【技術情報】二軸押出機とは
二軸押出機
二軸押出機は、2本のスクリューを持つ押出機で、主に材料の混練・溶融・反応・成形プロセスに使用されます。
特に、同方向完全嚙合型の二軸押出機は、スクリューが複雑な動きをしながら材料を前進させ、
同時に強力に混練することができるため、高度な材料処理に優れた性能を発揮します。
これにより、複数の材料を均一に混ぜる能力に優れています。
複合材料やナノ材料などの材料も均質に混練され、高品質の混合物が得られます。
二軸押出機の基本構造
二軸押出機は、モーターによって動力が供給され、
減速機を介して適切な回転速度に制御された動力がスクリューに伝達されます。
スクリューは二本あり、バレル内で互いに噛み合う形で回転し、
原料を搬送しながら、剪断力と圧縮力を加えて溶融・混錬を行います。
バレルにはヒーターが取り付けられ、温度制御により材料の状態を最適に保ちます。
スクリューの形状や回転速度、バレルの温度によって、最終的な製品の品質や性能が大きく左右されます。
以下のような主要部品や付帯設備によって、基本的な二軸押出機は構成されます。
ホッパー / Hopper
材料の投入部です。ここから原材料が押出機内に供給され、全体のプロセスが始まります。
バレル / Barrel
材料が輸送される構造で、内部にスクリューが配置されています。
材料の温度や圧力を管理し、加熱や冷却のためのジャケットが装備されている場合もあります。
複数のバレルで構成されていることが多く、加工の段階に応じて温度を調整します。
ヒーター / Heater
バレルに取り付けられており、材料の温度を調整します。材料が適切な温度で加工されるよう、加熱が行われます。
スクリュ/ Screw
二軸押出機の最も重要な部品要素です。2本のスクリューがバレルの中に配置され、回転します。
スクリューの形状や配置は混練や材料の混練効率に大きく影響します。様々な役割を持つ
スクリュエレメントを組み合わせることにより、材料の輸送、分散・分配混練を行い、出口へ送り出します。
減速機 / Gearbox
モーターの回転力をスクリューに伝達するための機構です。
スクリューの回転速度やトルクを調整する役割を果たします。
モータ / Motor
押出機全体を動かす動力源です。
回転速度やトルクを制御することで押出の性能を調整します。
ダイヘッド / Die Head
押出された材料を成形する部分です。材料がここを通過するとき、特定の形状に成形されます。
ダイは製品の形状に合わせて交換が可能で、製品の種類に応じて設計されます。
付帯設備 / Ancillary Facility
二軸押出機には付帯設備が欠かせません。それぞれの付帯設備には多様な特徴があります。
フィーダーは原材料を安定して供給し、スクリーンチェンジャーは異物を除去、
ギアポンプは圧力と流量を安定化さます。冷却装置は成形後の材料を冷却し、
ペレタイザーは材料を粒状に切断する特徴があります。詳しくはこちらをご覧ください。
【技術情報】二軸押出機の付帯設備
二軸押出機の動作原理とプロセス
動作原理としては、材料がホッパーから供給され、スクリューの回転によって前方に移動します。
スクリュー同士が噛み合う構造のため、材料は圧縮されながら混ぜ合わされ、均一な状態にされます。
圧力や温度のコントロールが重要であり、必要に応じて熱を加えることで材料の融解や反応を促進します。
材料供給 / Feeding
フィーダーを用いることにより、ホッパーからスクリューへ原料が供給されます。
スクリューの回転により、原料は前方へ移動します。
加熱・溶融 / Heating and Melting
ヒーターによってバレル内の原料が加熱され、固体から液体または溶融状態に変化します。
温度管理はとても重要であり、溶融温度を精密にコントロールする必要があります。
分散・分配混合/ Dispersive and Distributive Mixing
スクリューが材料を押し進めると同時に、材料が混練されます。
スクリューフォーメーションにより、分散性や均質性が向上し、材料の特性が最適化されます。
分散・分配のメカニズムや技術情報は以下のページでも紹介しています。
【技術情報】二軸押出機の分散分配混合
脱揮/ Degassing
樹脂材料の中に含まれるガスや水分が、プロセス中に発生することがあります。
これを除去するために、脱気ゾーンが設けられています。
ベントから不要なガスや水分が排出され、製品の品質を高めます。
押出 / Extrusion
最後に、溶融された材料がダイを通じて押し出され、最終的な形状に加工されます。
冷却システムを利用することにより、材料が固化し、完成した製品となります。
二軸押出機の用途
二軸押出機は、その用途はペレット成形のような造粒のみならず、
リサイクル、フィラーコンパウンディング、ポリマーアロイ、ポリマーブレンド
脱揮、天然資源物とのコンパウンド、生分解性樹脂のコンパウンド・マスターバッチ等が考えられます。
シートやフィルムの直接成形から、反応、乾燥・脱水、脱モノマー、脱溶媒など多岐の分野での展開を期待できます。
二軸押出機の種類について
同方向完全嚙合型の二軸押出機の特徴について、簡単にご紹介しましたが、
上図の通り、2軸押出機でも様々なタイプの押出機に分類することができます。
2本のスクリュが嚙み合っているか、いないか、
2本のスクリュの回転方向が同方向か、異方向か、
この2点によって、押出機のタイプが大別されます。
スクリュの回転方向による違い
同方向二軸押出機は高せん断による混練に適しています。
異方向二軸押出機はカレンダー効果による分散能力に優れています。
【技術情報】異方向二軸押出機の特徴 同方向と異方向の違い
スクリュの噛み合いによる違い
完全噛合型はスクリューが互いに噛み合いながら回転することにより、材料を強力に混練します。
この構造は、均一な混合と高精度の処理が可能で、樹脂の配合や化学反応押出などに適しています。
高い剪断力と精密な混合を可能にし、非噛合型は穏やかな混合が特徴です
非嚙合型では、二軸スクリューが噛み合わず、独立して回転するタイプで、
剪断力は比較的低く、柔らかい混合が可能です。
押出機専業メーカー テクノベルの二軸押出機
テクノベルの押出機、同方向型と異方向型ともに製造・販売しております。
テクノベル 同方向二軸押出機 https://www.technovel.co.jp/products/product01/
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大阪の押出機専業メーカー 株式会社テクノベル
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