押出成形は、私たちが日常的に使用する様々な製品を作るための一般的な製造工程である。したがって、私たちは皆、押出成形に直接関係している。熱可塑性プラスチック・パイプ業界だけでも、2030年までに48億ドル、年平均成長率は約5.5％と予想されている。
それでも、業界全体のほんの一部にすぎない。押出成形は、自動車、包装、医療、建設、消費財などさまざまな分野で使用されており、市場予想総額は2205億1000万ドルに達する。
押出成形は、複数の業界に革命をもたらした、画期的な製造プロセスである。包装から自動車、航空宇宙、医療に至るまで、この万能技術は数え切れないほどの用途に活路を見出した。一貫した断面形状を作ることができる押出成形は、プラスチックパイプ、プロファイル、シート、フィルム、容器、様々な部品の製造を可能にする。
この記事を読んで、定義から用途、利点、技術的なことまで、押出成形について知っておくべきことをすべて学ぼう。
押出製造は、生産者が均一な断面形状を持つものを成形し、製造することを可能にする。均一な断面を持つ連続的な形状を作るには、材料（多くの場合、熱可塑性プラスチックまたは柔軟な金属）をダイまたは開口部に通す。
押出比とは、最終押出材の押出開始断面積／断面積のことである。
押出比が重要なのは、押出中に機械がどれだけの機械的作業を行わなければならないかを示すからである。注意すべき重要な点は、押出比が低い場合、押出工程で行わなければならない機械的作業は最小限に抑えられるということである。
一方、押出比が高い場合は、より大きな圧力が必要となる。これは、機械に流れる力を調整することによって解決できる。
押出比は、製造業者にとって極めて重要である。この比率は、押出材の変形の度合いや流動性だけでなく、この工程の強度パラメーターにも影響する。押出機、特にバレルとダイスは磨耗や損傷を受けやすく、材料の効率的な使用と安定した製品品質を確保するために、機械は手動で調整する必要がある。
共押出とは、複数の熱可塑性プラスチック溶融ストリームからなる押出成形品を形成することである。この製法が生まれたのは、特に包装業界からのいくつかのサービス要求が、ポリマーの組み合わせでは満たすことができるものの、単一のポリマーでは満たすことができなかったためである。共押出しは、キャスト・フィルムの製造において最初に実施され、現在ではブロー・フィルムやシートの押出成形に使用されている。
共押出工程は、多くの押出工程で使用され、2つ以上の押出機から出力されたものを一緒にして、以下のような特徴を持つ単一の多層製品を形成する。
プラスチック押出成形は、原料プラスチック（主にポリマー）を溶かし、ダイに押し込んで連続した形状を作る製造工程である。プラスチックの押出成形では、パイプ/チューブ、フェンス、デッキ手すり、窓枠、シートなどが製造される。
押出プラスチック製品の製造工程は、粉末、ペレット、顆粒などのプラスチック材料をホッパーから押出機のバレルに投入することから始まる。材料が溶かされ、スクリューを通して押し出された後、溶けた材料はダイを通して押し出される。押し出された製品がダイを出た後、成形され、冷却される。
ブロー成形は、ペットボトルのような他の製品を作るのに非常に人気がある。プラスチック玩具業界では、射出成形の方が適している。その違いを知りたいか？私たちの記事を読んでほしい： 射出成形とブロー成形を比較する。
プラスチックフィルムは、食品包装業界で広く使用されている薄く連続した素材である。厚いプラスチック素材はしばしば「シート」と呼ばれる。プラスチックフィルムは領域や体積を区切り、物品を保持し、障壁や印刷可能な表面として機能する。包装、菓子の包装、写真フィルム、あるいは輸送用のヘリコプターを包むのに最もよく使われる。
チューブ押出。チューブ押出工程では、医療用チューブや飲料用ストローを製造する。この工程は、ダイスと実際の押出段階までは通常の押出工程と同様である。
押出成形に関わる様々な工程を理解することは、正確で効率的な生産成果を達成するために不可欠である。プラスチック押出工程は、一般的に以下のステップで構成される：
押出成形では、数多くのポリマーを使用する選択肢がある。しかし、材料加工は複雑であり、販売に適した製品を得るためには適切な材料を選ぶ必要がある。製造には、ポリマー・キャリアとも呼ばれるポリマー樹脂が必要だ。希望する製品によっては、UV吸収剤、破断防止加工助剤、酸化防止剤、PET鎖延長剤などのオプション添加剤に加え、顔料の添加を検討するかもしれない。
押し出し加工に一般的に使用される合成素材には、以下のようなものがある：
優れた耐薬品性、耐久性、低コストで知られる汎用熱可塑性ポリマー。包装用フィルム、パイプ、チューブ、電線絶縁材など様々な用途に広く使用されている。
高強度、耐薬品性、優れた熱安定性で知られる、もうひとつのポピュラーな熱可塑性ポリマーである。PPは包装、自動車部品、繊維製品、家庭用品などによく使われている。
優れた電気絶縁性、耐久性、難燃性で知られ、広く使用されている熱可塑性ポリマーである。PVCは、建築資材、パイプ、ケーブル、窓枠などによく使用されている。
剛性、耐衝撃性、透明性に優れた汎用性の高い熱可塑性プラスチックである。包装材、使い捨てカトラリー、断熱パネルなどによく使われる。
優れた強度、透明性、耐湿性、耐薬品性で知られる熱可塑性ポリマー。PETは飲料ボトル、食品包装、合成繊維などに広く使用されている。
食品包装、合成繊維などである。
アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）
高い耐衝撃性と耐熱性で知られる強靭で硬い熱可塑性プラスチック。ABSは自動車部品、電子筐体、消費財などによく使用されている。
高い衝撃強度、光学的透明性、耐熱性で知られる透明な熱可塑性プラスチックである。PCは眼鏡レンズ、自動車部品、電子部品によく使われる。
優れた機械的特性、耐熱性、耐薬品性で知られる堅牢で耐久性のある熱可塑性プラスチックである。ナイロンは、エンジニアリング用途、繊維製品、自動車部品などによく使用される。
これらは、押出工程で使用される合成材料のほんの一例に過ぎない。他にも多くの種類のプラスチックやポリマーコンパウンドがあり、それぞれにユニークな特性や用途がある。
押出機の取り付けには、慎重な取り付けと、適切なアライメントを確保するための精密な較正が必要である。
この作業は、最終製品の形状とサイズを決定する上で極めて重要な役割を果たす。
スクリュー設計の検討は不可欠であり、特にバレルの円筒形設計に注目する。この側面は、材料の分散精度に大きく影響し、望ましい製品仕様の達成に貢献する。
ドージングとは、ベースとなるプラスチック材料と混合される添加剤、着色剤、その他の成分の正確な量を正確に測定し、制御することである。
メーカーは、ドージング装置やシステムを使用して、これらの追加物質を制御された方法で押出機に導入する。
押出成形を行うプラスチックメーカーが材料を正確に投与するために、当社がどのようなお手伝いをしているか、もっと知りたい？当社のウェブサイトを見る！
スクリュー機構を使用してプラスチック材料を押出機バレルに供給する。熱と機械的エネルギーを加えてプラスチックを溶かし、均質な溶融塊を作る。溶融押出は、押出機のバレルを通して熱と摩擦を加えることによってポリマーペレットを溶融させる。
溶融ポリマーはその後、小さな穴、またはより頻繁には紡糸口金と呼ばれる穴の「シャワーヘッド」を通って押し出される。溶融ポリマーが紡糸口金から離れると、固化して固形繊維になる。この繊維は、押出ラインに沿って最終製品まで移動する間、引っ張られ、繰り返し加熱される。
材料選択の最も重要な前提条件は、ポリマーが溶融し、分子量をあまり失うことなく強いせん断力に耐えられることである。
高品質の製品を製造するためには、製造エンジニアは、溶融速度を確立し、バレル内で熱を加えて徐々に溶融させることによって、適切な粒子径を確保する必要がある。製品の適切な粘度を確保するためには、最大限の一定の熱が必要になる。これらのステップのいずれかが完璧に実行されなければ、歪んだ製品になってしまう。
材料がスクリューに供給された後、加熱要素とスループット要素の組み合わせにより、材料がダイを通して押し出され、押出製品が形成される。
あるいは、ダイを加熱して材料を溶かし、押し出された材料を引き抜くメーカーもある。この技法は引抜成形とも呼ばれる。押出成形はダイを通して材料を押し出すが、引抜成形は材料を引き抜く。引抜成形は、カーボン、ケブラー、ガラスなどの長繊維ストランドで強化された複合材料を利用する。
押出機は回転するスクリューで溶融プラスチックを連続的に混合し、均質化する。
溶融プラスチックの圧力を高めることで、適切な流れを確保し、気泡や不純物を排除する。
また、材料がダイから押し出される力をほとんど排除することも可能である。業界で一般的な技術は引抜成形である。欠点としては、この製法は断面が一定かそれに近い部品に限られること、加熱金型のコストが高くつくことなどが挙げられる。しかし、引抜成形には数多くの利点もある。引抜成形を使えば、製品ができる：
押し出し速度とは、溶融材料がダイを通過した後の1時間あたりのメートルのことである。どれだけ生産したかを知りたいので、測定は不可欠だ。
課題は、製品を製造するためにどれだけの材料を使用したかを測定することだ。最終製品の一定量にどれだけの材料を使ったかが分かれば、発注システムを自動化し、材料使用量を大幅に節約することができる。
さらに、ライン速度を知っても、製品の厚さについては何もわからない。
精密な押出形材の製造には、専門メーカーとの取引が欠かせない。金型は決して節約してはならないものだ。なぜか？わずかなズレが不良生産につながり、低品質のダイスはすぐに劣化する。
この問題を解決する方法として、業界でよく使われているのがライン制御だ。
要するに、ライン・コントロールとは、押出成形のライン速度を測定するホイールのことである。詳しく説明すると、ホイールが回転することで、製品がダイを出てから数メートル以内の製品のおおよその厚みを測定することができる。
仕組みはこうだ： 材料の使用量を重量測定することで、吐出溶液はダイの後ろにある回転ホイール（ライン制御）と通信することができる。このホイールは、フィーダーと通信する技術に接続されており、正しい製品厚みを得るために、より多くの材料を供給したり、より少ない材料を供給したりすることができる。
私たちは、何十社もの企業が何トンもの無駄をなくす手助けができたことをうれしく思っており、押出業界の効率を高める革新的なソリューションにさらに取り組んでいくことを楽しみにしている。
プラスチックが金型から出るほど熱くなった後、製品の寸法を歪ませることなく熱を取り除かなければならない。水、空気、そしてロールのような冷却された金属表面である。熱媒体は、シート・ラインのロール内部のように、100℃以上の温度が必要な場合に使用される。
厚みと断面形状は、プラスチックを押し出す際の冷却速度に依存する。フィラメントを冷却するには、循環水槽に通すのが一般的である。
特定のポリマーや特定の用途の場合、ポリマーは乾燥状態を保つ必要がある。例えば、水を吸収しやすい（吸湿性がある）親水性ポリマーで、後に（3Dプリンターなどの）押出成形に使用されるものは、水浴（水槽）で冷却すると水を吸いすぎることがある。そのような場合は、空冷のみを使用すべきである。
押出成形における空冷は、ダイを出た後の押出製品を急速に冷却し、固化させる。これは、周囲の空気または強制的な空気循環を使用して材料の温度を下げ、形状や構造の完全性を維持することを可能にする。
空冷が最も効率的に機能するための要件をいくつか挙げる：
ポリマーと冷却媒体との間の全体的な熱伝達係数については、さまざまなデータが公表されているが、通常、その作業固有のものではないので、実験的に決定する必要がある。
押出成形において、金属板冷却とは、金属板が押出成形品を冷却し固化させる方法を指す。これらの金属板は押出材と直接接触するため、効率的な熱伝達が促進され、製品が急速に固化する。金属プレートは、押出材の形状、寸法、機械的特性を維持するのに役立ち、高品質の最終製品を保証する。
金属ロール表面は、ほとんどのフラットシート、押出コーティング、および一部のフィルムの冷却に一般的である。ほとんどの一般的なシートは、複数のロールを積み重ねたものである。大半は垂直にセットされ、いくつかは水平にも斜めにセットされ、溶融物がニップに落ちることがある。薄いフィルムやコーティングには、大きな冷却ロールが1つしかない場合があり、プラスチックがダイから離れるときに接触する（距離は調整可能）。
製品を押し出した後、メーカーは製品を希望の形や長さに切り揃える。たいていの場合、これは材料がダイに押し込まれた後に自動的に行われる。
特定の製品要件に応じて、冷却、サイジング、エンボス加工、表面処理などの仕上げ工程が追加されることもある。
ほとんどのメーカーは、押し出されたプラスチック製品をダイから注意深く引き離し、その形状と寸法を維持するために、テイクオフシステムを使用している。
巻き取りとは、押し出された製品をスプール、リール、あるいは保管、輸送、あるいはさらに加工するための他の形態の包装に変えることである。
品質管理は、寸法精度、表面品質、仕様の遵守を保証するために、押出工程全体を通して定期的なチェックを行うことを目的としている。
温度、圧力、押出速度などの重要なパラメーターを監視することで、メーカーは工程管理を維持し、製品品質を最適化することができる。
特定の用途によっては、印刷、切断、組立、表面仕上げ、さらなるカスタマイズなど、押出後の追加工程が必要になる場合がある。
押出し後の工程を経て、製品は保管、出荷、流通の間、製品を保護するために適切に包装される。
押出機の寿命と最適な性能を確保するためには、押出機の定期的なメンテナンスと清掃を行うことが不可欠である。
廃棄物管理は、環境に優しい慣行を促進し、押し出し工程で発生する廃棄物やスクラップを管理し、適切に処理することに重点を置くことを目的としている。
https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/coextrusion
https://en.wikipedia.org/wiki/Plastic_extrusion
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/melt-extrusion
https://www.intechopen.com/chapters/55427
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128153604000043
