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配布資料（PDF - 押出成形解析～HASLホームページ
第1回 回 PolyCAD/Advanceユーザ会 ユーザ会 『ユニメルト、パイナップルミキシングエレメント を配置したバリアフライトタイプ 大型単軸スクリュー生産機 の性能解析』 積水化学工業（株） 高機能プラスチックスカンパニー 技術・CS部 技術・ 部 生産技術グループ 千葉 高充 2011.10.7（金）中野サンプラザ 研修室3（8F） 1 施策と検討方法 バリアフライト ミキシング 施策 現状スクリュー(以下 現状スクリュー 以下Scと略記））外観 以下 と略記））外観 施策 １）ミキシングを1個外す⇒600kg/hrが限界（目標未達） ２）完全に1から新規Sc作製⇒工場サイドNG（リスク：大、納期：長の為） ３）圧縮比（（供給部の体積）/（計量部の体積））を下げる⇒これで検討 検討方法 １）ラボ機による検証実験（現状Sc（圧縮比 （圧縮比1.7）と新機 ）と新機Sc（圧縮比 （圧縮比1.2））の性能比較 １）ラボ機による検証実験（現状 （圧縮比 ）と新機 （圧縮比 ））の性能比較 i) 未溶融物の発生確認 ii) 気泡巻込みの発生確認 圧縮比↓によりi), ii)の発生リスク が生じるため確認 iii) 押出機出口温度比較 iv) NextruCAD/Advanceの計算値 の計算値vs実験値の比較 の計算値 実験値の比較 ⇒計算値vs実験値に相関取れた場合、生産期スクリュースケールアップに使用 ２）NextruCAD/Advanceによる生産機用新規 による生産機用新規Sc性能評価 ２） による生産機用新規 性能評価 ラボ機実験の目的・方法 目的 １）現状Sc（圧縮比 １）現状 （圧縮比1.7）と新規 （圧縮比 ）と新規Sc（圧縮比 ）と新規 （圧縮比1.2）の性能比較 （圧縮比 ）の性能比較 ２）NextruCAD/Advanceの計算値 の計算値vs実験値の比較 ２） の計算値 実験値の比較 方法 主原料 架橋剤 耐候剤 押出条件 押出量[kg/hr]：14 バレル温度[℃] C1:80, C2:80, C3:80, C4:90, C5:90 単軸押出機 背圧[MPa]：10 単軸押出機外観写真 φ45, L/D35単軸押出機外観写真 １）実験確認項目 i) 未溶融物の発生確認 目視により確認 ii) 気泡巻込みの発生確認 iii) 押出機出口温度比較⇒押出機直後の熱電対により測定 iv) 押出機軸方向圧力分布比較⇒軸方向に並んだ圧力計により測定 ２）使用Sc外観図 ２）使用 外観図 i)現状 現状Sc（圧縮比 現状 （圧縮比1.7） （圧縮比 ） ii)新規 新規Sc（圧縮比 新規 （圧縮比1.2） （圧縮比 ） ＊今回は純粋に圧縮比の影響を調査する為、ミキシング装着無 バレル ：現状Sc谷径 ：新規Sc谷径 使用Sc溝深さイメージ図 使用 溝深さイメージ図 新規Sc谷径は現状Scに比べ計量部谷径を小さく（溝を深く）したSc ３）Simulation model ３） i) 樹脂粘度データ ＊第一Newton領域は計算には使用しない 80℃ 押出機内剪断 速度領域 90℃ 100℃ 剪断粘度の計測データとFittingデータ比較 データ比較 剪断粘度の計測データと 押出機内剪断速度領域ではかなりの精度でFitting可能 ii) 新規Sc形状 新規 形状model 形状 φ 45mm, L/D35 ２D展開情報の加工機能 展開情報の加工機能 を使いサブフライト流入部 を閉鎖 バリアフライト流入部拡大図 バリアフライト流出部拡大図 新規Sc 新規 model 外観図 ＊現状Scも同様に作製 補足：NextruCAD/Advanceを利用したバリアフライトスクリューの を利用したバリアフライトスクリューのmodeling方法 方法 補足： を利用したバリアフライトスクリューの ①下図ベースモデルを作成 ゾーン３ Mainフライト ゾーン２ NextruCAD/Advance によるmodeling ベースモデル （ブロックを3ゾーン （ブロックを ゾーン に分割） ゾーン１ Subフライト ②加工機能利用し、ゾーン フライトをチャネ １，３のSubフライトをチャネ １，３の ル属性に変更 ③加工機能利用し、ゾーン １，３のチャンネル部を適当 １，３のチャンネル部を適当 なフライト属性に変更 バリアフライト部の展開図 ゾーン３ ゾーン２ ゾーン１ ゾーン３ ゾーン２ ゾーン１ ラボ機実験結果 i) 未溶融物 新規Sc（低圧縮Sc）でも発生無 ii) 気泡巻込み iii) 押出機出口温度比較 現状Scと新ScのQ/Ns比較 現状Scと新Scの温度比較 1.65 1.60 2℃低下 94.0 Q/Ns上昇 1.55 Q/Ns 温度[℃] 95.0 93.0 1.50 1.45 1.40 92.0 1.35 現状Sc 新規Sc 現状Sc 新規Sc iv) 押出機軸方向圧力分布比較 現状Scと新規Scの軸方向圧力分布比較 8 圧力[MPa] 現状Sc 圧縮部 計量部 6 新機Sc 低圧縮化により圧縮部 内圧が激減 4 供給部 2 0 0 5 10 15 20 位置[D] 25 30 35 計算結果 温度分布 新規Scの温度分布計算結果 新規 の温度分布計算結果 ＊現状Scも同様に計算実施 計算結果 圧力分布 新規Scの圧力分布計算結果 新規 の圧力分布計算結果 ＊現状Scも同様に計算実施 計算結果 ソリッドベッド分布 計量部流入前にソリッドベッド0⇒ 未溶融は発生しないことを表現可能 新規Scのソリッドベッド分布計算結果 新規 のソリッドベッド分布計算結果 ＊現状Scも同様に計算実施 実験結果vs. 計算結果の温度比較 実験結果vs. 計算結果の温度比較 95 誤差：0.7% 誤差： 計算結果 91 誤差：0.2% 誤差： 実験結果 92 計算結果 93 実験結果 温度[℃] 94 90 現状Sc 新規Sc 温度の実験値と計算値の誤差：±0.5% 実験結果vs. 計算結果の圧力分布比較 実験結果vs.計算結果の軸方向圧力分布比較（現状 現状Sc） 現状 圧力[MPa] 8 実験結果 計算結果 6 4 2 0 0 5 10 15 20 位置[D] 25 30 35 圧力分布は多少ズレが生 じるが、相対的な傾向は 予測可能 実験結果vs.計算結果の軸方向圧力分布比較（新規 新規Sc） 新規 圧力[MPa] 8 実験結果 計算結果 6 4 2 0 0 5 10 15 20 位置[D] 25 30 35 ラボ機解析結果まとめ １）温度は高精度で予測可能 生産機スクリュー設計に展開可能 ２）圧力分布は相対的な傾向把握可能 補足：実験値との併せ込みFactor 補足：実験値との併せ込み i) 固体輸送部の摩擦係数調整 ii) スリップ係数調整 スリップ係数により スリップ係数により牽引力を増減 により牽引力を増減 スクリュー内部流動イメージ図 NextruCAD/Advanceによる生産機解析 目的 １）NextruCAD/Advanceにより現状 により現状Scと新規 １） により現状 と新規Scの温度比較 と新規 の温度比較 ２）現状Scと新規 応用適用事例） ２）現状 と新規Scの架橋剤反応率比較（ と新規 の架橋剤反応率比較（NextruCAD/Advance応用適用事例 の架橋剤反応率比較（ 応用適用事例） 方法 １）Simulation model １） ２）温度比較 現状Sc（2条件）、新規Sc（1条件）の3条件の押出 機出口平均温度を比較 現状Sc（圧縮比1.7）：500kg/hr（架橋無）、700kg/hr（架橋有） 新規Sc（圧縮比1.4）：700kg/hr ＊圧縮比は余裕を見て1.4と（ラボ機では1.2） 押出条件 バレル温度[℃]：75 背圧[MPa]：13 回転数[rpm] ：31.2（現状Sc500kg/hr） ：43.2（現状Sc700kg/hr） ユニメルト内部流動イメージ図 ：28.1（新規Sc700kg/hr） 樹脂：ラボ機と同一 ミキシングエレメントmodel外観図 外観図 ミキシングエレメント 計算結果 温度分布 ユニメルトミキシング部で発熱⇒ 実際の傾向と同じ 新規Scの温度分布計算結果 新規 の温度分布計算結果 ＊現状Scも同様に計算実施 計算結果 圧力分布 ユニメルトミキシング部で昇圧⇒ 実際の傾向と同じ 新規Scの圧力分布計算結果 新規 の圧力分布計算結果 ＊現状Scも同様に計算実施 計算結果 ソリッドベッド分布 計量部流入前にソリッドベッド0⇒ 未溶融は発生しないことの裏付け 新規Scのソリッドベッド分布計算結果 新規 のソリッドベッド分布計算結果 ＊現状Scも同様に計算実施 ユニメルトミキシング流速分布結果 新規Scのユニメルトミキシング流速布計算結果 新規 のユニメルトミキシング流速布計算結果 ＊現状Scも同様に計算実施 パイナップルミキシング流速分布結果 新規Scパイナップルミキシング流速布計算結果 新規 パイナップルミキシング流速布計算結果 ＊現状Scも同様に計算実施 押出機出口温度結果比較 現状Sc と新規Sc の押出機出口温度比較 140 温度, T [℃] 130 参考：現状Sc金型出口温度実験結果 120 現状Sc計算結果 現状 計算結果 110 100 90 現状Sc計算結果 現状 計算結果 80 11.6℃温度低下 70 60 300 400 500 600 押出量, Q[kg/hr] 700 800 NextruCAD/Advanceの長所/短所 長所 ①大規模モデルの高速演算可能 万メッシュ以上、非ニュートン反復計 本生産機解析モデル（トータル4万メッシュ以上 万メッシュ以上 算回数40回）の解析に要する時間が5分 分以内（使用PC仕様は下記） ②解析結果の把握が容易 高価なHigh End CAE（FEMソルバー）と同等の3D解析結果表示が可能 ③ユーザーの要望に迅速に対応 短所 ①押出量が現実と乖離⇒Fittingパラメーターによりチューニング必要有 パラメーターによりチューニング必要有 ①押出量が現実と乖離⇒ i) Solid部が固体輸送理論（ 部が固体輸送理論（Plug flow model）使用のため押出量予測精度↓ ）使用のため押出量予測精度↓ 部が固体輸送理論（ ii) Tadmor modelのため溶融可塑化部予測精度↓、押出量予測精度↓ のため溶融可塑化部予測精度↓、押出量予測精度↓ NextruCAD/Advanceに対する今後の要望 ペレット 溶融樹脂 溶融可塑化部は離散モデルから連続 体へ滑らかに相変化（ソリッドベッドの 破壊などわかれば尚良い） ペレット 固体輸送部はDEMにより計算 により計算 固体輸送部は 代表的なミキシングの モデルフォーマットが あれば有難い