最適化された押出スクリュー設計によりスループットと品質を最大化

デル・ウィリアムス | 2021 年 10 月 11 日

プラスチック業界では、ツイン スクリューは、原材料を硬質 PVC パイプまたはプロファイルに変換する押出プロセスの中心にあります。 これらの高度に設計されたコンポーネントは、さまざまな粘性物質を輸送、圧縮、混合、加熱、冷却、せん断し、ダイを通して高度に構造化された製品に圧送するために不可欠です。 したがって、ネジは生産スループットと最終品質の主要な要素でもあります。

押出成形プロセスにおいてスクリューが果たす重要な役割を考慮すると、必然的にスクリューを交換する時期が来ると、多くの硬質 PVC パイプまたはプロファイルのメーカーは、最適化されたスクリュー設計の影響を過小評価し続けています。 使用される原材料、レシピ、添加剤、フィラーはさまざまであるため、ねじは、製品のカテゴリに基づいて単純に「切り替える」ことができる既製の部品ではありません。

一方、最適化された設計は、プロセスのすべてのパラメーターを評価して、アプリケーションに適合するカスタマイズされたソリューションを作成するコンサルティング アプローチです。 設計に関する広範な知識ベースと押出プロセスの深い理解を持つ交換用スクリューのサプライヤーと連携すると、硬質 PVC 押出機にとって、スクリューの交換はタスクから機会に変わり、プロセスを改善し、現在の処理と製品の品質の問題を解決し、さらには次の交換はさらに先になるようにしてください。

硬質 PVC は、パイプ押し出し成形の作成によく使用されますが、ビニール クリック フローリングなどの製品のプロファイルにも使用されます。 硬質 PVC の理想的な加工には、すべての添加剤が粉末粒子の周囲に均一に分散された状態で材料を約 150°C の温度まで非常に均一に加熱できるスクリュー設計が含まれます。 次に、材料/粉末を剪断し、最適なゲル化と特性の均一性が得られる最終温度まで加熱します。 最終プロセス温度は 180°C ～ 200°C です。

このプロセスでは、二軸押出機には、噛み合う 2 本の同一のスクリューが対応するバレル内に収められています。 デザインは平行または円錐形にすることができます。 二軸押出では、パイプの製造に使用される PVC/cPVC (塩素化ポリ塩化ビニル) が、ダイに入る前に搬送、圧縮、脱気、可塑化、せん断、混練、溶融、均質化されます。平行ネジと円錐ネジは、ドアや窓に使用される uPVC (非可塑化ポリ塩化ビニル) や cPVC の加工にも使用されます。

このうちコニカルは供給面積が広く、ギヤボックスもシンプルですが、スクリューの長さに制限があるため低～中出力です。 一方、平行二軸ネジは長さに制限がありません。 この違いは、ねじのねじ山の外径に対する長さの比率である直径に対する長さ (L/D) として知られる重要なパラメータに反映されます。

「30 年前のネジの L/D は約 20、15 年前は約 30 L/D でした。 現在、多くのスクリューは 40 L/D で動作します」と、ポリマー工学の修士号を取得し、プラスチック押出ライン用のスクリューおよびバレル製造の専門知識を備えた、カナダのオンタリオ州を拠点とする特殊ポリマー技術マーケティング担当者である UniSol の社長であるシャヤン・モイン氏は言います。

スクリューが円錐形であっても平行であっても、困難な材料を押し出す場合には摩耗寿命が問題となります。 硬質 PVC では、研磨性または腐食性の充填剤が使用されているため、押出機は通常 1 ～ 4 年でスクリューの交換が必要になります。 「PVC には、ネジの摩耗を促進するタルクや炭酸カルシウムなどの充填剤が含まれています。 そのため、一部のネジは 1 年から 1 年半で交換が必要になります。 優れた配合を非常に慎重に実行した他の製品では、4 年間持続する可能性があります」とモイン氏は言います。

ほとんどの場合、ネジの摩耗の痕跡は、たとえわずかであっても明らかです。 ネジの摩耗は、加工や製品の品質に影響を与える可能性があります。 症状としては、スループットの低下、電熱の使用量の増加、より多くの添加剤の必要性、製造中の材料が焦げた臭いなどがあります。 摩耗はメインフィードポート、サイドフィーダー、およびダイ加圧ゾーンでのバックアップを引き起こす可能性もあり、これらすべてがさらに生産性を低下させます。