プラスチック押出成形の科学的原理とは？

プラスチック押出成形は、原料プラスチックを熱と圧力で連続的な形状に変えるもので、パイプ、シート、フィルムなどさまざまな製品を作るのに欠かせない技術である。

プラスチック押出成形は、ポリマーを溶かしてダイに通し、連続的な形状にすることで、パイプやシート、フィルムなどを効率よく作ることができる。

プラスチック押出成形を理解することは、製造工程を最適化する鍵である。この方法により、多様なプラスチックプロファイルを作成することができます。さまざまな押出成形技術が生産ラインにどのようなメリットをもたらすのか、さらに深く掘り下げてみましょう。

プラスチック押出成形の基本原理とは？

プラスチック押出成形は、材料を様々な産業で使用される製品に成形する基本的な製造プロセスです。制御された加熱と押し出しによって、原料プラスチックはチューブ、フィルム、シートなどの多目的な製品に生まれ変わります。

プラスチック押出成形は、ダイを通してプラスチックを溶融・成形し、パイプのような連続製品を製造する。主な部品には、押出機、ダイス、冷却装置などがあり、自動車や建設産業での効率的な製造に欠かせない。

機械原理

押出成形は簡単だ。バレル内でスクリューが回転し、プラスチックを前方に押し出す。スクリューは実際には傾斜面または傾斜路であり、中心層に巻きついている。その目的は、より大きな抵抗に打ち勝つために圧力を高めることである。

すなわち、固体粒子（フィード）のバレル壁面に対する摩擦と、スクリューの最初の数回転（フィードゾーン）における粒子間の摩擦、溶融物のバレル壁面への付着、および溶融物が押し出される際の溶融物内部の流動抵抗です。

熱原理

熱可塑性プラスチックは、熱くなると溶けて、冷えると固まるプラスチックである。プラスチックを溶かすための熱はどこから来るのでしょうか？フィードスロートとバレル/ダイのヒーターは役に立つかもしれませんし、立ち上げ時には重要ですが、モーター入力エネルギー、つまりモーターが厚い溶融プラスチックの抵抗に逆らってスクリューを回すときにバレル内の摩擦によって発生する熱は、小型システムを除いて、すべてのプラスチックにとって最も重要な熱源です。 スクリュースピード¹ース、高融点プラスチック、押出コーティング用途に使用される。

ギアリングの原則

ほとんどの押出機では、スクリュー速度の変更はモーターの回転数を調整することで行います。モーターは通常、約1750rpmのフルスピードで作動しますが、これは押出機のスクリューにとっては速すぎます。

それほど速く運転すると、摩擦熱が発生しすぎてプラスチックの滞留時間が短くなり、均一でよく混ざった溶融物を調製することができなくなる。一般的な減速比は10:1から20:1の間である。第1段は歯車でもプーリーでも使用できるが、第2段は歯車を使用し、スクリューは最後の大きな歯車の中心に位置する。

低速回転の機械（UPVC用ツインスクリューなど）では、減速段が3つあり、最高回転数が30rpm以下（比率は最大60：1）というものもある。一方、ミキシングに使用される非常に長いツインスクリューの中には、600 rpm以上で運転されるものもあるため、非常に低い減速率と多くの深い冷却が必要となります。

押出成形のプロセスパラメーターとは？

押出成形のパラメータは、製品の品質と効率を定義し、さまざまな製造分野で重要な役割を果たしています。

押出成形のパラメーターには、バレル温度、スクリュー速度、金型設計などがあり、流動性、形状、精度に影響を与える。

温度

温度は押出成形を円滑に進めるための重要な条件の一つである。粉末や粒状の固体材料から出発して、高温の製品がダイヘッドから押し出され、複雑な温度変化の過程を経ます。

厳密には、押出成形温度はプラスチック溶融物の温度を指すべきであるが、この温度はバレルとスクリューの温度に大きく依存し、またバレル内で混合する際に発生する摩擦熱に由来する部分も少なくないため、成形温度の近似値としてバレル温度が用いられることが多い。

バレル内のプラスチックをスムーズに搬送・溶融・均質化・押出しし、高品質な部品を効率よく生産するためには、バレル各部の温度管理がポイントになる。バレルの温度は、加熱冷却システムと 温度調節² 押出機のシステム。

ヘッド温度はプラスチックの熱分解温度以下に制御する必要があり、ダイの温度はヘッド温度より若干低くてもよいが、プラスチック溶融物の流動性が良好であることが保証されなければならない。

また、成形時の温度変動や温度差は、残留応力や各部の強度ムラ、樹脂部品の表面のくすみなどの不良の原因となります。このような変動や温度差の原因は、不安定な加熱・冷却システム、スクリュー回転数の変化など様々な要因がありますが、スクリューの設計・選定が最も大きな影響を与えます。

圧力

押し出すとき、プラスチックはダイの中を押し出さなければならない。チューブから歯磨き粉を絞り出そうとするようなものだ。強く押さないと出てきません。バレル内を通過する際のプラスチック内部の圧力が、プラスチックを溶かして固形部品にするのです。

金型圧力を上げれば、溶融物の混合をよくし、製品をより密にすることができる。しかし、ダイス圧を上げすぎると、製品が少なくなる。

温度と同様、圧力の経時変化も周期的な変動を生み、プラスチック部品の品質に悪影響を及ぼす。

スクリュー速度の変化や加熱・冷却システムの不安定性は、すべて圧力変動の原因である。圧力変動を抑えるためには、スクリュー回転数を適度に制御し、加熱・冷却装置の温度制御精度を確保する必要がある。

押出速度

押出率（押出速度ともいう）とは、押出機のダイから一定時間内に出てくるプラスチックの量のことである。通常、キログラム毎時またはメートル毎分で測定されます。押出速度の大小によって、押出機がどれだけの量を製造できるかがわかります。

ダイ、スクリュー、バレルの構造、スクリュー速度、加熱・冷却システムの構造、プラスチックの特性など、押出速度に影響を与える要因は多い。

理論と実践の両方が示している。 押出率³ は、スクリューの直径、らせん溝の深さ、均質化セクションの長さ、スクリュー速度が増加するにつれて増加し、スクリュー末端での溶融圧力およびスクリューとバレル間のギャップが増加するにつれて増加する。

押出機の構造、プラスチックの種類、プラスチック部品の種類が決まれば、押出速度はスクリュー速度にしか関係しない。したがって、スクリュー速度を調整することは、押出速度を制御するための主な対策である。

押出速度も生産中に変化し、プラスチック部品の形状やサイズに影響します。そのため、スクリューの設計と寸法を正しくすることに加え、スクリュー速度と押出温度を制御する必要があります。そうすれば、温度変化による押出圧力や溶融粘度の変化を抑えることができます。そうすれば、押出速度が変化するのを防ぐことができます。

トラクション・スピード

プラスチックを押し出すと、連続した長い部品ができる。それを引っ張るものが必要です。プラスチックはダイから出てくるときに引き伸ばされます。伸ばせば伸ばすほど、伸ばした方向に強くなりますが、冷えると収縮も大きくなります。

通常は、押し出す速度と同じ速度で引き出します。引き出す速度と押し出す速度の比を 引き比⁴.1以上でなければならない。

プラスチック押出成形のステップとは？

プラスチック押出成形は、原料プラスチックをパイプやシートのような連続した形状に加工するもので、多くの製造用途に欠かせない。

プラスチック押出成形は、原料プラスチックを供給し、溶融し、ダイを通して成形し、冷却してパイプやシートのような連続的な形状を作る。

供給と予熱

プラスチック押出機の供給装置は、通常、漏斗の設計を使用して、バレルにプラスチック原料を追加します。供給プロセスでは、原料を予熱して流動性と溶融効果を高める必要があります。予熱は、バレルの外側のヒーターで行うことも、原料を予熱器で予熱することもできます。

溶解と搬送

原料がバレルに入ると、スクリューが原料を押し続ける。その間、バレルの外側にあるヒーターが原料を加熱し、溶かして粘着性のある液体にします。スクリューとヒーターが連動して、バレル内で液体が層状になる。

スクリューはプラスチック押出機の重要な部品であり、その形状や構造は、プラスチックの溶解や移動に大きな影響を与えます。スクリューは通常、部分的に作られており、スクリューの異なる部分は、異なる種類のプラスチックに対応するために、異なるねじ山の深さと幅を持っています。

スクリューの回転速度も、プラスチックを溶かして移動させるのに重要で、使用するプラスチックの種類や温度、作りたいものによって速度を変えなければならない。

押出成形

プラスチックが溶融され、搬送された後、プラスチック溶融物はダイ（金型）部分に到達する。ダイは、製品の形状や要求に応じて、溶融物を所望の形状に押し出します。ダイの構造や設計は製品の成形効果に重要な影響を与えるため、製品の要求に応じて設計・製造する必要がある。

溶融物が押し出されると、ダイの内部で圧力とせん断力を受け、徐々に製品の形状が形成される。同時に、ダイの外側にある冷却装置によって製品が冷却され、一定の形や大きさに保たれます。冷却速度や冷却方法は、製品の材質や要求に応じて調整する必要がある。

トラクションとカッティング

押出成形後、製品をダイから引き出して切断する必要がある。牽引装置は通常、摩擦によって製品をダイから引き出すために、クローラーまたはローラー設計を使用します。切断装置は、製品の仕様と品質を保証するために、製品の長さと要件に応じて切断します。

プラスチック押出工程の特徴とは？

プラスチック押出工程は、建築や包装などの産業にとって重要な、一貫した断面を持つ連続的なプロファイルを製造するために広く使用されている汎用性の高い製造方法です。

プラスチック押出成形は、ペレットを溶融し、ダイを通して成形するもので、汎用性、効率性、および大規模生産のための費用対効果を提供する。

精密プラスチック成形

押し出し製品の精度は比較的高く、直径、厚さ、長さなど、指定された精度の製品を生産することができる。高精度の製品は、顧客のニーズに応えたり、より複雑な製品を自由に開発したりすることができるため、あらゆる分野で非常に重要な用途を持つ。

プラスチック押出成形は、プラスチック成形をより精密にし、パイプ、プロファイル、シートなどのあらゆる種類の複雑なプラスチック製品を生産することができるプロセスです。押出機と金型構造のパラメーターを調整することで、生産される製品のサイズと形状を正確に制御し、さまざまな顧客のニーズに対応することができます。

高い生産効率

他のプラスチック加工方法と比較して プラスチック押出工程⁵ は生産効率が高い。プラスチック押出成形の生産工程は簡単で、自動化できる。生産効率は比較的高く、短時間で多くの製品を作ることができる。

押出機は、生産速度が速く、自動生産が可能で、人件費が削減され、生産効率が向上し、数百メートルの長さのプラスチック製品を連続的に生産することができる。さらに 押出成形⁶ また、金型交換作業のために停止することなく連続生産することができ、製品製造の時間コストを大幅に削減することができます。大量生産に適しています。

強力なコントロール性

を制御することができます。 プラスチック押出⁷ プロセスで異なる製品を作ることができます。温度、圧力、速度、その他をエクストルーダー上で変更することで、材料と工程を異なる製品に対応させることができます。また、異なる製品を作りたいときはいつでも金型を変更することができます。

滑らかな製品表面

プラスチック押出成形で作られたプラスチック製品は、表面が滑らかで品質が安定している。プラスチックが押し出され、金型によって冷却されると、表面に気泡や欠陥が生じにくい。見た目も手触りもよく、製品表面への要求が高い場面に適している。

優れた機械的特性

押出成形品は、耐摩耗性、耐高温性、耐食性、高強度、良好な靭性などの優れた機械的特性を有する。これらの優れた 機械的性質⁸ 押し出された製品は、化学繊維、建築材料、電子機器、自動車、包装、その他の産業など、さまざまな分野で広く使用されています。

様々な形

押出成形技術は、パイプ、プレート、フィルム、プロファイルなど、あらゆる種類の製品を作ることができます。また、それらをカスタマイズすることもできます。製品は非常にフレキシブルです。

低い生産コスト

押出成形は設備も工程もシンプルで、スクラップ率も低いため、製造コストが安い。製品を作る場合、コストは重要です。だから、押出成形は製品を作るのに適した選択なのだ。

プラスチック押出工程では、プラスチック粒子は押出される前に加熱され、軟化されるため、廃棄物を減らし、原材料を最大限に節約することができる。さらに、押出機は押出量を正確に制御することができ、原料の浪費を避け、原料の利用率を向上させ、生産コストを削減することができる。

プラスチック押出成形の応用分野とは？

プラスチック押出成形は、自動車部品からパッケージングに至るまで、様々な産業にオーダーメイドのプラスチック製品を提供する製造業に不可欠なものです。

プラスチック押出成形は、自動車部品、建築材料、消費者製品、包装に使用され、汎用性、特性の向上、コスト効率、設計の柔軟性を提供している。

ホームデコレーション材料

住宅装飾の分野では、プラスチックの押出成形技術も広く使われている。押出技術は、床、壁パネル、巾木などの装飾材料を作ることができる。これらの材料は美しく、施工しやすいだけでなく、耐摩耗性、耐水性、耐腐食性にも優れている。プラスチックの押し出し加工は、より多様で環境にやさしい住宅装飾の選択肢を提供する。

ドアと窓のプロファイル

建設業界では、軽量で錆びず、製造が簡単なプラスチック製ドア・窓枠が、従来の木製や金属製ドア・窓枠に取って代わりつつある。

PVCはドアや窓の形材を作る主な材料のひとつです。塩ビを機械から絞り出すことで、ドアや窓の枠、サッシ、その他さまざまな形状の部品を作ることができます。これらの部品は見栄えが良く、熱を逃がさず、騒音を防ぎ、現代の建物の一部となっている。

パイプ

パイプは、プラスチック押出成形で作られる最も一般的なもののひとつです。水道管、ガス管、電線絶縁管などを押出成形で作ることができる。PVC、PE、PPは、物性がよく加工しやすいため、パイプを作るのに最もよく使われるプラスチックです。押出成形では、用途に合わせて直径、肉厚、長さの異なるパイプを作ることができます。

自動車部品

プラスチック押出成形は、自動車産業においても重要である。押出成形では、ダッシュボードやシールなどの自動車部品を作ることができる。これらの部品は見た目が良く、適切なサイズである必要がある。また、天候に対応でき、摩耗しないことも必要です。押出成形はこうした部品を作ることができる。車をより良くする良い車の部品を作ることができるのです。

電子・電気部品

電子・電気産業では、プラスチック押出技術があらゆる種類のハウジング、断熱材、ラジエーター、その他の部品の製造に広く使用されている。これらの部品には、優れた絶縁性、耐熱性、機械的強度が求められます。押し出しダイスの構造とサイズを調整することで、あらゆる種類の複雑な形状や色の電子・電気部品を作ることができ、さまざまな製品のニーズに応えることができます。

その他の特別プロフィール

上述した一般的なプラスチック形材以外にも、プラスチック押出技術は顧客のニーズに応じて様々な特殊形材を生産することができる。例えば、安全柵や保護装置用の特殊形材、医療機器や照明部品用の精密形材などである。このような特殊形材を生産するには、高精度の金型設計と特定分野のニーズに対応する高度な押出技術が必要です。

結論

プラスチック押出成形は、バレル内でスクリューを回転させながらプラスチックを押し出すプロセスで、機械的、熱的、減速的な原理が関与している。熱可塑性プラスチックは予熱され、溶融され、金型に運ばれて目的の形状に成形され、牽引切断によって完成する。

押し出し成形は、ものを作るには素晴らしい方法だ。超精密で、超高速で、制御が簡単で、しかも安い。家庭用品、パイプ、ドアや窓、車の部品、電子機器など、あらゆるものを作ることができる。必要なものに合わせてあらゆる形を作ることができる。あらゆるものに使える。