進化する二軸スクリュ押出機とコンパウンディング技術

自動車などの工業資材あるいは電子・光学部材、さらには医療福祉関連資材などに活用されているプラスチック製品には、高機能化・高付加価値化を目指す流れが急展開されている。これらの流れを陰で支えているのが二軸スクリュ押出機を中心とした各種複合材やポリマーアロイの開発や生産に関連するコンパウンディング技術の急速な進展である。二軸スクリュ押出機は無機フィラーや繊維強化剤などのコンパウンディングに広く用いられているが、近年はナノサイズのフィラーやポリマーアロイに対する要求が高まっている。このような高度な要求に対処していくためには、二軸スクリュの構成や駆動トルクなどの装置面の進展、流動解析技術の進化などを活用するばかりでなく、材料面と装置面との相乗的な関係をよく理解することが不可欠となる。 　本講演では、二軸スクリュ押出機を活用するための基本的な知識から研究開発、さらに生産現場において応用展開するための具体的な知見や活用事例、さらには最近の動向などを解説する。 　主として、プラスチック材料メーカー、各種コンパウンドメーカー、成形加工装置メーカー、プラスチック製品を活用する自動車、家電、包装、建材、医療福祉装置メーカーなどの技術者および研究者を対象に二軸スクリュ押出機を用いたコンパウンディング技術の基本から応用までを解説する。 　二軸スクリュ押出機技術を活用するコンパウンディング技術は広範囲にわたるので、ある程度対象の分野を絞る必要がある。ここでは、高機能なフィラーのコンパウンディング技術およびポリマーアロイの創製技術に焦点を合わせての解説とする。講演のレベルは中級以上とする。

1. 二軸スクリュ押出機設計技術の進展
   1. 二軸スクリュ押出機のスクリュおよびシリンダ構造の変化
      1. 二軸スクリュの溝深さ比 (Do/Di) の増大
      2. スクリュ回転数の高速化
      3. スクリュ長さ〔L/D〕の拡大
      4. スクリュ駆動トルクの増大
2. 二軸スクリュ押出機に対する混練技術の進展
   1. 二軸スクリュ押出機を用いたコンパウンディング操作因子
   2. 剪断混合作用
   3. 伸長混合作用
3. 二軸スクリュの組み合わせ技術に関する進展
   1. 広幅および狭幅のニーディングディスクの組み合わせおよびネジレ方向と混練度
   2. 各種のスクリュエレメントと混練挙動
   3. ギア型ミキシングスクリュエレメントの組み合わせと混練挙動
   4. 各種のスクリュエレメントの組み合わせと剪断応力
   5. ニーディングディスクに対する新しい形状設計の進展
4. 二軸スクリュ押出成形解析手法の進展
   1. 二軸スクリュ押出機内でのポリマーアロイの生成過程の解析手法
   2. 二軸スクリュ押出成形理論解析手法の進展
      1. 二軸スクリュ押出機全体に対する簡易理論解析手法
      2. 二軸スクリュ押出機に対する3次元流動理論解析技術
   3. 二軸スクリュの組み合わせを決定するための新しい手法の進展
      1. 遺伝的アルゴリズムを活用した二軸スクリュ組み合わせ方法の探索
      2. 人工知能AI技術を活用した二軸スクリュ組み合わせ方法の探索
5. 二軸スクリュ押出機を活用したコンパウンディング技術の進展
   1. ナノクレーに対するコンパウンディング技術
   2. カーボンナノチューブ (CNT) に対するコンパウンディング技術
      1. 従来のメルトブレンド法
      2. 伸長混合型スクリュを活用したメルトブレンド法
      3. 水アシスト法 (水スラリー法) を活用したメルトブレンド法
      4. ポリマーブレンド技術を併用したメルトブレンド法
6. 二軸スクリュ押出機を活用したポリマーアロイ創製技術の進展
   1. ナノスケールのモルフォロジー制御したポリマーアロイ化技術
   2. 動的架橋を活用したコンパウンディング技術
      1. 動的加硫と単純ポリマーブレンドの比較
      2. 動的加硫を活用した新規ポリマーアロイ創製技術
      3. 動的加硫を活用した使用済みゴムの再生・リサイクル技術
   3. 動的加硫ゴムに対する難燃剤のコンパウンディング技術
   4. ナノクレーを活用した天然ゴムコンポジットの新規モルフォロジー制御技術