配布資料（PDF - 押出成形解析～HASLホームページ

二軸スクリュー押出機内未充満
状態の可視化実験と理論検証
金沢大学瀧健太郎，杉山武雅
本研究は二軸押出研究会の成果です．
1
発表内容
• 充満率測定法の確立
• HASL TSSとの比較
• 解析結果の詳細
• まとめと今後の予定
2
二軸押出機
同方向かみ合い型
二軸押出機
テクノベル社製
仕様
L/D = 90, D = 15
最大600 rpm
重量フィーダー付
3
材料，スクリュー構成，押出条件
• 材料
– ホモポリプロピレン F-300SP プライムポリマー製
– MFR 3.0，密度 900 kg/m3,
• 解析対象のスクリュー構成
流れ方向→
• 押出条件
– 300 rpm, 1 kg/h
– C1～C2はSV30℃，C3～ダイスまではSV200℃
4
粘度データとCrossモデル
1.E+05
T 160
複素粘度 [Pa s]
T 180
T 200
1.E+04
T 220
T 240
T 160
T 180
1.E+03
T 200
PP 25Φ, Gap 1.0 mm
γ=1%, MCR302 PTD650で測定
T 220
T 240
1.E+02
0.1
1
10
100
角周波数 [rad/s]
1000
5
実験手順
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
押出機ヒーター電源投入
スクリュー回転，試料フィード
定常待ち
スクリュー，フィーダー，ダイスヒーター停止
スクリューを１ｃｍほど抜き出す
スクリュー先端部のねじを外す．
SV 40℃に設定
8. 最先端のエレメントが十分に冷えたら，そのエレメントだけ
取り外す．
6
実験手順(つづき)
1. PVが100℃以下になったら，
2. スクリュー抜き出し用の治具を取り付け，ウインチでテン
ションを懸ける．
3. SVを200℃に設定する．
4. スクリューがテンションにより，自動的に抜き出されて来た
ら，ウインチで一気に引き抜く．
5. スクリューをバーナーで慎重に加熱し，2本に分割する．
6. 一本ずつ重量を測定し，エレメントごとに樹脂をかきとること
で，スクリューに付着した樹脂量を測定した．
7. スクリューに付着した樹脂量，バレル容積，スクリューと軸
の体積から充満率を計算した．
7
実験の様子
8
スクリュー全景とかきとり操作
スクリュエレメントごと
樹脂をかきとり，スクリュの
重量を測定
9
充満率の計算式（実験）
樹脂重量/溶融樹脂密度
f 
バレル容積  エレメント体積  軸体積
e
10
引抜時のバレル温度の影響
・引抜時のバレル温度が高いと樹脂が引抜方向とは反対の
上流側にずれてしまう
・一度バレルを冷却してから温度をあげて引き抜くことで，バレ
ルと樹脂の接触部分だけを溶融させて，樹脂が上流にずれる
ことを回避できるのではないかと考えた．
・10/30の実験では冷却をSV30にして行った．
実施日
引抜条件
10/27
SV30℃まで冷却し，その後昇温して引き抜いた．温度記録なし．
10/28
SV100℃まで冷却し，その後昇温して引き抜いた．
10/29
SV100℃まで冷却し，その後昇温して引き抜いた．
10/30
SV30℃まで冷却し，その後昇温して引き抜いた．温度記録あり．
11
引抜時のバレル温度
250
解析対象
バレルヒーター温度 [℃]
流れ方向 ⇒
200
150
引抜 10月30日
引抜 10月29日
100
引抜 10月28日
50
0
0
500
1000
スクリュー末端からの距離 [mm]
1500
12
計測区間上流側からの距離 [mm]
0.7
0.6
250
15/15.
15/15.
樹脂がずれている
20/20
20/10.
20/20
200
KD515L
15/7.5L
150
20/20
KD515R
100
20/20
流れ方向 ⇒
20/20
50
20/20
15/15
15/15
KD515R
KD515L
15/7.5L
20/20
0
20/20
20/20
20/20
充満率 [-]
引抜時バレル温度と充満率の関係
0.8
10月30日
10月29日
10月28日
10月27日
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
300
350
13
解析結果の詳細充満率
ニュートン 100 Pa・s
ニュートン 1,000 Pa・s
ニュートン 10,000 Pa・s
Cross
流れ方向 ⇒
14
フライトの充満状態
流れ方向 ⇒
15
流れ方向 ⇒
1
計測区間上流側からの距離 [mm]
20/10.
15/15.
15/15.
250
20/20
200
KD515L
15/7.5L
20/20
20/20
KD515R
150
20/20
100
KD515R
KD515L
15/7.5L
20/20
50
15/15
15/15
1.2
20/20
20/20
0
20/20
20/20
20/20
充満率 [-]
実験と解析の比較
100
1000
10000
10月30日
cross
0.8
0.6
0.4
0.2
0
300
350
16
フルフライト20/20の充満状態
10月27日
10月29日
17
解析結果の妥当性評価方法
• 充満率の絶対値の差異
– 0 mm（解析領域の最上流）における解析結果と実験
結果の充満率の差を計算
• グラフの形状の差異
1. 実験値との差の絶対値を解析領域全体で平均
(MSE)
2. 実験値との差の標準偏差を解析領域全体で計算
3. 標準偏差を平均で割ったCV値を求める
＊CV値がより小さいほうが実験結果に近いのではないか
18
0 mmにおける実測値と解析値の充満率の差
0.8
0.7
充満率の差 [-]
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
100
ニュートン
1000
ニュートン
10000
ニュートン
cross
非ニュートン
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各解析のCV値比較
0.6
0.5
CV値 [-]
0.4
0.3
0.2
0.1
0
100
ニュートン
1000
ニュートン
10000
ニュートン
cross
非ニュートン20
解析結果の詳細温度・圧力・粘度
cross
温度
圧力
粘度
21
まとめ
• 二軸押出機内の充満率の測定方法を確立し
た．
• HASL社製Twin Screw Simulatorとの比較を
行った．その結果，
定性
– フライト部分で樹脂の充満率分布が訂正的に一
致した．
– スクリュー全域にわたる充満率の比較では，
Crossモデルが良好な結果が得られた．
– 今後，充満率の絶対値を一致させるためにさらな
るモデルの改良が必要である．
22

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