共押出フィードブロックの設計により、多層シートラインが販売可能な製品を生産するかスクラップを生産するかが決まります。フィードブロックは各押出機から別々の溶融ストリームを受け取り、それらを統合して層状の流れを形成し、統合された積層体としてダイに流入します。概念は単純ですが、関係する流体力学は決して簡単なものではありません。層間の粘度の不一致、流路の形状、および個々の流れから合流した層状構造への移行はすべて、最終的な流れに影響を与えます。 シート押出技術の 出力が仕様を満たすか、界面の不安定性、層の不均一性、およびダイエッジのブリードが発生します。フィードブロックを正しく取得することが、その後のすべての前提条件です。
フィードブロック内では、各溶融ストリームは個別に制御されたフロー チャネルを通って移動し、その後合流点で合流します。チャネルの形状 (幅、深さ、アプローチ角度) は、層がどのように結合するかを決定します。急なアプローチ角度は界面で乱流を引き起こします。角度が浅いと層流が促進されますが、フィードブロックの長さが長くなり、滞留時間が長くなります。
ほとんどの市販のシート用フィードブロックは段階的なファンアウト設計を採用しており、個々の層のチャネルが結合リップで合流する前に徐々に広がります。結合リップ自体は重要な寸法です。狭すぎると、ダイに入る前に層の界面が安定する時間が不足します。幅が広すぎると、滞留時間が長くなり、感熱性ポリマーが劣化し始める点まで達します。
内面の仕上げも重要です。 Ra 0.2 以上の研磨された表面は、壁の滑りの変動を最小限に抑え、デッドゾーンでのポリマーのハングアップのリスクを軽減します。材料が停滞し、劣化し、最終的にゲルまたは斑点として剥がれる領域は、共押出シートにおける光学的欠陥の一般的な原因となります。
材料の粘度のマッチング
隣接する層間の粘度の一致は、フィードブロックの設計において最も重要なパラメータです。コア層の粘度がスキン層の粘度よりも大幅に低い場合、低粘度の溶融物が高粘度の材料をカプセル化する傾向があり、これは意図した層構造を破壊する現象です。一般的な設計ルール: 隣接する層間の粘度比を 3:1 以内に保ちます。オペレーターは、生産セットアップ中にこのバランスを達成するために溶融温度とポリマーのグレードを調整します。
A/B/A 構造: 対称層アーキテクチャ
A/B/A 構造（コアを挟む同一のスキン層）は、両方のシート表面が同一の性能を発揮する必要がある用途で主流です。熱成形カップの蓋は A/B/A 構成を使用しており、外層は光沢と印刷適性を提供し、コアにはリグラインドまたは低コストの樹脂が含まれています。屋根シートと自動車の内装パネルも同様のロジックに従います。
A/B/A フィードブロックの設計には、特定の課題が伴います。2 つの A 層チャネルが正確に等しい流量を供給する必要があり、そうでないとシートの厚さ分布が非対称になってしまいます。 2 つのスキン層の流れの間に 2% の不均衡があるだけで、ラミネートがダイ内の中心からずれてしまい、一方の端にもう一方の端よりも多くの A 材料が付着します。生産ラインでは、オペレータが動作中に微調整できる、適合するオリフィス プレートと調整可能な流量制限器を使用してこの問題に対処しています。
の 複数材料の共押出 アプローチでは、各押出機が一貫して十分に可塑化された溶融物をフィードブロックに供給する必要があります。個々の押出機による溶融温度または圧力の変動は、層の厚さの分布に比例した変化を引き起こします。この問題は、変動する熱履歴を伴うリサイクル内容物を処理するときにさらに複雑になります。
A/B/C 構造: 3 つの異なる機能層
A/B/C 構成では、各層に異なるポリマーが割り当てられ、1 枚のシートで 3 つの異なる機能が可能になります。包装用途では、PET 構造層 (A) と EVOH バリア層 (C) の間に結合層 (B) を使用する場合があります。各層は、単一のポリマーだけでは実現できない構造的完全性、接着性、ガスバリアなどの目的を果たします。
A/B/C フィードブロックでは、チャネル間の熱絶縁が不可欠になります。隣接する PP チャネルからの伝導熱伝達により EVOH 層が過熱すると、そのバリア特性が低下し、シートは規格に適合しません。設計者は、ブロック本体に機械加工された断熱層、個別の温度制御ゾーン、および断熱された流路壁によってこの問題に対処しました。各溶融ストリームは、個別に最適化された温度で結合点に到達する必要があります。
層比率の精度も要求の厳しいパラメータです。 20/60/20 (A/B/C) のターゲット分布は、すべてのライン速度でシート幅全体にわたって維持される必要があります。 50 m/分で正確な比率を実現するフィードブロックの形状は、混合点でのせん断加熱と溶融粘度の変化により、100 m/分ではドリフトする可能性があります。
層インターフェースの安定性とダイの統合
完璧に設計されたフィードブロックであっても、下流のダイが層構造を破壊すると、欠陥のあるシートが生成されます。フィードブロックからダイへの移行部は、層流経路の中で最も脆弱な点です。この接合部での突然の膨張、収縮、または流れの障害により、界面の不安定性が生じ、シート内に波線や色の縞として表示されます。
フィードブロック結合部のランド長は界面の安定性に直接影響します。ランドが長いと、ダイの入口で形状が変化する前に、層が均一な厚さに安定するまでの時間が長くなります。一般的なランドの長さは 30 ～ 80 mm の範囲ですが、層間の粘度の不一致が大きい場合には、より長いランドが指定されます。
の 共押出層の均一性は、フィードブロックの合流した流れがダイマニホールドに入るときにどのように横方向に分布するかによって決まります。 シート幅全体にわたる適切に設計されたフィードブロックとダイの組み合わせにより、中心から端までの相対的な層の厚さが維持されます。ペアのマッチングが不十分な場合、シートの端で外側の層が薄くなります。これは、エッジ ビードの薄化として知られる欠陥です。
フィードブロックの設計は、多層シートの共押出において最も技術的に要求の厳しいコンポーネントであり、層間の異なる溶融粘度に対応する正確な流路形状が必要です。 JWELL の共押出フィードブロックは、特定のポリマーの組み合わせに合わせた数値流体力学シミュレーションを使用して設計されており、±3% 以内の層比精度と 5 ～ 120 m/min のライン速度にわたる界面安定性を達成しています。この性能により、不適切に設計されたフィードブロック システムによく見られる層の移動やカプセル化の欠陥が排除されます。
よくある質問
1 つのフィードブロックが処理できるレイヤーの最大数はいくつですか?
フラット シート用の市販のフィードブロックは、通常、最大 9 層まで処理できます。さらに、マルチマニホールド ダイやスタッカブル ダイ システムがより実用的になります。フローバランシングの複雑さは、レイヤーが追加されるたびに劇的に増加します。
共押出層間の粘度の一致はどの程度重要ですか?
非常に批判的です。隣接する層間の粘度比が 3:1 を超えると、カプセル化が頻繁に発生します。カプセル化では、低粘度の溶融物が高粘度の材料を包み込み、意図した層構造が破壊されます。これは不均一な層厚として現れ、溶融温度、ポリマーグレード、またはスループット比を調整することによってのみ修正できます。
A/B/A 用に設計されたフィードブロックを A/B/C 用に再構成できますか?
ハードウェアの変更がないわけではありません。専用の A/B/A フィードブロックには、2 つの同一の流れに対して対称的なフロー チャネルが機械加工されています。 A/B/C に変換するには、3 つの独立したチャネル、個別の温度ゾーン、および適切な結合ジオメトリを備えた異なるフィードブロック本体が必要です。
共押出シートの層界面が不安定になる原因は何ですか?
一般的な原因には、層間の粘度の不一致、結合点での過剰な流速、フィードブロック内の不十分なランド長、および隣接する溶融ストリーム間の温度差が含まれます。診断には各要因の系統的な評価が必要で、通常はポリマーペアの粘度とせん断速度の比較から始まります。
