ペレットは「単なる」中間製品かもしれませんが、そのサイズ、形状、一貫性はその後の加工操作で重要になります。
調合業者に課される要求が増え続けることを考慮すると、これはさらに重要になります。現在どのような装備を持っていても、それが次の挑戦に適しているとは思えません。製品の数が増えると、追加の容量が必要になる場合があります。新しいポリマーまたは添加剤は、既存の機器には強すぎる、柔らかすぎる、または腐食性がある可能性があります。あるいは、作業によっては別のペレット形状が必要になる場合もあります。このような場合、配合業者は加工に関する深いエンジニアリングのノウハウと、ペレット化装置のサプライヤーとの緊密な協力を必要とします。
このような課題に対処するための最初のステップは、機器の選択から始まります。ペレット化プロセスの最も一般的な分類には、切断時のプラスチック材料の状態によって区別される 2 つのカテゴリが含まれます
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●ストランドペレタイジング（コールドカット）：ダイヘッドから出た溶融物をストランドにし、冷却固化させてペレットにカットします。
これらの基本プロセスのバリエーションは、高度な化合物製造における特定の投入材料と製品特性に合わせて調整できます。どちらの場合も、中間のプロセス ステップとさまざまな程度の自動化をプロセスのどの段階でも組み込むことができます。
生産要件に最適なソリューションを見つけるには、現状を評価し、将来のニーズを定義することから始めます。材料と必要な容量の 5 年間の予測を作成します。短期的な解決策は、時間が経つとより高価で満足度が低いことが判明することがよくあります。配合機のほぼすべてのペレット化ラインはさまざまな製品を処理する必要がありますが、特定のシステムは製品ポートフォリオ全体の狭い範囲に対してのみ最適化できます。
したがって、他のすべての製品は妥協した条件下で処理する必要があります。
ロットサイズは、公称システム容量と組み合わせることで、ペレット化プロセスと機械の選択に非常に大きな影響を与えます。配合の生産ロットはかなり小さい傾向にあるため、装置の柔軟性が大きな問題となることがよくあります。要因としては、清掃やサービスに簡単にアクセスできること、ある製品から次の製品に簡単かつ迅速に移行できることが挙げられます。ペレット化システムの起動と停止では、材料の無駄を最小限に抑える必要があります。
ストランド冷却に単純なウォーターバスを利用するラインは、多くの場合、コンパウンドプラントの最初の選択肢となります。ただし、スループット、柔軟性、システム統合の程度の要求により、個々のレイアウトは大幅に異なる場合があります。ストランドペレット化では、ポリマーストランドがダイヘッドから出て、水浴を通して輸送され、冷却されます。ストランドが水槽から出た後、吸引エアナイフを使用して表面から残留水を拭き取ります。乾燥して固化したストランドはペレタイザーに輸送され、フィードセクションによって一定のライン速度で切断チャンバーに引き込まれます。ペレタイザーでは、ローターとベッドナイフの間でストランドが切断され、ほぼ円筒形のペレットになります。これらは、分級、追加の冷却、乾燥などの後処理に加えて搬送することができます。
製品の変更が少なく、生産能力が比較的高い連続配合が要件の場合、品質を向上させながらコストを削減するには自動化が有利である可能性があります。このような自動ストランドペレタイジングラインは、このタイプのペレタイザーのセルフストランディングバリエーションを利用することができます。これは、冷却トラフと蒸発ラインの代わりに、ペレタイザーへの自動搬送を提供する冷却水スライドと穴あきコンベア ベルトを特徴としています。
一部のポリマー化合物は非常に脆く、簡単に壊れてしまいます。他の化合物またはその成分の一部は、湿気に非常に敏感な場合があります。このような材料には、ベルトコンベア式ストランドペレタイザーが最適です。穴あきコンベアベルトがストランドをダイから取り出し、スムーズにカッターまで搬送します。冷却水スプレー、ミスター、圧縮空気ベンチュリ ダイ、エア ファン、またはそれらの組み合わせのさまざまなオプションにより、かなりの柔軟性が得られます。
水中に入れる場合
ペレットの形状が円筒形よりも球形である場合、最適な代替品は水中ホットフェイス カッターです。このシステムは、約 20 ポンド/時から数トン/時までの能力範囲を備えており、熱可塑性挙動を持つすべての材料に適用できます。操作中、ポリマー溶融物はリング状のストランドに分割され、環状ダイを通ってプロセス水で満たされた切断チャンバーに流れ込みます。水流中で回転するカッティングヘッドがポリマーストランドをペレットに切断し、ペレットは直ちに切断チャンバーから搬送されます。ペレットはスラリーとして遠心乾燥機に輸送され、そこで回転パドルの衝撃によって水から分離されます。乾燥したペレットは排出され、次の処理のために配送されます。水は濾過され、調整され、プロセスに再循環されます。
システムの主要コンポーネント (切断チャンバーを備えた切断ヘッド、ダイプレート、始動バルブなど) はすべて共通の支持フレーム上にあり、1 つの主要なアセンブリです。バイパス付きのプロセス水回路、切断チャンバーの排出、サイトグラス、遠心乾燥機、ベルトフィルター、水ポンプ、熱交換器、搬送システムなどの他のすべてのシステムコンポーネントは、包括的なアクセサリから選択して、ジョブ固有のシステムに組み合わせることができます。
すべての水中ペレット化システムでは、切断チャンバーとダイプレート内に不安定な温度平衡が存在します。ダイプレートはプロセス水によって連続的に冷却され、ダイヘッド ヒーターとホットメルト流によって加熱されます。ダイプレートからプロセス水へのエネルギー損失を低減することで、加工条件がより安定し、製品の品質が向上します。この熱損失を減らすために、プロセッサは断熱ダイプレートを選択したり、流体加熱ダイに切り替えたりすることがあります。
多くのコンパウンドは非常に研磨性が高く、遠心乾燥機の回転ブレードやフィルター スクリーンなどの接触部品に重大な磨耗を引き起こします。他の化合物は機械的衝撃に敏感で、過剰な粉塵を発生する可能性があります。これらの特殊な材料の両方について、新しいタイプのペレット乾燥機は、湿ったペレットをエアナイフ上を移動する穴あきコンベア ベルト上に置き、水を効果的に吸引します。インパクトドライヤーに比べ、機械部品の摩耗やペレットへのダメージを大幅に軽減できます。ベルト上の滞留時間が短いため、通常は、何らかの脱水後の乾燥 (流動床など) または追加の冷却が必要です。この新しい非衝撃ペレット乾燥ソリューションの利点は次のとおりです。
• ペレットと接触するすべての部品の寿命が長いため、生産コストが削減されます。
●ペレットの取り扱いが優しく、粉塵の発生が少なく、高い製品品質が保証されます。
●追加のエネルギー供給が不要なため、エネルギー消費量が削減されます。
その他のペレット化プロセス
他のペレット化プロセスには、配合分野ではかなり珍しいものもあります。プラスチックをさらなる加工に適したサイズに縮小する最も簡単で安価な方法は、単純な粉砕操作かもしれません。ただし、得られる粒子の形状とサイズは非常に不安定です。いくつかの重要な製品特性も悪影響を受けるでしょう。かさ密度が大幅に減少し、バルクの自由流動特性が非常に低下します。そのため、そのような材料は劣悪な用途にのみ許容され、かなり低コストで販売されなければなりません。
ダイシングは、20 世紀初頭から一般的なサイズ縮小プロセスでした。このプロセスの重要性はほぼ 30 年間着実に減少しており、現在のペレット市場への貢献はごくわずかです。
水中ストランドペレット化は、高度な自動プロセスです。しかし、この製造方法は主にポリエステル、ナイロン、スチレン系ポリマーなどの一部の未使用ポリマーの製造に使用されており、今日のコンパウンディングには一般的な用途はありません。
空冷ダイフェイスペレット化は、非粘着性製品、特に PVC にのみ適用できるプロセスです。しかし、この材料は加熱および冷却を伴うバッチミキサーで配合され、ドライブレンドとして排出されるのがより一般的です。無視できる量の PVC 化合物のみがペレットに変換されます。
水封式ペレット化も自動操作です。しかし、これは粘着性の低い材料にのみ適しており、主な用途はポリオレフィンのリサイクルと、いくつかの小規模な配合の用途にあります。
製品特性への影響
適切なペレット化プロセスを選択するには、ペレットの形状や処理量以上のことを考慮する必要があります。たとえば、ペレットの温度と残留水分は反比例します。つまり、製品温度が高いほど、残留水分は少なくなります。多くの種類の TPE など、一部の化合物は、特に高温では粘着性があります。この効果は、大量のペレット内の凝集体 (双子および複数) を数えることによって測定できます。
水中ペレット化システムでは、このような粘着性ペレットの凝集体は 2 つの方法で生成できます。まず、切断直後、ペレットの表面温度はプロセス水の温度よりわずか約 50°F 高いだけですが、ペレットの中心部はまだ溶融しており、ペレットの平均温度は溶融温度よりわずか 35 ～ 40°F 低いだけです。 2 つのペレットが接触すると、ペレットはわずかに変形し、ペレット間にプロセス水のない接触面が形成されます。その接触ゾーンでは、溶融したコアから輸送された熱により、固化したスキンがすぐに再溶融し、ペレットが互いに融合します。
第二に、乾燥機からペレットが排出された後、コアから表面への熱輸送によりペレットの表面温度が上昇します。柔らかい TPE ペレットを容器に保管すると、ペレットが変形し、個々のペレット間の温かい接触面が大きくなり、接着力が増加して再び凝集が発生する可能性があります。この現象は、直径が小さくなるほど表面積と体積の比が増加するため、ペレットサイズが小さくなると（例えば、マイクロペレットなど）おそらく増大する。
ペレットの凝集は、プロセス水にワックス状物質を添加するか、ペレット乾燥機の直後にペレット表面を粉末にすることによって軽減できます。
一定のスループット速度でペレット化テストを何度も実行すると、その材料タイプとペレット サイズの実際の最大ペレット温度がわかります。その温度を超えると凝集体の量が増加し、その温度を下回ると残留水分が増加します。
場合によっては、ペレット化操作が消耗品になる場合があります。これは、バージンポリマーを最終製品に直接変換できる用途、たとえばポリマー反応器からの PET シートの直接押出にのみ当てはまります。ただし、添加剤などを配合することで真の価値が付加される場合は、直接変換することはできません。ペレット化が必要な場合は、選択肢を知っておくことが常に最善です。
著者について
Horst Mueller は、1997 年にドイツの大手プラスチック造粒装置メーカーである Automatik Plastics Machinery GmbH に入社しました。Mueller は、エンジニアリング、開発、標準化、知的財産管理、文書作成、およびマーケティングに携わっています。
