導入

PET（ポリエチレンテレフタラート）は、パッケージング、繊維、エンジニアリングプラスチックの分野で広く使用されている熱可塑性プラスチックです。PETマスターバッチは、高濃度の顔料や添加剤をPETキャリア樹脂に均一に分散させた粒状製品で、PET製品の着色や機能改変に使用できます。PETマスターバッチの製造には連続ツインスクリュー押出機が重要な装置です。連続生産、高効率な混合、優れた適応性などの利点を持ち、大規模生産のニーズを満たすことができます。

フォーミュラ比

PETマスターバッチの配合比は、主に顔料の種類と濃度、キャリア樹脂の種類と性能、そして最終製品の要件によって決まります。以下は、いくつかの一般的なPETマスターバッチの配合比です。

1. 一般色のPETマスターバッチ: The pigment content is generally 10% – 30%, and the carrier resin content is 70% – 90%. For example, the formula ratio of white PET masterbatch may be 20% titanium dioxide and 80% PET resin; the formula ratio of blue PET masterbatch may be 15% blue organic pigment and 85% PET resin.

2. 高濃度PETマスターバッチ: The pigment content can be as high as 40% – 60%, and the carrier resin content is 40% – 60%. This kind of masterbatch is suitable for occasions with high requirements for color concentration, which can reduce the amount of masterbatch added and reduce production costs.

3. 機能性PETマスターバッチ: 顔料と基材樹脂に加えて、酸化防止剤、光安定剤、難燃剤などのさまざまな機能性添加剤が加えてあります。配合比は機能要件に応じて決定されます。例えば、静電気防止用PETマスターバッチの配合比は、15％の顔料、80％のPET樹脂、5％の静電気防止剤です。

生産プロセス

PETマスターバッチの生産プロセスは、主に原料の前処理、計量と混合、溶融と可塑化、押出と顆粒化、および後処理を含んでいます。以下は詳細な生産プロセスです。

1. 原料の前処理

– 樹脂の乾燥: PET resin has strong hygroscopicity, so it needs to be dried before processing to remove moisture and avoid problems such as bubbles and degradation during extrusion. The drying temperature is generally 160°C – 180°C, and the drying time is 4 – 6 hours.

– 顔料の前処理: 炭素黒や酸化チタンなどの分散が難しい顔料の場合、分散性を向上させるために前処理が必要です。前処理方法には、粉砕、表面改質などがあります。

– 添加物の混合: 添加物を少量のキャリア樹脂と混合し、添加物がマスターバッチに均一に分散するようにします。

2. 測定と混合

– 主供給と側供給の協調: 主要な供給口から樹脂（主成分）が投入され、繊維や高融点添加剤（例えば難燃剤）は、繊維が長時間のせん断処理により破損し、補強効果を失うのを防ぐために通常は側面供給口から投入されます。

– 混合時間の制御: The mixing time of the high-speed mixer (rotating speed 800 – 1500rpm) is generally controlled at 5 – 8 minutes. If the time is too short, the components will be unevenly dispersed; if the time is too long, some additives may decompose due to frictional heat.

3. 溶融とプラスチケ化

– ねじの組み合わせ: Different screw elements are selected according to the material properties. For example, for filling modification (adding calcium carbonate), strong shear kneading blocks (staggered angle 30° – 45°) are required; for elastomer toughening (adding POE), weak shear conveying blocks (staggered angle 60° – 90°) are needed to avoid excessive fragmentation of the elastomer.

– 温度分布: From the feeding section to the die head, the temperature generally shows a “low – high – low” distribution. The temperature of the feeding section (zone 1) is relatively low (10 – 20°C lower than the melting point of the resin) to prevent the material from melting prematurely and “bridging”; the temperature of the compression section (zones 2 and 3) rises above the melting point (such as 270°C – 290°C for PET) to ensure sufficient melting; the temperature of the homogenization section (zones 4 and 5) is slightly lower (5 – 10°C lower than the compression section) to avoid material degradation due to excessive heating.

– ねじ速度: The higher the screw speed, the stronger the shear force and the more uniform the mixing, but the shorter the material residence time (usually 30 – 90 seconds for twin screw extruders). Generally, the screw speed is controlled between 300 – 600rpm, and the specific speed is adjusted according to the material properties and formula requirements.

4. 押出と顆粒化

– 水中切断: Suitable for high-viscosity and sticky materials (such as PET). The die surface is directly immersed in warm water (water temperature 50 – 80°C), and the cutter rotates at a high speed (300 – 1000rpm). The particles are cooled and formed in water, with a smooth and burr-free surface. However, the equipment cost is high, and the water temperature needs to be strictly controlled. If the water temperature is too low, the particles are prone to cracking; if the water temperature is too high, the particles are prone to adhesion.

– 空気冷却式ストランドカット: Suitable for low-viscosity and tough materials (such as PP and PE). After the material is extruded into strands, it is first solidified through a cooling water tank (water temperature 15 – 25°C), and then guided into the cutter (rotating speed 50 – 200rpm) by a traction machine. When operating, attention should be paid to the “strand pulling speed”. If the speed is too fast, the strands are easy to be pulled thin or even broken; if the speed is too slow, the strands will accumulate, resulting in uneven particle size.

5. 処理後の処理

– 乾燥と脱水: The particles from underwater cutting have water attached to the surface, which needs to be dried by a centrifugal dryer (rotating speed 1000 – 2000rpm) or a fluidized bed dryer (inlet air temperature 60 – 80°C). If moisture remains, the particles are prone to caking during storage and will produce “water marks” during injection molding.

– スクリーニングと分類: Remove oversized or undersized particles through a vibrating screen (screen mesh size 10 – 20 mesh) to ensure uniform particle size.

生産設備の紹介

1. ツインスクリューエクストラーダ

南京ケルケ押出機器有限公司のKTEシリーズ並列共同回転ツインスクリュー押出装置は、PETマスターバッチの生産に最適な装置です。このシリーズの押出機はモジュール式の設計を採用しています。処理材料システムと処理方式、長径比、バレル構造、スクリュー配置、スクリューとバレルの材質、給料方法、排気位置と数、電気制御方法などに応じて、ポリマー材料の多機能かつ多目的な処理を実現するよう合理的に設計することができます。

– 主な技術的パラメータ: Taking KTE – 75B as an example, the screw diameter is 71mm, the length-to-diameter ratio is 28 – 60, the screw speed is 400 – 600rpm, the motor power is 110 – 132kW, and the output is 300 – 800kg/h.

– 特徴: 優れた混合性能を備えており、基材樹脂中の顔料や添加剤を均一に分散させることができます。高出力で大規模生産のニーズを満たし、さまざまな種類のPETマスターバッチ配合物を処理できる優れた適応性を備えています。操作とメンテナンスが簡単です。

2. その他の機械

– 高速ミキサ: 原材料を事前に混合し、各成分の均一な分散を確保するために使用します。

– 乾燥装置: 原料から水分を除去するために使用される真空乾燥機、流動層乾燥機など

– カッター: 拡張された材料を均一な粒子にカットします。水中カッターや空冷ストランドカッターなど、さまざまなタイプがあります。

– 振動スクリーン: 不合格の粒子を除去するためのスクリーニングと分類に使用されます。

パラメータ設定

1. 温度設定: According to the melting point of PET resin, the heat resistance of pigments and process requirements, the temperature of each section is reasonably set. Generally, the temperature of the feeding section is 250°C – 260°C, the temperature of the compression section is 270°C – 290°C, the temperature of the homogenization section is 260°C – 280°C, and the temperature of the die head is 260°C – 270°C.

2. ねじ速度設定: According to the viscosity, formula and output requirements of the material, set the appropriate screw speed. Generally, it is adjusted between 300 – 600rpm.

3. 給餌速度の設定:ねじの回転速度と出力要件に応じて、供給速度を調整し、材料が均一かつ安定してエクストラーダに入るようにします。

4. 真空度設定: During the extrusion process, turn on the exhaust system and set the appropriate vacuum degree to remove volatile substances and moisture in the material and improve the product quality. The vacuum degree is generally 0.06 – 0.09MPa.

機器価格

南京Kerke押出設備有限公司のKTEシリーズツインスクリュー押出機の価格は、モデルや構成によって異なります。以下は、一部のモデルの参考価格です。

1. KTE – 20B: The price is between 18,000 – 22,000 US dollars.

2. KTE – 36B: The price is between 42,600 – 45,000 US dollars.

3. KTE – 65B: The price is between 45,000 – 55,000 US dollars.

4. KTE – 75B: The price is between 60,000 – 100,000 US dollars.

他の機械の価格は、ブランド、モデル、構成によって大きく異なります。具体的な価格は、実際の需要に応じてご相談ください。

生産プロセス中に発生する可能性のある問題とその解決策および予防方法

1. 問題:押出中に劣化が発生します

– 原因分析: 主に、押出温度が高すぎる、スクリューサピットの速度が速すぎる、材料の滞留時間が長すぎるなど、PET樹脂の劣化を引き起こす原因によるものです。また、原料に含まれる不純物が原因で、押出中に劣化反応を起こすこともあります。

– ソリューション:押出温度を下げ、ねじの回転速度を適切に減らし、材料の滞留時間を短縮する。また、原材料を厳密にスクリーニングして不純物を除去する。

– 予防方法:押出温度とねじ回転速度を厳密に制御し、材料特性と工程要件に応じて適切な調整を行います。また、原材料の品質管理を強化し、原材料の純度を確保します。

2. 問題:マスターバッチの色が均一でない

– 原因分析: 色素の分散不良は、色素の前処理が不十分、混合時間が不十分、不適切なスクリュー組み合わせなどの原因で起こることがあります。また、不均一な供給によって、材料中の色素の分布が不均一になることもあります。

– ソリューション: 顔料を完全に前処理する（研磨や表面改質など）、混合時間を延長して顔料の均一な分散を確保する、スクリューの組み合わせを調整してせん断と混合効果を高める、供給システムを確認して均一で安定した供給を実現する。

– 予防方法: 品質と分散性の良い顔料を選択し、混合および押出作業のプロセス要件を厳密に遵守します。供給システムの動作を定期的に確認し、供給速度を適宜調整します。

3. 問題:エクストラーダの出力が低い

– 原因分析: これは、ねじの回転速度が低すぎる、供給速度が遅すぎる、材料の粘度が高すぎるなどの原因によるものか、また、エクストラーダのねじが深刻な摩耗を受け、輸送効率が低下している場合もあります。

– ソリューション:ネジの回転速度と給餌速度を適切に増加させ、材料の粘度を低減するために配合物を調整し、ネジの摩耗状態を確認し、重大な摩耗を生じたネジを適時に交換します。

– 予防方法: 材料の特性と加工要件に応じて、適切にねじ速度と供給速度を設定し、エクストラーダを定期的にメンテナンスし、摩耗した部品を適時に交換します。

4. 問題:押出されたストランドの粗い表面

– 原因分析: 過高な押出温度による材料劣化、不適切なねじ組みによる過度な切断による材料分解、または金型ヘッドの詰まりによる材料の不良押出などが原因となる可能性があります。

– ソリューション: 材料の劣化を防ぐために押出温度を下げ、ねじの組み合わせを調整して剪断と混合の強度を低減する。また、ダイヘッドを清掃して滑らかなダイヘッドを確保する。

– 予防方法:押出温度を厳密に制御し、過高の温度を回避します。材料の特性に応じて適切なねじ組み合わせを選択し、ダイヘッドを定期的に清掃してダイヘッドの詰まりを防ぎます。

メンテナンス

1. 日常メンテナンス

– 機器を清掃する: 毎日の生産後に、エクストラーダ、ミキサー、カッター、およびその他の機器の表面と内部をきれいにし、残留物や不純物を除去します。

– 機器を確認してください: 機器の各部品（ネジ、バレル、給料システム、切断システムなど）を確認し、正常に動作していることを確認します。電気システム、油圧システムなどを確認し、しっかりと接続されており漏れがないことを確認します。

– 機器を潤滑する: 機器の取扱説明書の要件に従って、機器の各潤滑ポイントを定期的に潤滑し、機器の可動部の柔軟な動作を確保します。

2. 定期メンテナンス

– 毎週のメンテナンス: ギヤボックス、プーリーなどの機器の伝達システムを確認し、正常に動作していることを確認します。フィルターを清掃し、詰まりを防ぎます。

– 毎月のメンテナンス: 装置のシール（シーリングリング、ガスケットなど）を確認し、破損した場合は交換してください。また、装置の冷却システムを確認し、正常に機能していることを確認してください。

– 四半期メンテナンス: 装置の各部品（ネジの隙間、カッターのカッター隙間など）の包括的な検査と調整を行い、電気システムの絶縁テストを実施して、その安全性と信頼性を確認します。

– 年間メンテナンス: 装置の全面的な分解、清掃、オーバーホールを行い、重大に劣化した部品を交換します。また、装置の性能試験を実施し、各指標が要件を満たしていることを確認します。

よくある質問

1. Q: PETマスターバッチの保存期間はどのくらいですか？

A: Under dry and sealed conditions, the shelf life of PET masterbatch is generally 12 – 24 months. After the shelf life, the performance of the masterbatch may decline, so it is recommended to use it within the shelf life.

2. Q: 適切なPETマスターバッチの配合を選ぶにはどうすればよいですか？

A: 適切なPETマスターバッチの配合を選択するには、色素の種類と濃度、キャリア樹脂の種類と性能、最終製品の要件など、多くの要素を考慮する必要があります。配合を選択する前に十分な試験と評価を行うことをお勧めします。これにより、配合の合理性と実行可能性を確保できます。

3. Q: PETマスターバッチの射出成形中に色の違いが生じた場合、どうすればよいですか?

A: まず、マスターバッチの品質を確認して、均一な色を確認します。射出成形プロセスのパラメーター（温度、圧力、射出速度など）を確認し、安定性と合理性を確認します。射出金型を確認して、清潔で不純物がないことを確認します。色の違いの問題が依然として存在する場合、マスターバッチの配合を調整するか、マスターバッチを交換する必要があるかもしれません。

4. Q: PETマスターバッチの分散性を向上させるにはどうすればよいですか？

A: PETマスターバッチの分散性を向上させるために、次の対策をとることができます。良い品質と分散性を有する顔料を選択し、顔料を十分に前処理する（研磨や表面改質など）、混合プロセスを最適化し、混合時間を延長して混合効果を向上させる、スクリューの組み合わせを調整してせん断と混合の強度を高めるなどです。

要約

連続ツインスクリュー押出機は、PETマスターバッチの生産において重要な役割を果たします。その優れた性能により、さまざまな配合比率と製造プロセスの要件を満たし、高品質のPETマスターバッチを生産できます。生産プロセス中、配合比率、製造プロセス、設備パラメータを厳密に管理し、設備の保守を強化するとともに、生産プロセス中に発生する問題をタイムリーに解決することで、生産の円滑な進行と製品品質の安定を確保する必要があります。同時に、生産プロセスと配合比率を継続的に最適化し、生産効率と製品性能を向上させ、PETマスターバッチに対する成長する市場需要に対応することが重要です。