部500における制御としては、PID制御を用いた。なお、PID制御に限定されず、ON-OFF制御等を用いても良い。また、本実施の形態においては、1の温度制御部500が、複数のバレルブロック部230a,~,230iを制御することとしているが、これに限定されず、図5に示すように、複数の温度制御部500a,~,500iを設けて、1の温度制御部500が複数のバレルブロック部230a,~,230iのうちいずれか1つと、1対1で設けられても良い。
In addition, PID control is used as the control in the temperature control unit 500 according to this embodiment. However, this is not limited to PID control, and ON-OFF control or the like may be used. In addition, in this embodiment, one temperature control unit 500 controls multiple barrel block units 230a, to, 230i, but this is not limited to this, and as shown in FIG. 5, multiple temperature control units 500a, to, 500i may be provided, and one temperature control unit 500 may be provided in a one-to-one relationship with any one of the multiple barrel block units 230a, to, 230i.
なお、電磁弁240a,~,240iが全て閉止された場合、循環させるべく冷却水の流量が極僅かとなり、循環ポンプ320に非常に大きな負荷がかかるという問題が生じるため、本実施の形態にかかる複軸押出混練装置100においては、冷却水を直接リザーブタンク310に還流させる第2経路を設けている。
また、図1と異なる方法で、当該第2経路を、流量調整バルブ360の下流側から、熱交換器350を介さずに、直接リザーブタンク310へ戻す構成を採用してもよい。
In addition, if all of the solenoid valves 240a, . . . , 240i are closed, the flow rate of the cooling water required for circulation becomes extremely small, which causes a problem of placing a very large load on the circulation pump 320. Therefore, in the double-screw extrusion kneading apparatus 100 of this embodiment, a second path is provided to return the cooling water directly to the reserve tank 310.
1, a configuration may be adopted in which the second path returns the refrigerant from the downstream side of the flow rate adjustment valve 360 directly to the reserve tank 310 without passing through the heat exchanger 350.
(第1圧力計380aおよび第2圧力計380b)
図6に示すように、図1の圧力計380の代わりに、第1圧力計380aおよび第2圧力計380bを設けても良い。
この場合、第1圧力計380aおよび第2圧力計380bの圧力差が大きい場合には、フィルタ340の目詰まりが考えられるため、容易にメンテナンスを実施することができる。
(First pressure gauge 380a and second pressure gauge 380b)
As shown in FIG. 6, a first pressure gauge 380a and a second pressure gauge 380b may be provided instead of the pressure gauge 380 in FIG.
In this case, if the pressure difference between the first pressure gauge 380a and the second pressure gauge 380b is large, it is possible that the filter 340 is clogged, and therefore maintenance can be easily performed.
なお、本実施の形態にかかる複軸押出混練機200の被混練物の一部は、ガラス繊維、色顔料、無機粉末であり、複軸押出混練機200を用いて被混練物の他部である樹脂に練り込むものである。 In addition, some of the materials to be mixed in the double-screw extrusion kneader 200 in this embodiment are glass fibers, color pigments, and inorganic powders, which are mixed into the other part of the materials to be mixed, which is resin, using the double-screw extrusion kneader 200.
以上のように、本発明に係る複軸押出混練装置100においては、複軸押出混練機200が複数のバレルブロック部230a,~,230iで形成されているため、被混練物の上流側から下流側まで、適切なバレル温度に調整することができる。また、電磁弁240a,~,240iの弁体に付着する異物をフィルタ340により除去することができる。さらに、リザーブタンク310内の冷却水が少ない場合でも、流量調整バルブ360を用いて、第2経路に冷却水を循環させるので、通常稼働している循環ポンプ320の負荷を抑制することができる。その結果、複軸押出混練装置100は、フィルタ340を交換するのみで、安定して5年、10年レベルでの長期機械運転および安定した被混練物を形成することができる。 As described above, in the twin-screw extrusion kneading device 100 according to the present invention, the twin-screw extrusion kneader 200 is formed of a plurality of barrel block parts 230a, 230i, so that the barrel temperature can be adjusted appropriately from the upstream side to the downstream side of the material to be kneaded. In addition, foreign matter adhering to the valve bodies of the solenoid valves 240a, 240i can be removed by the filter 340. Furthermore, even if the amount of cooling water in the reserve tank 310 is small, the flow rate adjustment valve 360 is used to circulate the cooling water to the second path, so that the load on the circulation pump 320, which is normally operating, can be suppressed. As a result, the twin-screw extrusion kneading device 100 can stably operate for long periods of time, such as five or ten years, and can stably form the material to be kneaded, simply by replacing the filter 340.
本発明に係る複軸押出混練機200が「複軸押出混練部」に相当し、温度制御部500が「バレル温度制御部」に相当し、複数のバレルブロック部230a,~,230iが「複数のバレルブロック部」に相当し、循環ポンプ320が「循環ポンプ」に相当し、熱交換器350が「熱交換器」に相当し、リザーブタンク310が「リザーブタンク」に相当し、ストレーナ330が「ストレーナ」に相当し、流量調整バルブ360が「水流調節弁」に相当し、フィルタ340が「フィルタ」に相当し、圧力計380が「圧力計」に相当し、電磁弁240a,~,240iが「電磁弁」に相当し、配管P230a,~,P230iが「複数のバレルブロック毎に形成された配管」に相当し、複軸押出混練装置100が「複軸押出混練装置」に相当し、スクリュー220が「スクリュー」に相当し、ニーディング部221が「ニーディング部」に相当し、冷却水が「冷却水」に相当する。 The double-screw extrusion mixer 200 according to the present invention corresponds to the "double-screw extrusion mixer section", the temperature control section 500 corresponds to the "barrel temperature control section", the multiple barrel block sections 230a, ..., 230i correspond to the "multiple barrel block sections", the circulation pump 320 corresponds to the "circulation pump", the heat exchanger 350 corresponds to the "heat exchanger", the reserve tank 310 corresponds to the "reserve tank", the strainer 330 corresponds to the "strainer", and the flow rate control valve 360 corresponds to the "water flow control valve". valve", filter 340 corresponds to the "filter", pressure gauge 380 corresponds to the "pressure gauge", solenoid valves 240a, ..., 240i correspond to the "solenoid valve", piping P230a, ..., P230i correspond to the "piping formed for each of the multiple barrel blocks", multi-screw extrusion kneading device 100 corresponds to the "multiple-screw extrusion kneading device", screw 220 corresponds to the "screw", kneading section 221 corresponds to the "kneading section", and cooling water corresponds to the "cooling water".
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。 The above describes an embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment and can be modified and implemented in various ways within the scope of the claims.
100 複軸押出混練装置
200 複軸押出混練機
220 スクリュー
230a,~,230i 複数のバレルブロック部
221 ニーディング部
240a,~,240i 電磁弁
310 リザーブタンク
320 循環ポンプ
330 ストレーナ
340 フィルタ
350 熱交換器
360 流量調整バルブ
380 圧力計
380a 第1圧力計
380b 第2圧力計
500 温度制御部
P230a,~,P230i 配管
REFERENCE SIGNS LIST 100 Twin-screw extrusion kneading device 200 Twin-screw extrusion kneader 220 Screw 230a, ~, 230i Multiple barrel block sections 221 Kneading section 240a, ~, 240i Solenoid valve 310 Reserve tank 320 Circulation pump 330 Strainer 340 Filter 350 Heat exchanger 360 Flow rate control valve 380 Pressure gauge 380a First pressure gauge 380b Second pressure gauge 500 Temperature control section P230a, ~, P230i Piping
Claims (6)
前記複軸押出混練部のバレル温度をバレル冷却水循環装置および/または加熱装置により調整するバレル温度制御部と、を含み、
前記複軸押出混練部は、複数のバレルブロック部により前記被混練物の上流側から下流側への経路が形成され、
前記バレル温度制御部は、前記複数のバレルブロック部のうち1または複数に対して加熱および冷却を制御し、
前記バレル冷却水循環装置は、前記複数のバレルブロック部毎に形成された配管から、熱交換器、リザーブタンク、循環ポンプ、ストレーナ、フィルタ、および電磁弁を介して前記配管に至る第1経路と、前記循環ポンプから、前記ストレーナ、水流調節弁、前記リザーブタンクを介して前記循環ポンプに至る第2経路と、を含み、
前記フィルタは、50μm以下の濾過精度である、複軸押出混練装置。 A double-screw extrusion kneading section for kneading the material to be kneaded;
A barrel temperature control unit that adjusts the barrel temperature of the double-screw extrusion kneading section by a barrel cooling water circulator and/or a heater,
In the double-screw extrusion kneading section, a path of the material to be kneaded from the upstream side to the downstream side is formed by a plurality of barrel block sections,
The barrel temperature control unit controls heating and cooling of one or more of the plurality of barrel block units,
the barrel cooling water circulation device includes a first path extending from a pipe formed for each of the barrel block portions to the pipe via a heat exchanger, a reserve tank, a circulation pump, a strainer, a filter , and an electromagnetic valve, and a second path extending from the circulation pump to the circulation pump via the strainer, the water flow control valve , and the reserve tank ,
The filter has a filtering accuracy of 50 μm or less .
前記圧力計は、少なくとも第1圧力計および第2圧力計を含み、
前記第1圧力計は、前記フィルタの上流に設けられ、
前記第2圧力計は、前記フィルタの下流側に設けられた、請求項1から4のいずれか1項に記載の複軸押出混練装置。 A pressure gauge is provided in the first passage,
the pressure gauge includes at least a first pressure gauge and a second pressure gauge;
The first pressure gauge is provided upstream of the filter,
The double-screw extrusion kneader according to claim 1 , wherein the second pressure gauge is provided downstream of the filter.
前記複軸押出混練工程におけるバレル温度をバレル冷却水循環工程または加熱工程により調整するバレル温度制御工程と、を含み、
前記バレル温度制御工程は、前記複数のバレルブロック部のうち1または複数に対して加熱および冷却を制御し、
前記バレル冷却水循環工程は、前記複数のバレルブロック部毎に形成された配管内に循環ポンプ、ストレーナ、フィルタ、および電磁弁を介して供給し、熱交換器、リザーブタンクへと循環させる第1循環工程と、
前記循環ポンプからの冷却水を、前記ストレーナおよび水流調節弁を介して前記リザーブタンクへ循環させる第2循環工程と、を含み、
前記フィルタは、50μm以下の濾過精度である、複軸押出混練方法。
A double-screw extrusion kneading process in which a path from the upstream side to the downstream side of the material to be kneaded is formed by a plurality of barrel block portions, and the material to be kneaded is kneaded;
A barrel temperature control step of adjusting the barrel temperature in the double screw extrusion kneading step by a barrel cooling water circulation step or a heating step,
The barrel temperature control step controls heating and cooling of one or more of the barrel block portions,
The barrel cooling water circulation process includes a first circulation process of supplying the cooling water into pipes formed in each of the barrel block portions through a circulation pump, a strainer, a filter , and an electromagnetic valve, and circulating the cooling water to a heat exchanger and a reserve tank;
a second circulation step of circulating the cooling water from the circulation pump to the reserve tank through the strainer and the water flow control valve ;
The method for kneading by double-screw extrusion , wherein the filter has a filtering accuracy of 50 μm or less .
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