今日の世界では、サステナビリティはマーケティング上の利点から、実際の必須要件へと急速に変化しています。こうした変化に伴い、加工業者は使用済みプラスチック（PCR）を原料に組み込むことをますます検討するようになっています。再生プラスチックを少量、バージン樹脂に混ぜるのは簡単です。しかし、100% PCRを加工するのは容易ではありません。スクリューやバレルの性能に影響が出るからです。.
再生樹脂は、バージン樹脂とは異なる挙動を示します。プロセスにばらつきや汚染が生じるだけでなく、溶融流動の不安定性や予期せぬせん断感受性といった問題にも直面します。100% PCRを成功させるには、プロセスを調整するだけでなく、スクリューとバレルがその材料とどのように相互作用するかを理解する必要があります。.
この記事では、100% PCRの処理方法と、その課題を克服する方法について解説します。.
100% PCRを処理する際に考慮すべき事項
PCR処理を行う際の大きな違いは、何が得られるか分からないという点です。.
再生プラスチックは無数の供給源から得られるため、処理する材料の分子量、水分含有量、および汚染物質の含有量は大きく異なる可能性があります。これらの違いは、材料が溶融した際の流動性やせん断応力下での挙動に影響を与えます。.
こうした変動性は、いくつかの重要な問題を引き起こす。.
1- 溶融不安定性
最大の問題は溶融不安定性です。PCRは新しい樹脂よりも早く劣化するため、粘度が不安定になり、流動性が悪くなります。もう一つの問題は不純物です。紙片、金属片、劣化したポリマーなどが材料に混入していることがよくあります。これらの不純物は部品の表面に欠陥を生じさせたり、装置を損傷させたりする可能性があります。.
2．湿気に対する感受性
100% PCRの処理において、水分が非常に重要な要素となることも忘れてはなりません。ほとんどの再生材は吸湿性が高く、材料が溶融する際に水分が蒸気となって気泡、空隙、表面欠陥を引き起こします。世界最高水準のネジ設計であっても、材料が適切に乾燥されていなければ、失敗に終わってしまうのです。.
これらの問題に対処することは、プロセスの一部であり、 ネジとバレル設計. それでは、100% PCRを処理する際に注意すべき重要な点について詳しく見ていきましょう。.
PCRにおいてスクリューとバレル設計がより重要になる理由
100% PCRは汎用スクリューでは処理できません。PCRの融解流動性は、融解流動指数、汚染、分解などによって変動する可能性があります。融解を安定させるように設計されたスクリューは、PCRの処理に役立ちます。.
バリアスクリューは、設計上、溶融状態の不安定性を軽減するのに役立つ可能性があり、加工中に固体ポリマーと溶融ポリマーを分離します。バリアスクリューにはバリアフライトがあり、部分的に溶融した材料がスクリューの次のセクションに押し出されるのではなく、材料を2つの異なるチャネルに強制的に送り込みます。.
PCR材料の場合、この分離は非常に重要です。再生プラスチックには、溶融速度が異なる粒子が含まれていることがよくあります。PCRを処理する際には、再生プラスチックに含まれる粒子が、材料の大部分とは異なる溶融速度を持つ可能性があるため、この点が重要になります。.
溶融物と固体を分離しないと、流動不安定性、未溶融顆粒、溶融物表面欠陥が発生する可能性があります。マドックミキサーやスパイラルミキシングエレメントなどの分配混合部や分散混合部は、添加剤、着色剤、溶融物の流れの混合を大幅に改善し、より均一な溶融物、視覚的な欠陥の減少、および部品性能の向上を実現します。.
PCR材料の処理においては、汚染物質、色のばらつき、分解したポリマー成分などに対処するため、混合に特に注意を払う必要があります。PCR用スクリューの設計においては、材料に過度のせん断を与えないようにすることが重要です。混合は均一性を高めるのに役立ちますが、ポリマーの分解を促進する可能性もあります。適度な混合機能を備えたバリアスクリューが理想的です。.
最適化されたネジ設計の役割
適切なスクリュー設計は、安定した処理と絶え間ない変動との分かれ目となります。スクリューは、PCR処理時に発生する材料のばらつきを軽減するのに役立ちます。適切に構成されたスクリューは、材料をより均一に溶融し、より均等に混合するのに役立ちます。.
PCRを実行する場合、通常は何らかのタイプのネジが必要になります。 障壁または混合セクション. バリアセクションと混合セクションは、固体材料と溶融材料を分離するのに役立ちます。これにより、溶融前に固体材料をより完全に溶融させることができます。 射出成形／押出成形。. 混合が良好になると、色の分散性が向上し、未溶解粒子の量も減少します。.
圧縮比とは、スクリューの溶融、加圧、搬送動作全体を通して材料がどれだけ圧縮されるかを示す指標です。これは、供給部と計量部のチャネルの深さを比較したものです。多くのスクリュー設計者は、より高い圧縮比を用いてせん断力を高め、100% PCRを強制的に溶融させようとします。.
問題は、リサイクル材のほとんどが熱履歴によって劣化し、熱に弱いという点です。高い圧縮比によって、材料はスクリューを下るにつれてますます大きなせん断応力を受け、せん断熱が増加します。そして、このせん断熱がポリマーの劣化をさらに促進します。.
溶融物の劣化が始まると、通常は状況は悪化の一途をたどります。見た目には、溶融物が黒ずんで見えます。粘度は制御不能な速度で低下し、最終製品の機械的特性も劣化し始めます。さらに、ガスや燃焼粒子が発生し、黒い斑点や表面欠陥として現れることもあります。.
圧縮比の低いスクリューを使用することで、材料にかかるせん断力を軽減できます。これにより、せん断熱で材料を急激に溶かすのではなく、徐々に溶かすことができるため、より安定した溶融が可能になります。.
繰り返しになりますが、ほとんどのPCRアプリケーションは、2:1～2.5:1の範囲の低い圧縮比でより良好に動作します。この範囲は、処理するポリマーの種類や材料の汚染度によって異なる場合があります。.
圧縮比は、スクリューのバリア機能、混合機能、その他の特性と調和して機能する必要がある変数の一つにすぎません。適切に設計されたスクリューは、材料を過度の熱的・機械的劣化にさらすことなく、溶融、混合、搬送します。Deer Machineと協力することで、お客様の特定のPCR材料に最適なスクリュー形状を微調整することができます。.
温度プロファイルを安定させるための調整方法
PCR処理において最も難しい点の1つは、温度管理である。.
未硬化樹脂とは異なり、PCRは高温に弱い。高温で運転するとポリマーが劣化し、変色、異臭、強度低下を引き起こす。低温で運転すると溶融不良が生じ、流動性の低下や表面欠陥の原因となる。.
理想的には、バレル内の温度を徐々に上げていく必要があります。また、設定値だけでなく、実際の溶融温度も監視する必要があります。場合によっては、低い温度で運転すると、 より優れたネジ設計 高温で運転するよりも、より良い結果が得られるだろう。.
PCR処理を行う際には、ろ過装置の設置と水分含有量の監視も非常に有効です。.
汚染の制御、ろ過、水分への対処方法、および材料の準備
PCRを実行する際に考慮すべきもう一つの重要な要素はろ過です。わずかな汚染でも、100% PCRの処理に大きな支障をきたす可能性があります。少量の金属片や紙片でも部品の欠陥を引き起こし、装置から異物を除去する際に大きな問題となることがあります。.
材料の汚染度に応じて、適切なスクリーンパックまたはメルトフィルターを選択してください。また、フィルターは定期的に交換する必要があります。メルトフィルターが詰まると、圧力の大幅な上昇や歩留まりの低下を引き起こす可能性があります。.
材料の水分を制御する
PCR（再生紙リサイクル）を行う際、湿気は重大な欠陥の原因となる可能性があります。リサイクル材は空気中の湿気を吸収する可能性があり、特に温度管理されていないドラム缶や倉庫に保管されている場合はなおさらです。.
材料はホッパーに到達する前に乾燥されます。材料の種類によって乾燥時間と温度は異なります。多くの場合、一定の水分量を維持するために除湿乾燥機が使用されます。乾燥機内でPCRを実行することは可能ですが、水分が残っていると後工程で問題が発生します。.
もう一つできることは、PCRバッチを混合することです。たとえ100% PCRを実行している場合でも、材料を混合することで、より均一な材料特性を実現できます。これにより、より安定したプロセスを維持することができます。.
処理パラメータを調整する
PCRを処理する際にスクリュー回転速度を低くすると、せん断力が軽減され、材料の劣化を抑えることができます。また、背圧も下げてください。背圧が高すぎると、混合不良の原因となります。溶融粘度のばらつきを補正するために、射出／押出圧力を調整する必要がある場合もあります。.
PCR処理を行う際は、処理パラメーターの調整を少しずつ行うようにしてください。PCRは変化に非常に敏感であり、わずかな調整でも大きな影響を与える可能性があります。.
PCR処理における機器品質の役割
100% PCRの処理は、機械的および化学的プロセスにより、スクリューとバレルに余分な負荷をかける可能性があります。充填剤／添加剤や不純物は、バージン材を処理する場合よりも早くスクリューとバレルを劣化させます。.
PCR（再生プラスチック）を処理する際に最初に直面する問題の一つが、摩耗です。ガラス繊維、鉱物系充填剤、土、砂など、リサイクル工程で粉砕される多くの充填剤／添加剤や不純物は非常に研磨性が高いものです。PCRの充填剤／添加剤や不純物は溶融金属に混入し、最終的にはスクリューの周囲にまで達します。.
これらの研磨粒子は、スクリューとバレルをゆっくりと削り取り、金属表面を摩耗させ、フラッシュ侵食を引き起こします。このフラッシュ侵食により、スクリューのフライト高さが徐々に低下し、スクリューとバレル間のクリアランスが増加します。スクリューが摩耗すると、プロセスの安定性が損なわれ、溶融金属の逆流、未混合物質の混入、サージングなどの問題が発生する可能性があります。.
処理するポリマーの種類によっては、PCR処理時に腐食摩耗が発生する場合があります。リサイクル製品から残った添加剤や劣化物質が腐食摩耗の原因となることがあります。ご存知のように、特定の材料は高温で金属と接触すると腐食します。腐食摩耗は、ピッチングを引き起こし、両方の表面を弱める可能性があります。 ネジとバレル, 長期的な損害を引き起こす。.
公差が摩耗すると、プロセスの安定性と製品の品質が低下します。PCR処理中の摩耗を軽減するには、耐摩耗性材料を使用する必要があります。これらの材料には、バイメタルバレル、ネジ用の硬化合金、コーティングオプションなど、さまざまな種類があります。これらの材料は、研磨粒子に対抗し、元のネジとバレルをより長くしっかりと固定するのに役立ちます。.
PCR材料を扱う際には、定期的なメンテナンスと点検も重要です。摩耗の兆候がないか確認し、生産中に目に見えるようになる前にスクリューとバレルを点検してください。溶融圧力をチェックし、モーター負荷を監視し、溶融物の均一性を確認し、出力に緩やかな変化がないか監視してください。これらの対策はすべて、摩耗が大きな問題になる前に発見するのに役立ちます。.
Deer Machineでは、耐摩耗性に優れた様々なオプションをご用意しており、お客様のニーズに合わせた設計をお手伝いいたします。お客様の材料とご予算に最適な用途をお選びいただけるようサポートし、ネジやバレルをより長くお使いいただけるようお手伝いいたします。.
避けるべきよくある間違い
PCR処理には多くの要素が関わっていますが、人々が犯す最大の過ちは、100% PCRを未使用の樹脂のまま実行することです。.
人々は温度を上げて材料を無理やり機械に通そうとするが、それは結局、材料の劣化をさらに早めるだけだ。.
ネジやバレル部分の摩耗状態を放置している企業もあります。摩耗したネジやバレルは、材質のばらつきをより顕著に示します。改善できる点を見直しましょう。小さな変更でも大きな違いを生むことがあります。.
結論
リサイクル材料の入手可能性が高まるにつれ、100% PCRの実施はますます一般的になるだろう。PCRの実施には課題もあるが、綿密な計画を立てればすべて克服できる。.
スクリューとバレルが材料とどのように相互作用するかを理解し、それに応じて調整してください。温度設定を適切に管理し、汚染を防ぎ、材料を適切に乾燥させてください。これらは、100% PCRを成功裏に処理するためにできることのほんの一部です。.
