二軸回転混合押出機用の統一的な導電性防静電性プラスチック配合物を設計することは、ポリマー配合における最も困難な作業の一つです。成果は、添加剤の化学的特性と分散の品質の両方に大きく依存します。Kerke（Wanplasの工場）は、12年以上にわたって、世界中で使用されている並列回転二軸配合押出機を構築してきました。これらの機械は、未加工樹脂、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、および永久的な防静電剤を、安定した予測可能な表面抵抗値を持つペレットに変換します。本ガイドでは、防静電機構、分散科学、および配合物が防静電用に10^9オーム/平方メートル以下、導電用に10^6オーム/平方メートル以下の表面抵抗値に達するかどうかを決定するスクリュー構成の選択について説明します。また、具体的な例の配合物、Kerke KTEシリーズの実機仕様、および出力と材料要件を特定のモデルにマッピングする選択表も示します。目標は実用的です。配合業者、成形業者、マスターバッチ製造業者に、繰り返し可能なプロセスを構築する手助けをすることです。
静電気は、二つの表面が分離し、一方の表面が他のものよりも多くの電子を保持しているときに蓄積されます。プラスチック部品では、ほとんどのポリマーは優れた絶縁体であるため、この電荷は地面に流れず、表面は電荷を保持し、スパークとして放出するか、または埃や微粒子を引き付ける可能性があります。静電気防止性のあるプラスチック配合物は、表面に電荷が漏れるための制御された連続的な経路を与えることで、そのリスクを低減します。導電性のあるプラスチック配合物はさらに、電荷をほぼ即座に放散できるほどの密度のある溶け出し網を作り出します。両方の結果は、導電性または半導電性の相をツインスクリュー混合エクストルーダー上のポリマーマトリックスに混合することで達成されますが、混合品質こそが、一貫した商用製品と最初のテストに合格したものと百番目のテストで不合格となったものを区別するものです。本記事の残りの部分では、その一貫性を確保する方法に焦点を当てています。
複合プラスチックにおける静電気防止特性の仕組み
静電気防止性プラスチック合成物は、表面電荷を無害レベルまで消去する能力によって定義されます。その能力はオーム/平方メートルの表面抵抗として測定されます。実用的な業界の基準は明確です。表面抵抗が10^9オーム/平方メートル以下の場合、合成物は静電気防止性とされ、10^6オーム/平方メートル以下の場合は導電性とされます。これらの両方の範囲の間で、材料はしばしば静電気を分散する性質を持つと説明されます。合成を開始する前に適切な目標を選択することで、無駄な充填剤を使用せず、脆弱な部品を回避し、最終用途に適した色と機械的特性を維持することができます。
これらの抵抗率目標を達成するには、4つの主要なルートがあります。それぞれはツインスクリューマイキングエクストラーダー内では異なる挙動を示します。導電性グレードのカーボンブラックは、接触する粒子の物理的なネットワークを構築します。導電性グレードのカーボンナノチューブは、はるかに低い負荷でさらに微細なネットワークを構築します。永久的な帯電防止剤は、湿気に依存せずに親水性のパスを形成する移動しない高分子添加剤です。イオン性帯電防止剤は、塩のような物質で、可動イオンを介して電荷を移動させます。前者2つは真の導電性充填剤であり、後者2つは通常は導電性範囲ではなく帯電防止範囲に属する添加剤ベースのアプローチです。アプリケーションにどのルートが適しているかを理解することは、配合設計の最初のステップです。
導電性カーボンブラックと滲透しきりの閾値
導電性カーボンブラックは、安価で堅牢なため、帯電防止および導電性化合物の主力材料です。その粒子は小さく不規則で、混合時に十分な量が密に配置されると、粒子同士が接触して連続した鎖を形成する、いわゆる溶け出し網になります。最終部品の抵抗率は、溶け出し閾値を超えると急激に低下します。多くのポリマーでは、この閾値は重量比で約8％から15％のカーボンブラックです。閾値以下では部品は依然として絶縁体ですが、わずかに上回ると抵抗率が帯電防止となり、さらに上回ると部品は導電体となりますが、同時に暗く、脆く、加工が困難になります。ツインスクリュー混合押出機での技術は、局所的な薄いゾーンが絶縁体の島として機能しないように、網を均一に形成することです。
低負荷導電性を実現するカーボンナノチューブ
炭ナノチューブは、炭黒の負荷のわずかな一部で、しばしば重量比で1％から3％の範囲で、その高いアスペクト比により、疎なネットワークでも接続が可能であるため、溶媒化に達します。この低い負荷により、基材のポリマーの色と機械的特性が炭黒よりもはるかに良好に保たれます。そのため、ナノチューブは高級な帯電防止および静電気放出防止コンポーネントに使用されています。そのトレードオフはコストであり、ナノチューブは高価帯から非常に高価帯に属します。また、単一の分散されていない束は無駄な投資となるため、非常に良い分散性が必要です。ツインスクリュー混合押出機に適切な位置に配置された揉みこみブロックは、ナノチューブを剥離し、破損せずに分配する標準的な方法です。
永続的な帯電防止剤と移動型タイプ
永久的な帯電防止剤は、化合物内に残って水分子に優しい微小な経路を形成し、繰り返し洗浄をしても長期間の帯電防止効果を発揮する高分子の移動しない添加剤です。これらは「内部帯電防止剤」とも呼ばれます。一方、イオン性または移動性の帯電防止剤は、ゆっくりと表面に広がり、電荷を運ぶために周囲の湿度に依存します。その効果は時間と洗浄によって薄れます。成形、輸送、およびサービスを耐える均一な導電性のプラスチック製剤のためには、永久的なタイプが好まれ、通常は重量の2%から6%を加えられます。これらの添加剤はほとんどが導電レベルに達しないため、帯電防止の目標値が10^9オーム/平方メートル以下であれば十分で、色や透明性を保つ必要がある場合に選択されます。
抵抗率の目標値とその検証方法
表面抵抗は、IEC 60093 や ASTM D257 などの規格に従って、通常 23 ℃ の温度と 50% の相対湿度の条件下で、同心リングプローブまたは 2 ポイントプローブを使用して測定されます。体積抵抗は関連するものですが、異なるものであり、厚い導電性部品に対して有用です。化学物質メーカーは、公式を決定する前に、テスト方法と調整時間についてお客様と合意する必要があります。同じペレットでも、湿度や保持条件が異なれば、異なる値が読み取れる可能性があります。以下の表は、一般的な目標帯域と、それぞれに到達することの多い添加剤ファミリーをまとめています。
| パフォーマンス帯 | 表面抵抗（オーム／平方メートル） | 典型的な添加物経路 | 一般的な最終用途 |
|---|---|---|---|
| 絶縁 (基準) | 10^12 を超える | なし | 一般的な包装、ハウジング |
| 帯電防止 | 10^9 から 10^12 | 永久的な帯電防止剤、イオン型 | フィルム、トレイ、化粧品容器 |
| 静的放電防止 | 10^6 から 10^9 | 低炭素黒、カーボンナノチューブブレンド | 電子処理、クリーンルーム |
| 導電性 | 10^6 未満 | 導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ | ESDフローリング、ケーブルシールド、ボックス |
信頼できる測定プロトコールは、一回の良い測定値を売れる一貫した導電性帯電防止プラスチック製剤に変えるものです。コンパウンドメーカーは、プロービング前に、すべての試料を少なくとも24時間、23℃と50％相対湿度で調整する必要があります。親水性帯電防止剤やポリアミドキャリアによって吸収された水分は、読み値を桁違いに変化させます。プレートごとに最低5回の測定を、異なるポイントで行うと、単一の中央読み値では隠れてしまう局所の薄いゾーンが露わになります。連続生産バッチ間の移動平均は、スクリュエレメントマップが流動しているかどうかを示します。バッチ間の表面抵抗の標準偏差が1桁以内に収まっている場合、コンパウンドは現場で使用できます。広がってしまっている場合は、ほとんどの場合、より多くの充填剤ではなく、再配置された挽きブロックやサイドフィーダによるより良い分散が改善策となります。スクリュエレメントマップとともにプロトコールを文書化することで、新しいオペレーターが異なるシフトで結果を再現できるようになり、それが、研究室の興味本位と、お客様が自信を持って指定できる商用マスターバッチとの違いです。
ツインスクリューマイキングエクストルーダーが均一な導電性を実現する理由
静電気防止および導電性化合物の混合用に最適な機械が、双スクリュー混合押出機です。制御ステップは融解だけではなく、分散です。並列に配置された共回転双スクリューにより、混合ブロック、逆転要素、およびサイドフィーダをバレル全体に正確な位置に配置することができます。これにより、高シェア混合が、ポリマーが溶融した後、成形金型へのポンプ作業前に行われます。Kerkeは、まさにこの種の作業に対応するKTEシリーズの並列共回転双スクリュー押出機を製造しています。以下の設計原則は、マスターバッチおよび改質プラスチック生産のためにこれらの機械がどのように構成されているかに基づいています。
凝集体を分解するための練るブロックの役割
練りブロックはツインスクリュ混合エクストラーダーにおける分散の核心です。レンズ状またはビローバル形状の要素を積み重ねたもので、そのオフセット角により溶融物の繰り返し停滞と更新が生じ、カーボンブラックやナノチューブの凝集体が圧縮され、引き離されます。30度または45度の練りブロックは分散混合のための適度なせん断をもたらし、60度または90度のブロックは硬い凝集体を分解する強力な分散混合を実現します。二つまたは三つの練りブロックゾーンを短い低せん断領域との間に配置すると、溶融物は緩和され、再凝集しにくくなり、ポリマーを過剰にせん断して劣化させることなく均一なネットワークを実現するための標準的な手法となります。
高い充填量のためのサイドフィード
カーボンブラックと多くの導電性フィラーはボリューム密度が非常に低く、空気を閉じ込めるため、主ホッパーを通してフィラーを15％投入すると、給送ゾーンが水浸しになり、混合が不十分になります。サイドフィーダ、特にツインスクリューフィーダは、ポリマーが溶融した後、溶融物がすでに加圧されている状態でフィラーを下流に導入するため、フィラーは直接高摩擦ゾーンに引き込まれます。この単一の変更は、しばしばフォーミュラを不均一から均一に変えるものです。Kerkeは、フィーダシステムの一部としてツインスクリューフィーダ、重量損失フィーダ、液体フィーダ、およびクラマーフィーダを提供しており、ラインメーターでカーボンブラック、マスターバッチ、および静電気防止剤を独立して繰り返し供給できます。
ベース樹脂を保護するためのマスターバッチの事前混合
安定した導電性アンチ靜電プラスチックフォーミュラを維持する信頼できる方法の一つは、まず濃縮されたマスターバッチを作成し、その後それを成形機または二次押出工程で天然樹脂に混ぜることです。カーボンブラックやナノチューブを30～50％の負荷でツインスクリュー混合押出機に入れて混ぜることで、最も難しい分散作業を制御された環境に移し、レットダウン工程は許容範囲がはるかに広くなります。この二段階のロジックが、多くの生産者がマスターバッチ用にKTEラインを設置し、最終合成用に第二段階を設ける理由であり、また、一回の工程で仕上げることができない材料のためにケルケ製品ラインで二段階押出システムが存在する理由でもあります。
自己洗浄可能なねじのジオメトリーと一貫性
Kerke KTE スクリュアセンブリは、コンピュータ支援設計で、優れた自己洗浄性をもつ、揉み込み型のプロファイルを採用しています。これは、静電気防止成分の場合には重要です。なぜなら、先に使用した色の残留電気伝導性材料が缶内に残ってしまうと、次の製造工程で汚染を引き起こし、導電性のホットスポットを生じるからです。スクリューと缶の要素の優れた互換性は、同じ機械を朝は黒色の導電性マスターバッチ用に、午後は淡色の常時静電気防止成分用に再構成できることを意味します。この再現性こそが、工場がバッチごとに一貫した表面抵抗率を保証できる理由です。
製品特集：KTEシリーズツインスクリュー複合成形エクストルーダ
KTEシリーズは、KTE-16Bの研究用装置からKTE-135Dの生産ラインまで、スクリュー径がモデル番号と同じであり、L/D比が公式に設定できるパラレル共回転機です。以下のラインナップでは、静電気防止用および導電性マスターバッチ用のスクリュー径と代表的な出力範囲が示されています。実際の出力は、キャリア樹脂、充填剤の量、スクリュー構成によって異なり、最終的な出力率はケルケが試運転時に確認します。
| モデル | ねじ径（mm） | 典型的なL/D比 | 典型的な出力量（kg/h） | 最適な役割 |
|---|---|---|---|---|
| KTE-16B | 16 | 36 ～ 44 | 0.5 ～ 5 | フォーミュラ試験、研究開発 |
| KTE-25 | 25 | 36 ～ 48 | 2 ～ 15 | パイロットライン、カラーマスターバッチ |
| KTE-36 | 36 | 36 から 52 | 10 ～ 60 | 小規模バッチの帯電防止剤 |
| KTE-65 | 65 | 36 から 52 | 80 から 400 | 永久的な帯電防止化合物 |
| KTE-95 | 95 | 40 ～ 52 | 400 ～ 1500 | 導電性黒色マスターバッチ |
| KTE-135D | 135 | 40 ～ 52 | 1000 ～ 3500 | 大容量の導電ライン |
KTE の各機械は、バレル構造、ねじ配列、排気、給料、および電気制御を、材料に合わせて最適化できるように設計されています。均一な導電性の防静電プラスチック製剤を開発するコンパウンダーは、通常、要素マップを修正するために KTE-16B または KTE-25 から始め、その後、同じマップを KTE-65 または KTE-95 にスケールアップして生産に移行します。Wanplas の工場である Kerke は、共用のねじ要素ライブラリを用いて、ラボレベルの結果を工場ラインに移行するサポートを行っています。
静電気防止剤と導電性添加剤の比較
添加剤ファミリーの選択は、抵抗率目標、色、機械的影響、およびコストのバランスをとる必要があります。以下の比較表は、調合者がツインスクリュ混合押出機を開く前に必要とする実用的な要約です。負荷は、一般的な重量％として示されており、正確な数値は機械上で調整されます。コストは、ラベルとして「低」、「中」、「高」、「非常に高」、「プレミアム」と示されています。これは、樹脂と充填剤の価格が市場とともに変動するためであり、技術文書の中で固定的な数値として引用されるべきではありません。
| 添加物 | 典型的な添加量（％重量） | 達成可能な表面抵抗値（オーム／平方メートル） | コストグレード | 色の影響 |
|---|---|---|---|---|
| 導電性カーボンブラック | 8 to 15 | 10^3 から 10^7 | 低 | 黒、不透明 |
| カーボンナノチューブ | 1 to 3 | 10^4 から 10^7 | 非常に高い | ライトグレーからブラック |
| 永久的な帯電防止剤 | 2 ～ 6 | 10^8 から 10^11 | メディア | 自然に近い、わずかな雲 |
| イオン性（移動性）帯電防止剤 | 0.5 ～ 2 | 10^9 から 10^12 | 低 | 透明可能 |
| カーボンファイバー（短） | 10 から 20 | 10^2 から 10^6 | 高 | 斑点があり、繊維が見える |
| ステンレス鋼繊維 | 2 ～ 6 | 10^2 から 10^5 | プレミアム | メタリックスポッケル |
表は、中心的なトレードオフを明確に示しています。カーボンブラックは安価で信頼性の高い導電体ですが、常に黒色です。一方、永続的な静電気防止剤は色を保ちますが、静電気防止帯にしか達しません。10^9オーム/平方メートル以下の淡い色の部品が必要な調合剤開発者は、より高価なグレードを受け入れてカーボンナノチューブや鋼繊維混合物に切り替えることが多いです。ツインスクリュー混合押出機では、添加剤が高価になるにつれて、分散要件も高まります。混合が不十分な場合、高価な充填剤が無駄になります。
より優れたネットワークのための互換性と連携
カーボンブラックとナノチューブは極性であり、非極性のポリオレフィンにうまく湿らせることはできません。そのため、少量の相溶性化剤またはマレイン酸アニオン接枝されたキャリアを使用すると、分散性が向上し、ネットワークが定着します。ポリプロピレンキャリアの場合、これはしばしば、キャリア樹脂の一部またはすべてをマレイン酸アニオン接枝されたポリプロピレンとして使用することを意味します。同じ原理は、永続的な帯電防止剤である添加剤の場合にも適用されます。この添加剤は、分散したままにしなければならず、一面に移動してはなりません。良好な湿潤性は凝集体の大きさを小さくし、浸透限界を下げるため、同じ抵抗値でより少ない充填剤を使用し、より堅牢な最終部品を作ることができます。
ねじ構成とその分散に与える影響
複合機で、ツインスクリュ混合押出機で制御できる最大の要素は、スクリュ構成です。下の表は、静電気防止剤または導電性配合物の分散結果に対応するいくつかの一般的な要素の選択を示しています。これらは出発点であり、最終的なマップはKerkeの試験ラインで確認されます。主要な変数は、練りブロックの数と位置、分散ゾーンで使用されるL/D比、および充填剤にサイドフィーダーを使用するかどうかです。
| 構成要素 | 揉み合いブロックの数と位置 | 分散領域のL/D | 分散効果 | 最適 |
|---|---|---|---|---|
| 穏やかな分配 | 30度で2ブロック、中部バレル | 4 ～ 6 | 低シェアで均一な混合 | 永久的な帯電防止剤 |
| 標準炭素黒 | 45～60度で3ブロック、サイドフィード後に | 8 ～ 12 | Breaks クラスターを分割します | 8～15％の黒色マスターバッチ |
| アグレッシブなナノチューブ | 60～90度で3～4ブロック、分割ゾーン | 10 ～ 14 | Exfoliates bundles | カーボンナノチューブの低下 |
| 2段階のマスターバッチ | 重いブロックを先に、軽いブロックを後から | 12 ～ 16 | 次に、濃縮して均一化します | 30～50％の濃縮物 |
スクリューの回転速度と溶融温度は、設定によって相互に影響を与えます。スクリューの回転速度が高いとせん断が生じ、分散が促進されますが、溶融温度も上昇します。また、溶融が高温になると、抗静電剤や媒質が劣化する場合があります。優れたツインスクリュー混合エクストルーダーでは、バレルの温度を段階的に調整して、ポリマーが早期に溶融し、分散ゾーンが混合のための粘度を下げるのに十分な高温に達し、メータリングゾーンが溶融ポンプやダイより少し冷却されるようにします。これにより、熱に敏感な添加剤を保護します。Kerkeの機械では、バレルゾーンとスクリューの回転速度を閉ループ制御し、オペレーターは毎回同じ熱プロファイルを繰り返します。
換気と湿度管理
多くの静電気防止剤は湿気に敏感であり、導電性カーボンブラックには表面に空気が含まれており、これを除去しないと空洞が生じてネットワークが弱体化します。ベント付きのバレルに一か二か所の脱溶剤ポートを設けると、バックアップされた空気と残留水分が真空下で排出されます。ポリアミドベアラーに永久的な静電気防止剤を使用する場合、樹脂を加工前に乾燥させ、押出中にベントを設けることが、分子量を低下させ機械的特性を損なう水分による水酸化を防ぐために重要です。KTE バレルは、配合物に必要な位置に排気ポートを設定できます。
製品特集：配合物開発用ラボ用ツインスクリュー押出機
生産ラインへの投資をする前に、ほとんどのKerkeのお客様は、実験室用ツインスクリュー押出機で統一された導電性防静電プラスチックフォーミュラを開発します。この装置は、生産用KTEユニットと同じ共同回転ジオメトリーを採用しているため、要素マップが直接転送されます。実験室ユニットの代表的な仕様は以下に示されています。これは、スクリューごとの抵抗率と機械的特性を測定する小規模バッチ向けに設計されており、毎日の作業です。
| パラメータ | 実験室用ツインスクリュー押出機 | 静電気対策に関する注意事項 |
|---|---|---|
| ねじ径 | 16～25 mm | KTE-16B と KTE-25 に対応 |
| L/D比 | 36 から 48 まで設定可能 | こなすスペースと換気口 |
| ねじ速度 | 最大600 rpm | 試験用の広いせん断スイープ |
| 給餌 | メインホッパーとサイドフィーダオプション | 下流フィラーの追加テスト |
| スループット | 0.5 ～ 15 kg/h | 成形試験用カッターに十分な量 |
実例の処方および目標抵抗率
次の例の数式は、複合材料をツインスクリューマイキングエキストルダーにロードし、調整するための出発点です。キャリアはポリプロピレンとアクリロニトリルブタジエンスチレンであるとします。これらは、帯電防止や導電性部品の最も一般的なベースです。しかし、同じ原則はポリエチレン、ポリアミド、および熱可塑性エラストマーにも適用されます。カーボンブラックの負荷量は、骨格が必要とする範囲で8％から15％です。その他の添加剤、例えば酸化防止剤、相溶性改善剤、およびスリップ剤は、複合材料を保護するために記載されています。目標抵抗は、均一な分散後に予想される値です。混合が不十分な場合は、測定値が高くなります。
| 式 | キャリア（% wt） | カーボンブラック（質量％） | その他の添加物（質量％） | 対象面の抵抗率（オーム／平方メートル） |
|---|---|---|---|---|
| PP導電黒 | PP 85 | 12 | 抗酸化剤 0.3、相溶性調整剤 2.7 | 10^4 から 10^6 |
| PP静的放散材 | PP 92 | 8 | 抗酸化剤 0.3、相溶性改善剤 1.7 | 10^7 ～ 10^9 |
| ABS 静電気防止剤 | ABS 94 | 0 | 永久的な帯電防止剤 5、酸化防止剤 0.3、潤滑剤 0.7 | 10^8 から 10^10 |
| ABSナノチューブ導電性 | ABS 97.5 | 0 | カーボンナノチューブ 2、相溶性化剤 0.5 | 10^4 から 10^6 |
| PPナノチューブの淡い色 | PP 97.7 | 0 | カーボンナノチューブ 1.5、相溶性増強剤 0.8 | 10^6 から 10^8 |
| PE ブラックビングレード | PE 86 | 13 | 抗酸化剤 0.3、滑らせ剤 0.7 | 10^3 から 10^5 |
これらの式は意図的に簡単に作られており、試験対象となるのはレシピではなく分散ステップです。実際には、カラーマスターバッチやフィラーマスターバッチには既にカーボンブラックの一部が含まれていることがあり、ツインスクリューマイキングエクストラーダではそれを下げて再均一化するだけで済みます。たとえば、顧客がPE黒色ビングレードを使用している場合、目標は、静電気を数十ミリ秒で放出することで、保管ビン内の可燃性蒸気を引き起こさないようにすることです。抵抗率の範囲が10^6オーム/平方メートル以下であることが安全性の目標であり、均一なネットワークが、すべてのペレットとすべての成形されたビンがこれを満たすことを保証します。
例の式の処理ウィンドウ
ポリプロピレンベースの配合物の場合、バレルの温度は、給入部で180度摂氏から分散区域で220度摂氏まで変化し、その後ダイで210度摂氏に落ち着きます。アクリロニトリルブタジエンスチレンは同様の温度範囲を許容しますが、より熱に敏感であるため、分散区域は210度摂氏に保たれ、スクリューの回転速度は、部品を黄色くする熱的劣化を防ぐために適度に調整されます。永久的な帯電防止剤は、ポリマーが溶融した後、サイドフィーダまたは液体フィーダを通して投入され、早期の劣化ではなく、分散されます。これらの各温度範囲は、試験中にケルケラインで確認され、その後、制御システムにレシピとして保存されます。
アプリケーション産業と最終製品
均一の導電性を持つ帯電防止プラスチック製剤は、多くの最終製品を通じて市場に投入されています。ペレットを製造するツインスクリューマイキングエクストラーダは、最初のステップに過ぎません。Wanplasの工場であるKerkeは、マスターバッチ製造業者、エンジニアリングプラスチック合成業者、および改質材料メーカーにサービスを提供しており、これらの企業は下流の産業に製品を供給しています。製品のフォーミュラをターミナル製品にマッピングすることで、開発はお客様が実際に購入する抵抗率と色に焦点を当てることができます。
電子部品の取り扱い
静電気防止および静電気放散抑制化合物に対する最大の安定需要は、電子機器分野にあります。電子機器では、トレイ、チューブ、リール、トートボックスなどが、繊細なデバイスを静電気放出から保護する必要があります。 これらの部品には、10^6から10^9オーム/平方メートルの表面抵抗が必要であり、通常はコードを印刷できるように淡い色を持つ必要があります。 KTEライン上のカーボンナノチューブまたは低炭素ブラックのフォーミュラが典型で、部品はABSまたはPP成形部品であることが多い。 製造工程の目的は、全パレットのペレットの抵抗を一様に保つことで、単一のトレイが弱点となることのないようにすることです。
可燃性および粉末状の商品の包装
粉体の取り扱い、溶剤の充填、および爆発性環境下の施設では、発火しない容器が必要です。導電性のコンテナ、柔軟な中間バルクコンテナ、カーボンブラック入りポリエチレンまたはポリプロピレン製のドラムライナーなどがこのグループに属し、抵抗値は10^6オーム/平方以下です。この製品は、色が濃くコストに敏感であるため、高生産量のKTE-95またはKTE-135Dで12%から15%の導電性カーボンブラックが経済的な選択となります。Wanplasグループが多くの工場で培った経験によれば、一貫した脱溶剤化が、これらの安全上重要な部品のピンホールや弱い箇所を防ぐことができます。
自動車およびケーブルの遮蔽
自動車内装では、ダッシュボードやトリムに付着する埃を防ぐために静電気防止化合物が使用されています。ケーブル産業では、シールド層や半導体スクリーン用に導電性化合物が使用されています。どちらの場合も、高い抵抗率制御と優れた機械的特性が必要となります。炭素黒または炭素繊維を充填したポリアミドやポリブチレンテレフタレートなどのエンジニアリングプラスチックがよく使用されており、KTEシリーズはこれらの樹脂が必要とする高い溶融温度に対応しています。
医薬品、化粧品、消費財
導電帯に到達することよりも色と透明度が重要な場合、永久的な帯電防止剤が優勢です。化粧品の瓶、医療機器のケース、および高級消費者向けパッケージでは、洗浄後に帯電防止効果を維持する、ほぼ天然の化合物が使用されています。これらの配合物はせん断に対する耐性が低いため、KTE-65の優しい分散型ねじ構造で十分です。また、黒い充填剤が使用されていないため、色が綺麗に保たれます。
適切なエクストラーダモデルの選択
以下の選択表は、KTEシリーズのKerkeモデルに対する典型的な要件と対応しています。出力数値は、試験により確認されたものであり、本稿では、キャリア、フィラーの積載量、および年間生産量が機械サイズをどのように影響するかを示すものです。すべてのモデルは、Wanplas工場のKerke社の並列回転式ツインスクリュー混合エクストルーダーであり、スクリュー要素のロジックが共通しているため、開発された小規模のフォーミュラはきれいにスケールアップできます。
| 要件 | 目標抵抗値 | おすすめモデル | このモデルの理由 |
|---|---|---|---|
| 新しい配合物、ラボでの検証 | 任意 | KTE-16B または KTE-25 | 小規模のバッチ生産で、スクリューチェンジが迅速に行えます |
| 低容量の帯電防止化合物、50 kg/h | 10^8 から 10^10 | KTE-36 | 優雅な分散型構成でエージェントを配置 |
| 永久的な帯電防止、300 kg/h | 10^8 から 10^11 | KTE-65 | エージェント用サイドフィーダ、安定した出力 |
| 導電性黒色マスターバッチ、800 kg/h | 10^3 から 10^6 | KTE-95 | 強い締め込み、高トルク |
| 大容量のビングレード、2000 kg/h | 10^6 未満 | KTE-135D | 最大スループット、双方向フィード |
| 二段階の硬質材料 | 任意 | KTE 二段階システム | 強い分散のための母子用 |
マスターバッチ濃縮物とレットダウン合成物の両方に対する要件がある場合、Wanplasは親ブランドとして、濃縮物用の大型KTEエキスプラッサーと仕上げ用の小型ユニット、または一歩で合成とカレンダーを行うシート押出ラインを組み合わせたマッチングラインを調整することができます。このような統合的な考え方が、バイヤーが無関係な機械を組み合わせるのではなく、専門工場に相談する理由です。上記の推奨事項は常に電気抵抗率の目標と年間トン数から始まり、両方を余裕をもって満たす最小の機械を選択します。
サービス、テスト、および工場サポート
静電気防止化合物用のツインスクリューマイキングエキストルダーを購入することは、ほんの始まりに過ぎません。稼働結果は、テスト、トレーニング、サポートによって決まります。Wanplas工場のKerkeは、すべてのラインにWanplasグループの共通の約束を提供しており、以下の点は、機械が到着し、生産を開始したときに化合物メーカーが期待すべきことです。
工場受入検査および稼働テスト
発送前に、各 KTE ラインで代表的な材料を使用して、出力、熱プロファイル、そしてペレットの品質をお客様にご確認いただきます。 静電気防止用配合物の場合、この試験では、お客様が使用するプローブまたは合意したプローブを使用して、生成されたペレットの表面抵抗を測定します。これは、スクリューマップが機能していることを確認する唯一の公正な方法です。 Kerke は、確認済みのレシピと素材レイアウトを文書化することで、工場ラインが推測なく実験室の結果を再現できるようにします。
インストール、試運転、およびトレーニング
エンジニアは現場でラインを設置・稼働させ、その後、お客様のチームにネジ組み、給料設定、および制御システムでのレシピ管理についてのトレーニングを行います。静電気防止化合物は、ネジの回転速度や缶の温度のわずかな変化にも敏感であるため、このトレーニングでは、プロセスの窓を厳密に管理し、分散不良の警告サイン、たとえば抵抗率の上昇や薄い化合物の黒い斑点などを読み取ることに重点を置きます。制御システムを介したリモート監視により、Kerkeチームは必要に応じて工場からプロセスデータを確認し、アドバイスを提供します。
部品供給とオープン工場の方針
Wanplasのグループポリシーでは、対象ラインに対して毎年500米ドル分の無料部品が提供され、保証期間内に損傷した部品の無料交換も行っています。ネジ部品、バレルライナー、そして練りブロックは、炭素黒が研摩性であるため、どのような導電性化合物でも使用される消耗部品です。そのため、予定された部品バッファーを用いることでラインを稼働させることができます。Kerkeはオープンな工場ポリシーを採用しており、お客様に19,997平方メートルの工場を訪れてもらい、すでに70カ国以上で稼働中の2,000台以上の機械を見ていただき、12年以上の化合物エクストラーダ経験をご覧いただくことができます。その後、注文をすることができます。
品質の約束
Wanplas group は、生産能力、輸送、品質基準を保証し、品質が合意された仕様を満たさない場合は返金と補償を約束します。静電気防止用プラスチックの場合、これは、合意された抵抗値帯と分散の均一性が受け入れ基準の一部であることを意味します。機械の機械的動作だけでなく、これらの要件を満たすことが、化合物メーカーが自社の顧客に安定した製品を提供できるようにする要因です。
よくある質問
どのような表面抵抗が、静電気防止性と導電性プラスチックを定義するのですか?
静電気防止用プラスチックは通常、10^9 オーム/平方メートル以下で指定され、導電性グレードは10^6 オーム/平方メートル以下で指定されます。目標は、最終用途と環境の放電リスクレベルによって選択され、静電気を放出する帯域は両者の間に位置します。
導電性化合物の製造に、シングルスクリュー機の代わりにツインスクリュー混合押出機を使用する理由は何ですか?
共回転式ツインスクリュー押出機は、練りブロックを通じて強力で制御可能なせん断を提供し、高負荷の充填剤の側方投入を可能にします。これは、凝集体を分解し、ポリマーを過度に働かせることなく均一な浸透網を形成するために不可欠です。一方、単一スクリュー機では、一貫した分散を実現するために必要な独立した要素制御が欠けます。
プラスチックを導電性にするためにどのくらいの炭素黒が必要ですか？
ほとんどのポリマーでは、伝導性カーボンブラックの重量比8％から15％の間にパーコレーションしきい値が存在しますが、その正確な値はブラックのグレード、キャリア、およびツインスクリューマイキングエクストラーダからの分散品質によって異なります。カーボンナノチューブは、1％から3％の負荷で同じ伝導度を達成できます。
黒いフィラーを使用せずに、淡い色の帯電防止プラスチックを作ることは可能ですか？
はい。永久的な帯電防止剤または低負荷の炭ナノチューブは、化合物を自然な色に近づけながら帯電防止または低伝導性帯に達します。炭ナノチューブはコストが高くなりますが、永久的な帯電防止剤は、完全に導電性ではなく、目標が10^9オーム/平方メートル以下の場合に経済的な選択です。
カーボンナノチューブの分散に最適なネジ構成はどれですか?
侵略的ながらも分散性の高いゾーンで、サイドフィーダーの後ろに60～90度の角度で3～4個の揉み込みブロックを配置し、ナノチューブ束を破壊せずに剥離します。分散ゾーンで消費されるL/Dは通常10～14であり、スケールアップ前に実験室のツインスクリュー押出機でマップを確認します。
湿気は押出時の帯電防止化合物に影響を与えますか？
熱に敏感なポリアミドなどの基材や、表面の空気を閉じ込める導電性カーボンブラックにとって、水分は非常に重要です。レジンを供給する前に乾燥し、ツインスクリューマイキングエキストルーダーのバレルを真空下で換気することで、水分と空気を除去し、ネットワークを保護し、空洞や水解を防止します。
新しい調合者はどのKerkeモデルから始めるべきですか？
均一の導電性を備えた防静電プラスチック製品を製造する新しい調合技術者は、スクリューマップを確定するために KTE-16B または KTE-25 のラボ用ツインスクリュー機を使用し、その後、量産が拡大するにつれて、確認済みのマップを KTE-65、KTE-95、または KTE-135D の生産ラインにスケールアップします。
結論
統一の導電性帯電防止プラスチック製剤を、ツインスクリュー混合押出機で作るには、三つの要素が揃っていなければなりません。すなわち、電気抵抗と色の目標に対応する適切な添加物の配合方法、ポリマーの劣化を引き起こすことなく充填剤を分散させるスクリュー構造、そして、バッチごとに表面電気抵抗を確認する測定方法です。カーボンブラックは低コストで導電性を実現できますが、常に黒色です。カーボンナノチューブは低負荷で導電性を実現できますが、高価な材料です。永続的な帯電防止剤は色を維持しながら帯電防止バンドに入ることができます。Wanplasの工場であるKerkeは、KTEシリーズの並列回転ツインスクリュー押出機と、試作段階から安定した生産ラインへと導くラボ用ツインスクリュー押出機を製造しています。このガイドの選択表は、電気抵抗の目標と年間生産量を適切なモデルにマッピングします。Wanplasグループは、テスト、設置、トレーニング、年間500米ドルの無料部品、および工場見学のサービスを提供します。もしあなたが帯電防止または導電性化合物を開発しており、独自の材料に対する適切なスクリュー構造と確実な電気抵抗を得たい場合は、仕様とサンプルをKerkeチームに送って、試作を実施し、工程の工場レビューを依頼してください。
