二軸押出機における分散現象解明&分散品質予測技術

EFMによる3D解析が2軸押出機内の樹脂流動解明を可能にしつつある現状は好ましいが、しかし分散現象、品質解析はおぼつかない。分散品質を得るために、実際の品質関連挙動をもう少し詳しく解明する必要がある。最近の研究を紹介する。従来困難であったHMWPEの分散が可能になり、二軸押出機操作全体を1つの系としてみた場合の品質予測ができるようになった。また、分散作用における最適せん断速度の存在理由も解析できた。こうした混練分散品質に関連する最近の研究を紹介する。

1. フィラーのせん断分散性に関する最近の解析傾向
   1. これまでの研究・開発では破砕分散性に重点を置き過ぎた
   2. 分配分散性をもっと見直すべき
      1. 分配分散の二面性
         • 破砕分散品質到達点前後の分散性の違いと実際
      2. 送り込み分配分散 … せん断破砕分散と同居する
         • どういう役目か、どのようにコントロール、評価するのか
           Blister Ring, Ring Segment, 絞り機構の応用、T関数の応用
           Ring、絞りには、伸長流動分散効果の副次効果がある
         • 伸長流動分散の均一性が今後大きな分野に発展する可能性がある
           米国のVane Extruderなど分散機構の3分類
           せん断流動、伸長流動の共存流動における分散性
           HMWPEがHDPE中で分散した (相対粘度≧4.0でも可能)
         • メルトフラクチャを送り込み分配分散に応用する
      3. まき散らし分配分散 … 単独で作用する
         • どういう役目か、どのようにコントロール、評価するのか。
           Gear Elementなど … 欧米の方式
           CTM, Static Mixerなど … 日本の方式
      4. 橋爪の5段階分散モデル:Palmgrenの4段階モデルとの比較
2. せん断破砕分散、せん断分配分散の品質評価実験
   1. Ulrichの2軸押出機解析モデル (2Dimension Model)
      1. 無次元数Λの応用
         2軸押出機の大略の挙動解析ができる
      2. せん断破砕分散、分配分散の品質評価実験のやりかた
      3. 同じ材料を用いるなら両分散水準が予測できる技術ができる
         スクリュー設計を変更しても解析できる
         異なる材料 (粘度比対応) に対しては相対分散評価が出る
   2. 凝集破壊に関する最近の解析 (被分散相に注目する)
      1. 凝集粒子の破壊力は、凝集次数と凝集粒子径の関数である
         CBでの解析結果
3. バウンドラバー、バウンドポリマーとナノ分散との相関
   1. 材料の機械強度が向上する現象解明
      1. コンパウンドの場合
         限界粒子間距離が関与する。粒子径は直接関与しない
         両粒子上のSticky Hard 層の高分子が絡まる。接触ではない。
      2. ポリマーアロイの場合
         各粒子が相互に流路干渉することによる。
   2. Shear Thinning流体とShera Thickening流体
      1. 分散後の材料粘度ではなくて、分散中の材料粘度が問題
         <分散後の材料粘度はShear Thinning流体>
      2. コロイドだけではなく、コンパウンドでもこの流動形態変化現象がある。
         コロイドでは、Newtonian→Shear Thinning→Newtonianが多い
         CBコンパウンドでは、CBコロイド溶液と同じで、
         Shear thinning→Shear thickening→Shear Thickeningとなる
      3. 流動形態の変化は何に起因するか
         無機粒子表面における、高分子と電気的な結合状態の変化とする理論
      4. 分散に最適なせん断分散速度が存在する。 (全Fillerには適用できない)
         CB分散では顕著な特性がある
         エラストマー、ゴムの混練でも発生する
4. Fillerの分散品質が予測できる時代に入った。
   1. 従来の相似側は役に立たない。分散現象では相似実験ができない
   2. 分散品質予測技術
      1. 品質方程式の作成方法
      2. 分散品質予測精度の確認 精度を上げるため、ノイズ実験を消去する方法
• 質疑応答