適切に調整された PET シート押出ラインの 動作を見たことがある人なら、それがプラスチック製造において最も満足のいくプロセスの 1 つであることをご存知でしょう。乾燥した PET ペレットがホッパーに入り、数分後には完璧で透き通ったシートが分速 20 メートルでワインダーから巻き取られます。しかし、これら 2 点の間には、正確に制御された一連の熱的および機械的ステップが存在します。それらのどれか一つでも逃すと、ラインから外れたシートが曇り、縞、ゲージの変動、またはそれ以上の形で全体を物語ることになります。
5 大陸にまたがるこれらのラインの試運転、デバッグ、最適化を 40 年にわたって行ってきたので、オペレーター、プロセス エンジニア、およびこの機器の仕様に関わるすべての人にとって重要な詳細を説明しながら、プロセス全体を段階ごとに説明したいと思います。
ステージ 1: 原料の準備と乾燥
すべては、樹脂が押出機に触れる前から始まります。 PET ペレットは吸湿性があり、このポリマーに詳しくない人にはショックを受けるような速度で大気中の湿気を吸収します。一般的な工場湿度レベル (相対湿度 50 ～ 60%) では、PET はわずか数時間の屋外保管で重量で 0.3 ～ 0.5% の水分を吸収します。無視できるように聞こえるかもしれませんが、溶融物中の 0.05% の残留水分は加水分解 (文字通りポリマー鎖を切断し、固有粘度や機械的特性を破壊する化学反応) を引き起こすのに十分です。
ちゃんとした PETシート押出機 には必ず除湿ホッパードライヤーがセットされています。 PET の標準乾燥仕様は 160 ～ 170°C で 4 ～ 6 時間で、乾燥空気の露点は -40°C 以下、最終水分含量は 50 ppm (0.005%) 未満になります。乾燥機は、乾燥剤ベッド (通常はモレキュラーシーブまたは活性アルミナ) を使用して、連続ループでリサイクルされた乾燥空気から水分を除去します。
多くの人が見落としがちな詳細の 1 つは、乾燥機の出口と押出機のホッパーの間の移送経路も加熱して密閉する必要があることです。乾燥した樹脂が供給口に到達する前に再飽和させるには、2 メートルの非加熱移送チューブで十分だった工場を見てきました。ホッパー自体には、供給ゾーンでの滞留時間中にペレットの温度を維持するために加熱されたジャケットが必要です。
ステージ 2: 供給と溶解
乾燥したペレットは押出機の供給口に入り、そこで回転スクリューがペレットを加熱されたバレル内に前方に搬送し始めます。バレルは複数の温度ゾーン (単一の押出機では通常 5 ～ 7) に分割されており、それぞれが独立して制御されます。 PET シートの温度プロファイルは一般に、フィード端の低温 (約 240°C) からダイ端の高温 (270 ～ 285°C) までの勾配に従います。
ここでネジが実際に機能します。適切に設計された PET スクリューでは、フィードゾーンは最小限の圧縮でペレットを前方に搬送します。圧縮ゾーン (または移行ゾーン) はチャネルの深さを徐々に減らし、溶融ポリマーを圧縮し、バレル壁からの熱伝達を改善します。計量ゾーンは、一貫した均質化されたメルトフローをダイに提供します。
高透明度のシート用途では、バリアスクリュー設計により固体層が溶融プールから分離され、すべての材料が狭い隙間を通過し、混合セクションに到達する前に完全に溶融します。スクリュー先端のマドックまたはピン付き混合エレメントが、残っている温度や粘度の変動を解消し、熱的に均一な溶融物をダイに供給します。
ステージ 3: 濾過
押出機とダイの間で、溶融物はスクリーン チェンジャーに収容されたスクリーン パックを通過します。バージン PET の場合は、比較的粗いスクリーン パック (60/80 メッシュ) で十分な場合があります。再生 PET または汚染レベルの高いブレンドの場合、より細かい多段階パック (40/80/120、さらには 40/100/150 メッシュ) がゲル、未溶融粒子、紙繊維、その他の異物を捕捉します。
連続スクリーンチェンジャーにより、ラインを停止することなくスクリーンパックを交換できます。これは、24 時間生産にとって重要な機能です。油圧スライド プレートまたはロータリー設計が最も一般的です。スクリーンパック全体の圧力差が監視されます。設定されたしきい値 (通常は 150 ～ 250 bar) を超えると、アラームがオペレーターに画面の変更を開始するよう通知します。
ステージ 4: ダイス
フラット ダイ (T ダイまたはコート ハンガー ダイとも呼ばれます) は、押出機からの円筒状のメルト フローを幅広で薄いポリマーのカーテンに変えるコンポーネントです。ダイの内部では、慎重に設計されたマニホールドが溶融物を中心から両端まで均等に分配します。調整可能なダイリップボルト (通常、幅全体で 30 ～ 50) を使用すると、オペレーターは局所的な流れ抵抗を微調整し、厚さプロファイルの偏差を修正できます。
最新のラインには、下流の厚さゲージにリンクされた自動金型調整システムが組み込まれていることがよくあります。閉ループ システムは特定のダイ ボルトをリアルタイムで微調整し、シート幅全体にわたってゲージの均一性を ±2 ～ 3% 以内に維持します。
また、金型は極めて均一な温度を維持する必要があります。独立した PID コントローラーを備えた内部カートリッジ ヒーターにより、ダイ本体の幅全体を ±1°C 以内に保ちます。温度の変化は粘度の変化に直接影響し、それが厚さの問題につながります。
ステージ 5: カレンダー加工と冷却
これはおそらく、PET シートの品質にとって最も重要な段階です。ダイから押し出された溶融カーテンは、3 ロール カレンダー スタック (研磨スタックまたは冷却ロール ユニットとも呼ばれる) の 1 番目と 2 番目のロールの間のニップに入ります。 3 つのロールは垂直に積み重ねて配置されますが、床面積とシート厚さの要件に応じて、傾斜または水平に配置される場合もあります。
アモルファス PET シート (透明な熱成形グレードに必要なもの) の場合、ロールは非常に速く熱を除去する必要があります。 PET は約 120°C ～ 200°C で結晶化します。シートがこの範囲で長時間経過すると、球晶が形成され、光が散乱して曇った不透明な外観が生じます。したがって、ロールは 15 ～ 25°C に冷却され、接触形状によりシートは一瞬のうちに結晶化の危険ゾーンを確実に通過します。
ロール速度の同期は不可欠です。ロール間の速度が 0.1% 不一致であっても、下流の熱成形中に反りを引き起こす内部応力が誘発されます。最新のドライブは、完全な同期を維持するために電子カム機能を備えたサーボ モーターを使用しています。
ロールの表面仕上げによって、最終的なシートの外観が決まります。鏡面研磨されたクロムロールにより、カップやクラムシェル容器用の高光沢シートが製造されます。マット仕上げまたはエッチング仕上げにより、高級化粧品のパッケージに使用されるつや消しの外観が得られます。一部のラインには、滑り止めトレイ用途で使用されるテクスチャードシート用の交換可能なエンボスロールが含まれています。
ステージ 6: 搬出、切断、巻き取り
カレンダースタックから出た後、冷却されたシートは、一貫したウェブ張力を維持する引き取りユニットを通過します。ゴムでコーティングされたニップ ローラーがシートをつかみ、カレンダー出力に合わせた速度で前方に送ります。正確な張力制御により、伸び（薄い斑点の原因）やたるみ（シワや端の波打ちの原因）を防ぎます。
ロール状で販売されるシート (下流の熱成形作業に一般的) の場合、自動ワインダーが真空成形機への供給に適した張力制御されたロールを作成します。所定の長さにカットされた形で販売されるシートの場合、フライング シアーまたはロータリー カッターでシートを特定の寸法にクロスカットします。
エッジトリムはプロセス全体で削除されます。トリミングされたエッジは通常、粒状化され、フィードストリームにリサイクルされて戻されますが、再導入できる再生材の割合は、品質要件と品質要件によって異なります。 PET シート押出温度感度。 製品の
ステージ 7: 品質保証
生産グレードのラインでは、インライン品質監視が継続的に実行されます。ベータゲージまたは非接触レーザースキャナは、ウェブ上の複数のポイントでシートの厚さを測定し、データを自動ダイ調整システムにフィードバックし、品質文書化のために SPC データを記録します。一部のラインには、光学特性が厳密に指定されている用途向けのオンラインヘイズ測定、光沢計、比色計も含まれています。
シート押出技術の包括的な概要については、当社の資料を参照してください。 プラスチックシート押出機の ガイド。
よくある質問
PET を押し出す前に乾燥する必要があるのはなぜですか? PET は吸湿性があり、加工温度で加水分解を通じて水と反応します。この反応によりポリマー鎖が切断され、分子量、固有粘度、機械的強度が低下します。その結果、透明度の低い脆いシートが得られます。水分が 50 ppm 未満になるまで適切に乾燥することが不可欠です。PET 樹脂の乾燥に関する詳細ガイドを参照してください。
非晶質PETシートと結晶質PETシートの違いは何ですか? アモルファス PET シートは結晶化温度範囲まで急速に冷却され、熱成形パッケージに最適な透明で柔軟な素材が生成されます。結晶性 PET シートはゆっくりと冷却またはアニールされ、家電パネルや工業用部品に使用される不透明で剛性の高い耐熱性素材が生成されます。この差は、カレンダースタック内の冷却速度によって完全に制御されます。
PETシート押出ラインの稼働速度はどれくらいですか? ライン速度はシートの厚さと幅によって異なります。厚さ 0.3 mm、幅 1,000 mm のシートの場合、通常の速度は 15 ～ 30 m/min、生産量は 300 ～ 600 kg/h です。同じ幅の 1.0 mm シートの場合、速度は 5 ～ 10 m/min に低下します。通常、制限要因は冷却能力です。カレンダー ロールは単位時間あたり限られた量の熱しか除去できません。
PETシートラインではリサイクル材料を使用できますか? はい、ほとんどの商用ラインはそうしています。リサイクル PET (rPET) は、バージン樹脂とブレンドすることも、適切な準備を行って 100% リサイクル含有量で実行することもできます。濾過をアップグレードし、乾燥時間を延長する必要がある場合があり、IV の安定性をより注意深く監視する必要があります。再生 PET シート押出用に設計されたラインには、強化された通気システムと濾過システムが含まれています。
PETシートのフィッシュアイやゲル状粒子の原因は何ですか? ゲル粒子は通常、樹脂内の分散していない高分子量部分、汚染された再生粉砕、またはバレル内の熱劣化から生じます。解決策には、より微細な溶融濾過、最適化されたスクリュー混合、適切なスクリュー速度と出力速度を確保することによるバレル内の滞留時間の短縮などが含まれます。
