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TWI873231B - 螺杆、擠出機及擠出方法 - Google Patents

螺杆、擠出機及擠出方法 Download PDF

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TWI873231B
TWI873231B TW109140767A TW109140767A TWI873231B TW I873231 B TWI873231 B TW I873231B TW 109140767 A TW109140767 A TW 109140767A TW 109140767 A TW109140767 A TW 109140767A TW I873231 B TWI873231 B TW I873231B
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elastic body
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spiral blade
extrusion
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TW109140767A
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佐藤忠資
野田誠
Original Assignee
日商日本中田工程股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種能夠提高可兼顧品質和生產率的彈性體的應用範圍的螺杆、擠出機以及擠出方法。螺杆(2)，其具有螺旋葉片(5)，上述螺杆(2)用於一邊混煉配合有100phr以上的二氧化矽而得到的高二氧化矽配合的可塑性彈性體(G)一邊將其擠出。螺杆(2)具有配置在擠出方向(A)最下游側的第一區域(6)。在第一區域(6)形成有在擠出方向(A)相鄰的螺旋葉片(5)之間相對於螺杆軸方向傾斜而延伸的阻擋件(9)。阻擋件(9)的長邊方向的長度w為第一區域(6)中的螺旋葉片(5)的導程長度L1的1.5~3.0倍。阻擋件(9)的高度h小於螺旋葉片(5)的高度H，且螺旋葉片5的高度H與阻擋件(9)的高度h的差(H-h)為2~10mm。阻擋件(9)的厚度t是螺旋葉片(5)的高度H與阻擋件(9)的高度h的差(H-h)的0.9~3.0倍。

Description

螺杆、擠出機及擠出方法
本發明涉及具有用於一邊混煉可塑性彈性體一邊將其擠出的螺旋葉片的螺杆、包含該螺杆的擠出機以及擠出方法。
以往，已知各種具有用於一邊混煉可塑性彈性體一邊將其擠出的螺旋葉片的螺杆。例如，下述專利文獻1提出通過設置混煉促進區域，可維持可塑性彈性體的良好品質，並提高其生產率的螺杆。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2019-043043號公報
有鑑於此，吾等發明人乃潛心進一步研究，並著手進行研發及改良，期以一較佳發明以解決上述問題，且在經過不斷試驗及修改後而有本發明之問世。
但是，專利文獻1的螺杆，阻擋件沿著螺杆軸方向，根據配合有二氧化矽的彈性體等經混煉的彈性體的種類，有時生產率降低。因此，在專利文獻1的螺杆中，對於品質和生產率的兼顧，也期望進一步的改善。
本發明是鑒於以上實際情況而提出的發明，其主要目的在於提供一種能夠提高可兼顧品質和生產率的彈性體的應用範圍的螺杆、擠出機以及擠出方法。
本發明是一種螺杆，其特徵在於，具有螺旋葉片，上述螺杆用於一邊混煉高二氧化矽配合的可塑性彈性體一邊將其擠出，上述高二氧化矽配合的可塑性彈性體是配合100phr以上的二氧化矽而得到的，上述螺杆具有配置在擠出方向最下游側的第一區域，在上述第一區域形成有在擠出方向相鄰的上述螺旋葉片之間相對於螺杆軸方向傾斜而延伸的阻擋件，上述阻擋件的長邊方向的長度為上述第一區域中的上述螺旋葉片的導程長度的1.5~3.0倍，上述阻擋件的高度小於上述螺旋葉片的高度，且上述螺旋葉片的高度與上述阻擋件的高度的差為2~10mm，上述阻擋件的厚度為上述螺旋葉片的高度與上述阻擋件的高度的差的0.9~3.0倍。
本發明的螺杆中，優選在上述第一區域形成有1~4片上述阻擋件。
本發明的螺杆中，優選：具有配置在上述第一區域的擠出方向上游側的第二區域，在上述第二區域中，上述螺旋葉片形成有銷通過用的切口部。
本發明的螺杆中，優選：在上述第二區域的擠出方向上游側具有與上述第二區域連續配置的第三區域，上述第三區域的上述螺旋葉片的至少一部分由1條螺紋形成。
本發明的螺杆中，優選：上述第三區域的擠出方向最上游側的一部分由多條螺紋形成。
本發明是一種擠出機，其特徵在於，包含上述螺杆和在內部配置上述螺杆的套筒，上述套筒包含插入在上述第二區域的上述螺旋葉片上形成的上述切口部的多個銷。
本發明是一種擠出機，其特徵在於，包含上述螺杆和在內部配置上述螺杆的套筒。
本發明是一種擠出方法，其特徵在於，用於使用上述擠出機擠出上述彈性體，上述擠出方法包括：投入工序，在上述套筒的內部投入上述彈性體；擠出工序，一邊混煉上述彈性體一邊將其擠出，上述擠出工序包括利用上述阻擋件使上述彈性體變形為薄膜狀的變形工序。
本發明的螺杆中，在第一區域形成有在擠出方向相鄰的螺旋葉片之間相對於螺杆軸向傾斜而延伸的阻擋件，上述阻擋件的長邊方向的長度為上述第一區域中的上述螺旋葉片的導程長度的1.5~3.0倍，上述阻擋件的高度小於上述螺旋葉片的高度，且上述螺旋葉片的高度與上述阻擋件的高度的差為2~10mm，上述阻擋件的厚度為上述螺旋葉片的高度與上述阻擋件的高度的差的0.9~3.0倍。
這樣的螺杆利用以特定的長度傾斜的阻擋件使彈性體依次變形為薄膜狀，並且可確保彈性體的通過量。因此，本發明的螺杆在抑制彈性體的過度發熱的，並且可確保彈性體的噴出量。
另外，即使是高二氧化矽配合的彈性體，這樣的阻擋件也不使其內部產生氣泡，可有高效進行輸送和變形，因此可提高彈性體的表面狀態。因此，本發明的螺杆能夠提高可兼顧品質和生產率的彈性體的應用範圍。
〔本發明〕
1:擠出機
10:切口部
11:銷
12:投入口
13:噴出口
14:驅動部
2:螺杆
20:擠出機
21:螺杆
22:套筒
23:螺旋葉片
3:套筒
4:螺杆軸
5:螺旋葉片
6:第一區域
7:第二區域
8:第三區域
9:阻擋件
A:擠出方向
G:彈性體
H、h:高度
L0:總螺紋長度
L1:導程長度
S1:投入工序
S2:擠出工序
S21:輸送工序
S22:剪切工序
S23:變形工序
t:厚度
w:長度
θ:角度
[圖1]是表示本發明的擠出機的一個實施方式的側視圖；[圖2]是第一區域的局部側視圖；[圖3]是圖2的A-A線的局部截面圖；[圖4]是擠出方法的流程圖；[圖5]是擠出工序的流程圖；[圖6]是其他實施方式的擠出機的側視圖。
關於吾等發明人之技術手段，茲舉數種較佳實施例配合圖式於下文進行詳細說明，俾供 鈞上深入瞭解並認同本發明。
以下，基於附圖對本發明的一個實施方式進行詳細說明。
圖1是表示本實施方式的擠出機1的側視圖。如圖1所示，本實施方式的擠出機1包含用於一邊混煉可塑性彈性體G一邊在擠出方向A將其擠出的螺杆2以及在內部配置螺杆2的套筒3。
作為可塑性彈性體G，例如可舉出未硫化橡膠、熱塑性彈性體等。彈性體G沒有特別限定，例如，如果是輪胎用橡膠，則由於近年的低油耗化的要求，優選為配合有50phr以上二氧化矽的高二氧化矽配合，更優選為配合有100phr以上二氧化矽的高二氧化矽配合。
本實施方式的螺杆2具有螺杆軸4和從螺杆軸4向螺杆2的徑向外側突出的螺旋葉片5。本實施方式的螺旋葉片5用於一邊混煉可塑性的彈性體G一邊將其擠出。
本實施方式的螺杆2具有配置在擠出方向A下游側的第一區域6、配置在第一區域6的擠出方向A上游側的第二區域7、以及配置在第二區域7的擠出方向A上游側的第三區域8。第一區域6、第二區域7和第三區域8，例如，在擠出方向A連續設置。
圖2是第一區域6的局部側視圖。如圖1及圖2所示，在本實施方式的第一區域6形成有在擠出方向A上相鄰的螺旋葉片5之間相對於螺杆軸方向傾斜地延伸的阻擋件9。阻擋件9的長邊方向的長度w優選為第一區域6中的螺旋葉片5的導程長度L1的1.5~3.0倍。在此，阻擋件9相對於螺杆軸方向傾斜地延伸意味著阻擋件9的長邊方向相對於螺杆軸方向具有大於0°且小於90°的角度θ。
由於這樣的阻擋件9以特定的長度傾斜，因此可使彈性體G依次變形為薄膜狀，並且可確保彈性體G的通過量。因此，本實施方式的螺杆2可抑制彈性體G的過度發熱，並且可確保彈性體G的噴出量。另外，即使這樣的阻擋件 9是高二氧化矽配合的彈性體G，也可不使其內部產生氣泡，且有效進行輸送和變形，因此可提高彈性體G的表面狀態。因此，本實施方式的螺杆2能夠提高可兼顧品質和生產率的彈性體G的應用範圍。
阻擋件9的長邊方向的長度w更優選為第一區域6中的螺旋葉片5的導程長度L1的2.0倍以上。另外，阻擋件9的長邊方向的長度w更優選為第一區域6中的螺旋葉片5的導程長度L1的2.5倍以下。這樣的阻擋件9適於使高二氧化矽配合的彈性體G有效輸送和變形，有助於兼顧彈性體G的品質和生產率。
阻擋件9相對於螺杆軸方向的角度θ優選為10°以上，更優選為20°以上，優選為80°以下，更優選為70°以下。這樣的阻擋件9適於使高二氧化矽配合的彈性體G有效輸送和變形，有助於兼顧彈性體G的品質和生產率。
本實施方式的第一區域6的螺旋葉片5由2條螺紋形成。第一區域6的螺旋葉片5並不限定於2條螺紋，例如，也可以是1條螺紋，也可以是3條以上的多條螺紋。另外，第一區域6例如也可以由部分條數不同的螺紋形成。
在此，1條螺紋是在螺杆軸4的軸向的同一部分具有1個螺旋葉片5的方式。另外，2條螺紋是在螺杆軸4的軸向的同一部分具有2個螺旋葉片5的方式。而且，多條螺紋是指在螺杆軸4的軸向的同一部分具有2個以上的螺旋葉片5的方式。2條螺紋是多條螺紋的一個方式。
在第一區域6中，優選形成有1~4片阻擋件9。在本實施方式中，例示在第一區域6形成有1片阻擋件9的結構。這樣的第一區域6可利用阻擋件9使彈性體G變形為薄膜狀而向擠出方向A下游側流動，因此可將彈性體G的分子均勻地細微地切斷。因此，本實施方式的擠出機1可降低擠出的彈性體G的膨脹率，並且可提高彈性體G的表面狀態。因此，本實施方式的擠出機1可實現擠出後的 彈性體G的形狀的穩定化，並且可提高彈性體G的表面狀態，因此可擠出高品質的彈性體G。
圖3是圖2的A-A線的局部截面圖。如圖3所示，本實施方式的阻擋件9的高度h小於螺旋葉片5的高度H。螺旋葉片5的高度H與阻擋件9的高度h的差(H-h)優選為2~10mm。通過使差(H-h)為2mm以上，可抑制彈性體G的過度發熱，並且可確保彈性體G的噴出量，可兼顧品質和生產率。通過使差(H-h)為10mm以下，可促進彈性體G的變形，可提高品質。
阻擋件9的厚度t優選為螺旋葉片5的高度H與阻擋件9的高度h的差(H-h)的0.9~3.0倍。通過使厚度t為差(H-h)的0.9倍以上，可促進彈性體G的變形，可提高品質。通過使厚度t為差(H-h)的3.0倍以下，可抑制彈性體G的過度發熱，並且可確保彈性體G的噴出量，可兼顧品質和生產率。
如圖1所示，本實施方式的第二區域7的螺旋葉片5由2條螺紋形成。第二區域7的螺旋葉片5並不限定於2條螺紋，例如，也可以是1條螺紋，也可以是3條以上的多條螺紋。另外，第二區域7例如也可以由部分條數不同的螺紋形成。
在本實施方式的第二區域7中，螺旋葉片5形成有銷通過用切口部10。套筒3優選包含插入在第二區域7的螺旋葉片5上形成的切口部10的多個銷11。這樣的第二區域7利用銷11剪切在螺杆2與套筒3之間混煉的彈性體G而提高彈性體G的混合分散效果，並提高彈性體G的品質。
銷11在螺杆軸4的軸向上設置有多列，例如2~5列。在本實施方式中，例示在螺杆軸4的軸向上設置有3列銷11的結構。銷11相對於螺杆軸4的軸 向的相同部分設置有多個，例如4~8個。這樣的銷11有助於提高彈性體G的混合分散效果，提高彈性體G的品質。
多個銷11優選構成為能夠分別變更向套筒3的內部的突出量。這樣的銷11可根據混煉的彈性體G而單獨調整突出量。
本實施方式的第三區域8，螺旋葉片5的至少一部分由1條螺紋形成。這樣的第三區域8的投入的彈性體G的輸送性良好，可將彈性體G有效向第二區域7側送出，因此可提高生產率。
第三區域8優選為總螺紋長度L0的20%~40%的範圍。通過使第三區域8為總螺紋長度L0的20%以上，可有效輸送彈性體G，可提高生產率。通過第三區域8為總螺紋長度L0的40%以下，可相對擴大第一區域6和第二區域7的範圍，有助於提高彈性體G的品質。
本實施方式的套筒3包含投入彈性體G的投入口12和噴出混煉後的彈性體G的噴出口13。投入口12優選設置在與螺杆2的第三區域8對應的部分。噴出口13優選設置在螺杆2的第一區域6的擠出方向A下游側。這樣的套筒3可增大從投入口12至噴出口13的距離，有助於提高彈性體G的品質。
螺杆2優選通過配置在套筒3的擠出方向A上游側的驅動部14在一個方向旋轉。螺杆2的轉速可通過驅動部14適當調整。這樣的螺杆2可根據擠出機1的運轉狀況容易變更轉速。
接著，參照圖1~圖3對本實施方式的擠出方法進行說明。
圖4是本實施方式的擠出方法的流程圖。如圖4所示，本實施方式的擠出方法適於使用擠出機1擠出配合有優選為50phr以上，更優選為100phr以上的二氧化矽的高二氧化矽配合的彈性體G。
本實施方式的擠出方法，首先在套筒3的內部進行投入彈性體G的投入工序S1。投入工序S1例如可連續投入彈性體G。彈性體G的投入速度優選根據擠出機1的運轉狀況適當調整。這樣的投入工序S1即使是高二氧化矽配合的彈性體G，也可向套筒3的內部投入適當量的彈性體G。
本實施方式的擠出方法，在投入工序S1之後，進行一邊混煉彈性體G一邊將其擠出的擠出工序S2。擠出工序S2優選通過使螺杆2旋轉而向擠出方向A依次擠出彈性體G。這樣的擠出工序S2能夠以兼顧高二氧化矽配合的彈性體G的品質和生產率的方式擠出。
圖5是擠出工序S2的流程圖。如圖5所示，本實施方式的擠出工序S2首先進行將投入的彈性體G向擠出方向A下游側輸送的輸送工序S21。輸送工序S21優選在螺杆2的第三區域8進行。這樣的輸送工序S21可有效輸送高二氧化矽配合的彈性體G，可提高生產率。
本實施方式的擠出工序S2，在輸送工序S21之後，進行利用銷11對在螺杆2與套筒3之間混煉的彈性體G進行剪切的剪切工序S22。剪切工序S22優選在螺杆2的第二區域7進行。這樣的剪切工序S22可提高高二氧化矽配合的彈性體G的混合分散效果，提高品質。
本實施方式的擠出工序S2，在剪切工序S22之後，進行利用阻擋件9使彈性體G變形為薄膜狀的變形工序S23。變形工序S23優選在螺杆2的第一區域6進行。這樣的變形工序S23可抑制彈性體G的過度發熱，並且確保彈性體G的噴出量，可兼顧品質和生產率。
圖6是其他實施方式的擠出機20的側視圖。具有與上述實施方式相同的功能的要素標注相同的符號，並省略其說明。如圖6所示，本實施方式的 擠出機20包含：螺杆21，其用於一邊將可塑性彈性體G混煉一邊在擠出方向A擠出；套筒22，其在內部配置螺杆21。
該實施方式的螺杆21具有螺杆軸4和從螺杆軸4向螺杆21的徑向外側突出的螺旋葉片23。優選螺杆21與上述的螺杆2相同，具有配置在擠出方向A下游側的第一區域6、配置在第一區域6的擠出方向A上游側的第二區域7、配置在第二區域7的擠出方向A上游側的第三區域8。
在該實施方式中，例示了在第一區域6形成有3片阻擋件9的結構。這樣的第一區域6利用阻擋件9將彈性體G的分子更細微地切斷，可更加提高彈性體G的品質。
在該實施方式中，例示了在第二區域7的螺杆軸4的軸向設置有4列的銷11的結構。這樣的銷11可更加提高彈性體G的混合分散效果，更加提高彈性體G的品質。
該實施方式的第三區域8的擠出方向A上游側的一部分由多條螺紋形成。在該實施方式中，例示了第三區域8的擠出方向A上游側的一部分由2條螺紋和6條螺紋形成的結構。這樣的第三區域8維持從投入口12投入的彈性體G的咬入性的同時，促進混合分散，有助於兼顧彈性體G的品質和生產率。
以上，對本發明的特別優選的實施方式進行了詳述，但本發明並不限定於上述實施方式，可變形為各種方式來實施。
實施例
基於[表1]及[表2]的規格試製了圖1至圖3及圖6表示的實施例的螺杆。作為比較例，試製了第三區域由2條螺紋形成且未設有阻擋件的比較例1的螺杆、和第三區域由1條螺紋形成且阻擋件在螺杆軸的軸向延伸的比較例2的螺 杆。使用包含試製的螺杆的擠出機，利用圖4和圖5所示的擠出方法進行擠出彈性體的試驗，評價擠出的彈性體的品質和生產率。試驗的共通事項和試驗方法如以下所示。
<共通事項>
彈性體：配合有100phr的二氧化矽的未硫化橡膠
第一區域：2條螺紋
第二區域：2條螺紋
<品質試驗>
擠出的彈性體的表面狀態以根據算術平均高度求出的表面粗糙度來測定。結果以表面粗糙度的倒數由以比較例1為100的指數表示，顯示：數值越大，表面狀態越良好，品質越優異。
<生產率試驗>
測定擠出的彈性體的噴出量。結果由以比較例1為100的指數表示，顯示：數值越大，表示噴出量越大，生產率越優異。
將試驗的結果示於[表1]和[表2]。
Figure 109140767-A0305-12-0011-1
Figure 109140767-A0305-12-0012-2
Figure 109140767-A0305-12-0012-3
Figure 109140767-A0305-12-0013-4
試驗的結果確認到：實施例的擠出機相對於比較例的擠出機，品質試驗和生產率試驗的評價的合計值提高，對於高二氧化矽配合的未硫化橡膠也兼顧品質和生產率。
綜上所述，本發明所揭露之技術手段確能有效解決習知等問題，並達致預期之目的與功效，且申請前未見諸於刊物、未曾公開使用且具長遠進步性，誠屬專利法所稱之發明無誤，爰依法提出申請，懇祈 鈞上惠予詳審並賜准發明專利，至感德馨。
惟以上所述者，僅為本發明之數種較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1:擠出機
10:切口部
11:銷
12:投入口
13:噴出口
14:驅動部
2:螺杆
3:套筒
4:螺杆軸
5:螺旋葉片
6:第一區域
7:第二區域
8:第三區域
9:阻擋件
A:擠出方向
G:彈性體
L0:總螺紋長度

Claims (9)

  1. 一種螺杆，其特徵在於，具有螺旋葉片，所述螺杆用於一邊混煉高二氧化矽配合的可塑性彈性體一邊將其擠出，所述高二氧化矽配合的可塑性彈性體是配合100phr以上的二氧化矽而得到的，所述螺杆具有配置在擠出方向最下游側的第一區域，在所述第一區域形成有在擠出方向相鄰的所述螺旋葉片之間相對於螺杆軸方向傾斜而延伸的阻擋件，所述阻擋件的長邊方向的長度為所述第一區域中的所述螺旋葉片的導程長度的1.5~3.0倍，所述阻擋件的高度小於所述螺旋葉片的高度，且所述螺旋葉片的高度與所述阻擋件的高度的差為2~10mm，所述阻擋件的厚度為所述螺旋葉片的高度與所述阻擋件的高度的差的0.9~3.0倍。
  2. 如請求項1所述之螺杆，其中，在所述第一區域形成有1~4片所述阻擋件。
  3. 如請求項1或請求項2所述之螺杆，其中，所述螺杆具有配置在所述第一區域的擠出方向上游側的第二區域，在所述第二區域中，所述螺旋葉片形成有銷通過用切口部。
  4. 如請求項3所述之螺杆，其中，在所述第二區域的擠出方向上游側具有與所述第二區域連續配置的第三區域，所述第三區域的所述螺旋葉片的至少一部分由1條螺紋形成。
  5. 如請求項4所述之螺杆，其中，所述第三區域的擠出方向最上游側的一部分由多條螺紋形成。
  6. 一種擠出機，其特徵在於，包含如請求項1或請求項2所述之螺杆和在內部配置有所述螺杆的套筒。
  7. 一種擠出機，其特徵在於，包含如請求項3至請求項5中任一項所述之螺杆和在內部配置有所述螺杆的套筒。
  8. 如請求項7所述之擠出機，其中，所述套筒包含插入在所述第二區域的所述螺旋葉片上形成的所述切口部的多個銷。
  9. 一種擠出方法，其特徵在於，用於使用如請求項6至請求項8中任一項所述之擠出機擠出所述彈性體，所述擠出方法包括：投入工序，其中，在所述套筒的內部投入所述彈性體；和擠出工序，其中，一邊混煉所述彈性體一邊將其擠出，所述擠出工序包括利用所述阻擋件使所述彈性體變形為薄膜狀的變形工序。
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