二軸押出機内の樹脂混練・分散メカニズムとその実際

2軸押出機で分散を図る場合、ほとんどの場合最大粒子径がミクロンサイズ以上になる (ミクロン分散) 。しかし、最近では最大粒子径がサブミクロン、ナノ分散 (100nm以下) を求める要求が強まった。ナノ分散は特殊な技術、装置でしか実現できない。その中間領域のサブミクロン分散をなんとか2軸押出機で実現したいという願望が強い。今この領域の実現が大きな課題である。 　単なる2軸押出機では実現できない。最大の手法は分散性に均一性を十分実現すれば、可能になる。均一性を実現する技術を付加する必要がある。それらの付加技術全体を展望し、すでに完成した技術および今後われわれが実現しなくてはならない技術を紹介する。完成もしくはほぼできつつある技術であるので、実用化すれば大きな戦力になることは間違いない。更にスケールアップが容易にできなくてはならない。その手法を説明する。

1. 2軸押出機におけるせん断作用の技術展開
   1. コンパウンド、ポリマーアロイ製造に2軸押出機応用が主流になった背景
      • 応用せん断速度 (応力) 領域の拡大
      • 高噛合化、高速化、高トルク化、高L/D化がもたらした応用技術
   2. 理想的分散理論
      • マッケルビーの2粒子分割理論と橋爪の回転粒子分散理論
   3. 凝集粒子解砕特性
      • 凝集粒子の破壊力は、凝集次数と凝集粒子径の関数で表す
2. フィラーのせん断分散性解析の最近の傾向
   1. これまでの研究・開発では「破砕分散」に重点を置き過ぎた
      • もっと均一分散性 (粒子径、存在位置) に注力しなければならない
      • 究極の目標は、全粒子がナノ分散することである
   2. 「分配分散」の検証
      1. 分配分散の2面性「送り込み分配分散」と「まき散らし分配分散」
         • 「破砕分散品質到達点」前後で分配分散形態が変わる
      2. 橋爪の5段階分散モデルとパームグレンの4段階分散モデル
      3. 「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
         • 伸長流動分散との共存
      4. 「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。
   3. 最適分散速度 (応力) の存在
3. 伸長流動分散
   1. アフィン変形、比アフィン変形と伸長流動分散機構
   2. 紐が粒子ヘと切断するメカニズム、切断後の粒子径が揃う現象
   3. せん断流動、伸長流動における破断条件の臨界キャピラリ – 数の特性
   4. せん断流動、伸長流動の混成流動における分散特性
   5. UtrackiのEFMと橋爪のEFDM
   6. EME押出機とCNTの分散
   7. 橋爪の伸長分散モデル装置による実験結果
      • PA中にHDPEを分散する
   8. Ring Segmentを用いたHDPE中へのUHMWPEの分散 伸長力と粒子径が比例する (スケールアップの必要がない)
   9. エラストマーどうしの分散
   10. 伸長流動分散粒子は再凝集しない
4. ナノ分散と強度向上現象
   1. 材料の機械強度が向上する現象解明
   2. ナノ分散コンポジットの強度向上はバウンドポリマーが要因
   3. ナノ分散ポリマーアロイの強度向上は粒子相互の応力拡散が要因
   4. 種々のナノ分散手法
5. 可視化技術と実際
   1. 静止材料の構造を観察する
   2. 押出機シリンダー面からの樹脂挙動を観察する
   3. 2軸押出機内の材料の流れを観察する
      以上流動解析とか流れ解析の実証に応用され始めている
6. フィラーの分散品質が精度よく予測できる
   1. 品質に関して従来の相似測は成り立たない
   2. 分散品質の事前予測技術
      1. 新しい分散パラメータの応用
      2. 品質方程式の作成方法
      3. 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
   3. 有効時間の解析
7. 質疑応答