樹脂温度とシリンダー温度は何が違う？二軸押出機の基礎知識

二軸押出機や射出成型機の条件設定を行う際に

よく出てくるのが【シリンダー温度】と【樹脂温度】です。

初心者の方は、

・シリンダー温度と樹脂温度は同じではないの？

・設定温度が200℃なら樹脂も200℃なの？

・なぜ樹脂が焼けたり分解するの？

と疑問に思う事も多いでしょう。

実は、シリンダー温度と樹脂温度は似ているようで

まったく異なる管理項目です。

この違いを理解する事で、品質トラブルの原因追及や

最適な加工条件の設定がしやすくなります。

今回は、樹脂加工初心者の方にもわかりやすく

樹脂温度とシリンダー温度の違いについて解説します。

■シリンダー温度とは？

●シリンダー温度とは、押出機や射出成型機のシリンダー外周に

　取り付けられたヒーターによって設定、管理される温度の事です。

　例えば、

・スクリュー根本：　180℃

・中間部　　　　：　200℃

・ダイ直前　　　：　220℃

　といった形で各ゾーン毎に設定します。

※シリンダー温度はあくまでも【機械側の設定温度】であり

　実際に樹脂が何℃になっているかを直接示しているわけでは

　ありません。

　言い換えると、

　【シリンダー温度＝機械が作り出している過熱環境です。】

■樹脂温度とは？

●樹脂温度とは、実際に溶融した樹脂そのものの温度を指します。

　樹脂はシリンダー内で加熱されるだけでなく、

・スクリュー回転によるせん断発熱

・樹脂同士の摩擦熱

・圧縮による発熱

　等によって、温度が上昇します。

　その為、シリンダー温度設定が220℃でも

　実際の樹脂温度は

・230℃

・240℃

・場合によっては250℃以上

　になっている事も珍しくありません。

※つまり、【樹脂温度＝実際に材料が受けている温度】

　なのです。

■なぜ樹脂温度の方が高くなるのか？

●二軸押出機では、スクリューが高速回転する事で

　大きなせん断エネルギーが発生します。

　イメージとしては、両手を強くこすり合わせると

　熱くなるのと同じ原理です。

　特に以下の場合は樹脂温度が上昇しやすくなります。

①スクリュー回転数が高い

・回転数が高いほどせん断発熱が増加します。

②フィラー高充填配合

・タルクやガラス繊維などを大量に配合すると

　内部摩擦が増加します。

③高トルク運転

・スクリューに大きな負荷がかかると発熱量も増加します。

④混錬が強いスクリュー構成

・ニーディングディスクが多い場合はせん断エネルギーが

　大きくなります。

■シリンダー温度だけ見ていると起こるトラブル

●初心者が陥りやすいのが、

　【設定温度は問題ないから大丈夫】

　という考え方です。

　しかし、実際には樹脂温度が高くなりすぎて

①樹脂の焼け

・樹脂が茶色や黒色に変色する

②ガス発生

・揮発成分や分解ガスが発生する

③異臭

・材料が熱劣化して異臭が発生する

④物性低下

・分子量低下により強度が落ちる

⑤色調変化

・着色品で色味が変わる

　このような問題が発生します。

■樹脂温度はどうやって測定する？

●最も一般的なのは、ダイ出口から吐出された樹脂に

　温度刑を差し込んで測定する方法です。

　また、

・メルト温度計

・熱電対センサー

・圧力、温度複合センサー

　等を使用する場合もあります。

※試作開発では、シリンダー温度だけでなく樹脂温度も

　必ず確認する事が重要です。

■実務で重要なのはどちら？

●結論から言うと、品質に直結するのは【樹脂温度】です。

　シリンダー温度はあくまで設定値であり、実際に材料が

　どのように熱履歴を受けたかは樹脂温度を見なければ

　わかりません。　その為実務では、

・シリンダー温度

・スクリュー回転数

・吐出量

・トルク

・樹脂温度

　をセットで管理する事が重要になります。

■まとめ

●シリンダー温度と樹脂温度は混合されやすいですが

　それぞれ意味が異なります。

・シリンダー温度＝機械の設定温度

・樹脂温度＝実際の材料温度

　樹脂はせん断発熱や摩擦熱によって温度が上昇する為

　シリンダー設定温度よりも高くなることが一般的です。

　品質トラブルを防ぐ為には、シリンダー温度だけを

　見るのではなく、実際の樹脂温度を確認しながら

　条件設定を行う事が重要です。

　二軸押出機によるコンパウンド試作や量産検討では

　【樹脂温度管理】が製品品質を左右する重要な

　ポイントとなります。

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