フッ素樹脂用コンパウンディング技術

フッ素樹脂は広く認知された高機能性ポリマーの一つです。1938年にデュポン社のプランケットが偶然にポリマーのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を発見しました。

フッ素樹脂の優れた特性はすぐに認識され、現在でも多くのハイテク用途に欠かせないものとなっています。極めて優れた耐薬品性に加えて優れた電気特性と熱特性を持ち、さらに不燃性で水に濡れにくく、摩擦係数が最も低い物質でもあります。これらの特性のほとんどはポリマー鎖に存在するフッ素原子に起因します。

フッ素は周期表の中で最も電気陰性が大きく、最も反応性の高い非金属であり、水素に次いで原子半径が最も小さい元素でもあります。炭素との反応で極めて短く強い結合が形成され、これがフッ素樹脂の並外れた特性を決定付けます。またフッ素樹脂の製品サイクルを適切に管理することにより、使用済み製品のアップサイクルも可能になります。

典型的な用途

フッ素樹脂は、以下のサブグループに分けられます。
PTFEの割合は全体の約52%です。PTFEは溶融粘度が高いため熱可塑性の加工はできません。PVDF、PFA、FEPなどのフルオロサーモプラスチックは製品量の約36%を占めています。いわゆるバイポリマーとターポリマーを含む広範なフッ素ゴム(FKM)の製品グループは計12%を占めています。

後者の2つの製品群は、それぞれの用途に合わせて混練により作り出されます。PTFEを含む骨材はスライドベアリングなどの用途で活用されます。

ブッス・ニーダーのシステム固有の機能を伴うプロセスエンジニアリング技術とプラント設計における金属加工の知見を組み合わせることで、ブッスは洗練されたソリューションを実現します。その範囲は多様な比率の導電性骨材、医療向けのクリーンルームにおける製造、最高度の機械的負荷に耐えるガラス繊維や炭素繊維による補強などに及びます。

コンパウンディング要件

即時に開始される穏やかな混練プロセスと各緩和段階により、導電材料の内部構造や繊維の長さを最適に保ちつつ優れた分散混練を行います。他のシステムと異なり、ブッス・ニーダーは適度なせん断速度によって有害な副産物の生成につながる急激な温度上昇を抑えつつ、許容された動作範囲内での混練を確実に行います。

さらに高いシステム設計の自由度によってプロセスゾーンにおける粘度上昇に対応した適切な構成が可能なため、処理条件の制御・調節をカスタマイズできます。二段階式のブッス・ニーダーシステムの場合は、混練と昇圧が一貫して分離されています。このようにして可能な限り最高の品質とスループットを実現するために、混練プロセスは昇圧、濾過、成形から独立して最適化されます。

ブッス・ニーダーのトップクラスの混練技術により、ブッスは持続可能なシステムソリューションの開発と事業化を実現する理想的なパートナーとなります。

フッ素樹脂用の典型的な工場設計

ブッスのコンパウンディングシステムは以下の具体的なメリットをもたらします

  • より多量のフィラー投入
    ブッスの混練技術では、2または3か所に供給口を分けたり、サイドフィードスクリューなどの供給方法の採用、フィラーの重量による独立供給、バックベントによる混入した空気の除去、優れた搬送効率などにより、最大90%のフィラー投入が可能です。適度なせん断速度により、このような高投入量でも極めて高い粘性の材料を扱うことができます

  • ポリマーやカーボンブラックなどの高度に構造化されたフィラーへの損傷を抑制
    ブッス・ニーダーの均一で適度なせん断速度が、制御されたせん断と低温のプロファイルを実現し、カーボンブラックなどの高度に構造化されたフィラーファイバー構造への応力を他のシステムと比較して大きく低減しました。これにより機械的、電気的性質や流動特性が改善し、高価な配合成分の消費を抑えることができます。

  • 均一で適度なせん断速度
    均一で適度なせん断速度により、作業として必要なせん断のみを行い、低温での混合材料の混練の制御を可能にします。他のシステムと比較してせん断速度の分布が小さいため、全ての分子のせん断履歴を均一にすることができ、より小さな投入エネルギーにより高品質な混合材料を得ることができます。

  • 均一な温度分布
    ブッス・ニーダーでは、均一で適度なせん断速度により全スクリュー長にわたって一定で均一な温度分布を維持しています。そのため、他のシステムで通常みられるような過剰な温度ピークは発生せず、プロセス長全体での正確な温度制御が可能です。

  • 正確な温度制御
    ブッス・ニーダーは、入力エネルギーのコントロールおよび均一で適度なせん断速度に加え、バレルに沿って適切な場所にある混練中のポリマーに覆われたニーディングピン内に熱電対を設置して温度を高精度にモニターすることにより、より正確な温度制御を実現しています

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