せん断は、二つの力が互いに反対方向へ作用する際に生じます。押出機内を材料が移動するにつれて摩擦と熱が発生します。
押出におけるせん断を理解する
押出におけるせん断は、押出機内部で材料層が互いに滑り合うときに生じます。摩擦と熱を発生させ、製品の成形に役立ちます。
押出におけるせん断の定義
せん断とは、押出工程中に材料層を互いに滑り合わせる力です。両手をこすり合わせる様子を思い浮かべてください。手を押し合わせる力と、その間に生じる摩擦がせん断にあたります。
押出機では、この摩擦によってせん断熱が生じます。材料が機械内を移動する間に、この熱が材料の溶融と混合を促します。せん断応力とは、この滑り運動を引き起こす単位面積あたりの力です。
せん断力が発生する仕組み
押出機では、スクリューが回転してシリンダー壁に作用することで せん断力 が発生します。スクリューが回ると、シリンダーが静止した状態で材料を前方へ押し出します。これにより材料層の間に摩擦が生じます。
ダイ出口付近でも材料にせん断が加わります。スクリュー速度を上げるとせん断力が強まり、温度と 材料の流れ.
せん断流と他の流動様式
せん断流では、材料の層が互いに平行に滑り合います。一方向に材料が伸びる伸長流とは異なります。押出では両方の流動が作用しますが、 せん断流 がシリンダーとダイの内部で支配的です。
せん断速度と押出工程における役割
せん断速度は、押出中にポリマー層が互いに滑り合う速さを示します。スクリュー速度、溝のサイズ、ダイ内を流れる材料の流れに応じて変化します。
せん断速度とは？
せん断速度は、溶融したプラスチックのある層が隣接する層に対してどれだけ速く移動するかを示します。層間の速度差を層間距離で割って計算します。単位は毎秒の逆数（s⁻¹）です。
押出機のスクリューが 回転すると、さまざまなサイズの溝を通してポリマーを押し出します。狭い隙間を材料が高速で通過すると、 せん断速度が高くなります。広い隙間を材料がゆっくり通過すると、せん断速度は低くなります。
せん断速度に影響する要因
スクリュー回転速度 せん断速度に直接影響します。回転が速いほど スクリューの回転 により、ポリマー層が互いに滑り合う速度が上がります。
隙間の大きさも重要です。スクリューのフライトとシリンダー壁の間が狭いほど、広い隙間よりせん断が強くなります。ダイ開口部のサイズも、 見かけのせん断速度 出口付近での
産業工程におけるせん断速度の範囲
単軸押出機は 一般に100-500 s⁻¹の範囲で運転され、フィルムおよび 異形材の押出に用いられます。ます。通常運転時、シリンダー壁付近のスクリュー溝では200 s⁻¹に達することがあります。
特定の箇所ではさらに高い値になります。工程の種類によって、ダイ出口のせん断速度は1,000-10,000 s⁻¹に達することがあります。
押出機設計によるせん断の制御
押出工程で生じるせん断の大きさは、 スクリュー設計, シリンダー温度とダイ形状の組み合わせによって決まります。
スクリュー設計がせん断に与える影響
スクリュー設計は、押出におけるせん断を制御する主な要因です。スクリューフライトの深さとピッチによって、押し出されて混合される材料の量が決まります。溝が深いとせん断が弱まり、浅いと強まります。
スクリューとシリンダー壁の間隔も影響します。隙間が狭いほど、材料が通過する際のせん断が強くなります。材料の混合を改善するため、制御されたせん断を加える専用混合部を備えたスクリュー設計もあります。スクリュー速度もせん断に影響し、速度が上がると摩擦と熱が増加します。
シリンダー温度とせん断レベル
材料を適切に溶融するには、シリンダー温度とせん断を組み合わせて制御します。シリンダー温度が低い場合、材料を加熱するためにより強いせん断が必要です。温度が高いと、機械的せん断の必要性が低下します。材料を劣化させず均一に溶融するため、適切なバランスを見つける必要があります。
押出ダイ形状とせん断
材料が押出ダイを通過する際にもせん断が生じます。ダイ径が小さいほど、せん断速度が高くなります。最新のスパイダーダイは旧式のスパイラル設計よりせん断が弱く、材料の劣化防止に役立ちます。
せん断が材料特性と製品品質に与える影響
せん断は、溶融樹脂の流動から最終製品の強度・耐久性まで、押出中のポリマーの挙動に直接影響します。
せん断、粘度、ポリマー溶融体の挙動
ポリマー材料にせん断を加えると、粘度が変化します。ほとんどのポリマー溶融体は せん断薄化を示します。つまり、せん断速度が高くなるほど流れやすくなります。この特性により、材料は押出機のシリンダーとダイを通りやすくなります。
ポリマーのメルトインデックスは、特定の条件下での流れやすさを示します。せん断速度が高くなると粘度が低下し、溶融樹脂が装置内をより速く流れます。
せん断による溶融と流動
ポリマー鎖の間に生じる摩擦により、せん断熱が発生します。この熱は固体粒子の溶融を促し、ポリマー溶融体を加工温度に保ちます。回転するスクリューの機械エネルギーは熱エネルギーに変換され、シリンダーヒーターとともに溶融を支えます。
ポリマーの劣化とせん断
過度なせん断は分子鎖を切断します。、その結果、 ポリマーが劣化します。材料ごとに超えてはならない限界せん断速度があります。この限界を超えると分子量が低下し、最終製品の機械的特性が損なわれます。
せん断が製品品質に与える影響
せん断を適切に制御すると、均一な混合と一貫した特性が得られ、製品品質が向上します。一方、せん断が強すぎると分子構造が損傷し、完成品の強度、耐衝撃性、耐久性が低下します。
Jwellとともにプラスチック押出のせん断を制御
よくある質問
せん断は押出機内の材料の流れにどのような影響を与えますか？
せん断は、材料が押出機のシリンダー内を移動する仕組みを左右します。回転するスクリューによって材料層が形成され、それぞれ異なる速度で滑り合います。この動きは材料を前方へ押し出すと同時に、混合と溶融を促します。
押出加工中にせん断応力とせん断速度が生じる原因は何ですか？
スクリューがシリンダー壁に対して回転すると、材料にせん断応力が生じます。せん断速度は、これらの層が互いに対して移動する速さを示します。スクリューが材料を狭い隙間に高速で通すため、両方が発生します。
高いせん断は、押出における温度上昇や溶融品質にどのような影響を与えますか？
高いせん断は材料層間に摩擦を生じさせ、熱を発生させます。外部加熱がなくても温度が100°Fを超えて上昇することがあります。せん断が強すぎると材料が過熱し、弱すぎると完全に溶融しない場合があります。
ポリマー押出におけるせん断応力とせん断速度の違いは何ですか？
せん断応力は材料に加わる力です。せん断速度は、層同士が滑り合う速さです。
スクリューの設計や速度によって、発生するせん断量はどのように変わりますか？
スクリュー溝が深いとせん断が弱まり、浅いと強くなります。スクリューを速く回すと、せん断が増加します。
押出ラインのせん断条件は、どのように測定または推定できますか？
次の要素を用いて、 せん断速度 を計算できます：ダイ寸法、生産量、材料特性。
