ゴムプロファイルの 1 つの断面に 2 つの異なる材料が必要な場合、押し出し後にそれらを接着すると弱点が生じ、余分な労力がかかります。共押出プロセスでは、複数のゴムコンパウンドを単一のダイヘッドに供給することでこの問題を解決し、加硫前にそれらが 1 つの連続プロファイルに融合します。この方法は、接着アセンブリよりも強力で一貫した接着を実現し、多くの用途で部品の総コストを 20 ～ 35% 削減します。 自動車のウィンドウシール、工業用ホース、ウェザーストリップのメーカーにとって、共押出成形は単なる便利な製品ではありません。これは、異なる硬度、色、または機能を持つ複合プロファイルを 1 つのステップで設計する実用的な方法です。
このプロセスが機能するのは、ゴムコンパウンドが金型内で接触するときにまだ溶融した未硬化の状態にあるためです。これらは一緒に流れ、その後の硬化中に化学結合を形成し、一体化した断面を形成します。この記事では、共押出の仕組み、主要な加工パラメータ、必要な装置、適合する材料の選択方法、および欠陥を引き起こす間違いについて説明します。
共押出プロセスとは一体何ですか?
共押出は、2 台以上の押出機を使用して異なるゴム配合物を 1 つの共通のダイヘッドに供給し、そこで一緒に単一のプロファイルに成形する連続製造方法です。 ダイヘッドは個別の内部チャネルを備えて設計されており、出口で合流するまで各材料を区別し続けることができます。ダイから出ると、組み合わされたプロファイルは硬化ライン (通常はマイクロ波または塩浴システム) を通って移動し、そこでゴムが架橋し、層が永久に結合します。
単一押し出しとの違い
標準的な単一押出プロセスでは、1 つのゴムコンパウンドが押出機に供給され、ダイに押し込まれて硬化されます。その結果、1 つの材料からなる均一なプロファイルが得られます。共押出では、押出機の配置が根本的に変わります。各コンパウンドは独自の押出機で調製および可塑化され、共有のダイに搬送されます。ダイは、各層またはコンポーネントが結合される瞬間まで、その形状を維持します。
層間の結合は機械的なものだけではありません。加硫中、化合物が化学的に適合していれば、界面の分子は互いに架橋します。このため、単純な押出成形よりも材料の選択が重要になります。 2 つの化合物の硬化速度が異なる場合、またはベース ポリマーが相溶しない場合、結合が失敗したり、界面に目に見えるフロー マークが発生したりする可能性があります。
共押出ラインの主なステップ
- 化合物の準備。 両方の材料を別々に混合、プロファイルし、加熱します。各コンパウンドの粘度は同様である必要があり、そうでない場合は、より柔らかい方がダイ内の流れを支配します。
- 餌やり。 各原料コンパウンド ストリップは、それぞれ専用の押出機に供給されます。この段階での押出機の数は、最終プロファイルの個別の材料の数と一致します。
- 可塑化。 各押出機のスクリューとバレルはゴムを加熱し、材料をダイに押し込むのに必要な圧力を発生させます。押出温度は通常、ゴムの粘度とスコーチ安全性に応じて設定されます。
- 金型成形。 材料は共通のダイヘッドに入ります。ダイの形状は、最終的なプロファイル形状だけでなく、各層の厚さと位置も制御します。
- 合流して退出。 ダイの出口では、まだ可塑性のある状態で層が接触します。それらは、表面に目に見える継ぎ目なしに 1 つのプロファイルに結合されます。
- 硬化。 プロファイルはマイクロ波硬化トンネルまたは塩浴を通過します。熱により架橋が引き起こされ、層間に永久的な化学結合が形成されます。
- 冷却して巻き上げます。 硬化後、プロファイルはウォーターバスまたは空冷コンベアで冷却され、コイル状に巻かれるか、適切な長さに切断されます。
メーカーが共押出に切り替える理由
共押出成形の主な利点は、より高い接着強度、より低い人件費、より厳密な寸法制御です。 従来の組み立て方法では、2 つのプロファイル セクションを別々に押し出し、それらを接着または加硫します。しかし、接着剤は時間の経過とともに劣化し、手作業で配置すると寸法にばらつきが生じます。共押出では、硬化中に分子レベルで結合が形成され、プロファイルの形状がダイによって固定されます。これにより、2 つの部品からなるアセンブリに関連する欠陥のかなりの割合が排除されます。
実際、共押出成形された自動車用ウェザーストリップは、機械的に結合されたウェザーストリップに比べて故障率が著しく低くなります。いくつかのシールメーカーの工場データによると、共押出成形品の不合格率は 0.8% 未満にとどまりますが、押出後に接着される異形品の拒否率は 2 ～ 5% であることがよくあります。 1 日あたり 20,000 個の生産量で 3% から 0.8% にわずかに減少したとしても、1 日あたり不良部品が約 440 個減少することを意味します。これらの節約により、共押出ラインへの高い初期投資がすぐに相殺されます。
| 因子 | 共押出 | 2 段階の組み立て |
|---|---|---|
| 結合強度 | 化学結合/熱結合 | 接着剤または機械的 |
| 1,000個あたりの労働力 | 1.5～2.5時間 | 3～5時間 |
| 寸法の一貫性 | 非常に高い | 変数 |
| 代表的な不良率 | 0.5～1.2% | 2～5% |
| 湿気に対する感受性 | 低い | 高 |
共押出により製造ステップの数も削減され、仕掛品在庫が短縮されます。結合操作を待機する 2 つのコンポーネントを保管する必要はもうありません。プロファイル全体は 1 回の連続パスで完了します。これにより、生産マネージャーのワークフローが大幅に簡素化され、カスタム プロファイルの注文に迅速に対応できるようになります。
さらに、共押出は材料を効率的に使用できます。設計で剛性を確保するための硬質ゴムのコアと、柔らかく耐候性の外皮が必要な場合は、必要な場所にのみ柔らかいコンパウンドを配置します。 2 つの別々の押し出しでは、断面全体で高価な材料が無駄になります。共押出成形されたウィンドウ シールでは、高級コンパウンドの使用量が 20 ～ 30% 少なくなる可能性があります。
共押出を成功させるための重要なプロセスパラメータ
優れた共押出製品の鍵は、各段階での温度、圧力、速度を正確に制御することです。 2 つ以上の材料がダイ内で相互作用するため、プロセスは単一の押出よりも変動の影響を受けやすくなります。一方のバレルの温度がもう一方のバレルより摂氏 10 度でも高い場合、柔らかいコンパウンドはより速く流れ、硬い層を所定の位置から押し出す可能性があります。各層が同じ線速度で排出されるように、ダイヘッドは正しい圧力勾配を維持する必要があります。
各パラメータの意味を理解する
バレル温度はゴムコンパウンドの粘度を決定します。ウェザーストリップに使用される EPDM の場合、一般的なバレル温度範囲は 60 ～ 90 ℃です。ダイヘッド温度は通常、ゴムがダイリップをスムーズに流れるように、摂氏 80 ～ 110 度のわずかに高めです。スクリュー速度によって出力速度が決まりますが、ライン速度は電子レンジまたは塩浴の硬化能力に合わせる必要があります。ラインが速すぎるとプロファイルが完全に硬化しません。遅すぎると、コンパウンドがダイ内で焦げてしまいます。
| パラメータ | 代表的な範囲 | なぜそれが重要なのか |
|---|---|---|
| バレル温度 | 60～100℃ | コンパウンドの可塑性と流量を制御 |
| ダイヘッド温度 | 80～120℃ | 金型圧力を軽減し、表面仕上げを向上させます。 |
| スクリュー速度 | 20-60 RPM | 押出機ごとのスループットを決定します |
| 回線速度 | 5～20m/分 | 硬化トンネルの長さと出力を一致させる必要がある |
| ダイの圧力勾配 | 40～150バール | プロファイル全体で層の厚さを均一に保ちます |
実用的な観点から見ると、金型圧力は安定を維持するのが最も難しいパラメータです。コンパウンドはわずかに異なる温度でダイに流入するため、粘度プロファイルは異なります。高品質の共押出ラインには、粘度の変化を自動的に補正するサーボ駆動スクリュー システムが使用されています。これにより、圧力変動はプラスまたはマイナス 3 bar 以内に維持されます。 2 つの層間に 7 bar を超える変動があると、界面で目に見える厚さの変動が生じます。
信頼できる機器サプライヤーによって製造されたラインの場合、推奨される動作時間帯が機械のマニュアルに記載されています。既知の基準範囲から開始して実際の値を監視すると、特定の化合物に適したプロセス ウィンドウが構築されます。新しいラインを調達する場合は、バレル間の最大許容圧力差に関するデータをサプライヤーに問い合わせてください。優良なサプライヤーは、5% 未満の許容誤差を提供し、出荷前にコンパウンドの試運転を提供します。
共押出にはどのような装置が必要ですか?
完全な共押出ラインは、複数の押出機、複数材料のダイヘッド、硬化ユニット、および下流の冷却およびハンドリング トレインで構成されます。硬化方法はプロファイルの特性に直接影響するため、適切なオプションを慎重に選択する必要があります。 一般的なゴムのプロファイルでは、プロファイルを内側から外側へ均一に加熱するため、このプロセスではマイクロ波硬化トンネルがよく使用されます。これは、中心部の硬化が不十分になる可能性を減らすため、厚いプロファイルでは明らかな利点です。
NBR/PVC 絶縁シートまたはホースを製造している場合は、塩浴養生ラインも効果的なオプションとなります。ただし、外層が塩浴の浮力によって妨げられる可能性があるより柔らかい化合物である共押出製品には、一般にマイクロ波硬化が推奨されます。マイクロ波ラインではゴムがベルトで搬送されるため、重い形状も変形しません。
最も重要な決定の 1 つは、ライン内の押出機の数です。 2 層プロファイルには通常 2 台の押出機が必要ですが、3 つの異なる材料または色のプロファイルには 3 台目の押出機が必要です。ご想像のとおり、押出機の数が増えると、制御システムもより複雑になります。また、スクリュー速度の同期にはより高い精度が必要になることも意味します。
ゴム共押出およびマイクロ波硬化生産ライン この生産ラインは、複合ゴムプロファイルの共押出とマイクロ波硬化を統合しています。正確なダイヘッド設計と同期により、異なる材料や色を処理できる複数の押出機をサポートし、層の厚さを一定に保ちます。 製品を見る→ ダイヘッドはプロセスの中心です。材料ごとに個別のチャネルを使用して、厳密な公差に合わせて機械加工されます。金型の材質は、焼き付きを防ぐために表面を研磨仕上げした硬化鋼である必要があります。最新のダイヘッドの多くには、流路の断面を変更することで各層の流れを個別に調整できる交換可能なリストリクター バーも含まれています。ダイギャップの一般的な公差は約プラスまたはマイナス 0.02 ミリメートルであり、これは層の厚さの一貫性に直接変換されます。
下流の機器には、冷却コンベア、サーボドライブを備えたプーラー、切断または巻き取りステーションが含まれます。プーラーの速度は押出機の出力に正確に一致する必要があります。不一致があるとプロファイルが伸び、冷却後に寸法が変化します。共押出ラインの場合は、押出圧力に基づいてライン速度をリアルタイムに調整できるように、統合エンコーダを備えたプーラーを使用するのが最適です。
共押出ラインを調達するときは、最大の押出機の最大出力を考慮してください。サイズの異なる 2 台の押出機を稼働させる場合、小さいほうの押出機が出力範囲の下限で安定した流れを供給できるはずです。専門メーカーの高品質ラインは、8 時間のシフトにわたって出力変動が 2% 未満で継続的に稼働することがテストされています。このレベルの一貫性により、層の厚さを厳しい許容範囲内に保つことができます。
適合するゴムコンパウンドの選び方
コンパウンドの適合性は、共押出されたプロファイルが良好に接着するか界面で破損するかを決定する唯一の最大の要因です。 すべてのゴムコンパウンドを一緒に押し出すことができるわけではありません。ベースポリマー、硬化システム、フィラーの種類、加工温度での粘度をすべて考慮する必要があります。 2 つの化合物が完全に異なる硬化システムを使用している場合、相間の架橋が架橋できないため、界面が弱いままになる可能性があります。
たとえば、EPDM 化合物とシリコーン化合物は通常、一緒に共押出しされません。それらの硬化メカニズムと熱プロファイルはあまりにも異なります。一方、硬化パッケージが互換性がある限り、硬度や色の異なる 2 つの EPDM コンパウンドは美しく共押出されることがよくあります。互換性を確認する最良の方法は、サンプル プロファイル上で実際の化合物を使用して小規模なトライアルを実行することです。その後、剥離テストで接着強度を検査できます。
次の要素は粘度です。 2 つのコンパウンドの粘度は、理想的にはダイヘッド温度で互いの粘度が 15% 以内である必要があります。 1 つのコンパウンドが非常に硬い場合、ダイ内での移動が遅くなり、波状の界面が生じる可能性があります。経験則としては、柔らかいコンパウンドを硬いコンパウンドと同じ線速度で流し続けることです。これを行う最も簡単な方法は、金型の形状とより硬いコンパウンドの温度をわずかに上向きに調整して粘度を下げることです。
共押出ラインに供給する前にホットフィード押出機を使用してコンパウンドを加工するメーカーにとって、材料の一貫性は極めて重要です。コンパウンドに汚染がないことを保証するゴム製ストレーナーは、ダイ開口部の詰まりや表面の荒れのリスクを軽減します。詳細については、次のサイトからご覧いただけます。 ホットフィードゴムストレーナが生産における材料の純度をどのように向上させるか 。ストレーナーは、共押出成形品の表面に高価な欠陥を発生させる原因となる凝集物や小さな金属残留物を除去します。
マテリアルインターフェイスの設計上の考慮事項
適切な設計では、外層の厚さは少なくとも 0.8 ミリメートルである必要があります。外層がこれより薄いと流れが崩れやすくなり、ピンホールが発生します。柔らかく柔軟なリップを必要とするシーリングプロファイルの場合、最上層の厚さは 1.5 ～ 3 ミリメートルになります。内側のハード コアは通常、高密度の EPDM であり、主な耐荷重セクションを占めます。また、結合剤として機能する共押出層を含めることもでき、相溶しない 2 つのゴム材料を接合するのに役立ちます。
共押出の一般的な欠陥とその修正方法
共押出成形で発生する最も一般的な欠陥は、接着不良、界面のフローマーク、寸法の不安定性、および表面の粗さです。 これらの障害はいずれも避けられません。これらはすべて特定のパラメータの偏差まで追跡可能であり、系統的なプロセス制御を使用することで、それらを迅速に修正できます。
層間の接着が不十分
最も重大な欠陥は接着不良です。接着が失敗すると、取り扱い中または使用中にプロファイルが剥離する可能性があります。根本的な原因はほとんどの場合、硬化システムに互換性がないこと、または一方の層がもう一方の層に接触する前に硬化を開始する温度差です。これを修正するには、2 つのコンパウンドのスコーチ時間が同等であることを確認する必要があります。一方の化合物に過酸化物システムを使用し、もう一方の化合物に硫黄システムを使用している場合、界面は単純に架橋しません。解決策は、すべての層にわたって互換性のある硬化システムを使用するか、薄い接着層を追加することです。
フローマークと界面の歪み
フローマークは、層間の界面に細い波線として表示されます。これらは 2 つの材料が接触する際の乱流によって引き起こされます。これは、コンパウンド間の粘度差が大きすぎる場合、またはダイヘッド温度が不均一な場合に発生します。各チャネルに個別の温度制御ゾーンを備えたダイヘッドを使用すると問題を軽減できますが、最も効果的な解決策は、高粘度コンパウンドの温度を 5 ～ 10 ℃上昇させることです。これにより、粘度と流速が他の層の粘度と流速に近づきます。
寸法変化
プロファイルの幅または層の厚さがドリフトする場合、その原因は通常、スクリュー速度の変化またはライン速度の変動です。これは、ラインにサーボ駆動モーターが装備されていない場合に特に当てはまります。ギア モーターには負荷がかかると 2 ～ 5 パーセントの変動が生じますが、サーボ モーターは通常、速度を 0.1 パーセント以内に保ちます。界面におけるプロファイルの寸法公差は非常に敏感です。スクリュー速度の 2% の変動により、簡単に 0.3 ミリメートルの厚さバンドの変動が生じる可能性があります。これを制御するには、サーボ ドライブにアップグレードするのが最も信頼できる方法です。
| 欠陥 | 根本原因 | 取るべき行動 |
|---|---|---|
| 界面剥離 | 互換性のない硬化システム | 両方のコンパウンドで同じ硬化パッケージを使用する |
| フローマーク | 粘度の不一致またはダイ温度勾配 | より硬いコンパウンドを暖めるか、局所的な金型温度を調整します |
| 層厚ドリフト | モーター出力変動 | サーボドライブを改造するか、故障したギアボックスを交換します |
| 表面粗さ | 化合物中の汚染物質 | 押出機の前にホットフィードゴムストレーナを設置します |
共押出が最大の価値をもたらす場所
共押出は、自動車用ウェザストリップ、産業用ホースとダクト、建築用プロファイルシールの 3 つの製品カテゴリで特に価値があります。 これらの用途には、老化に耐える外皮と、形状を保持したりファスナーをサポートしたりするより硬いコアが必要です。また、専用回線への投資を正当化する大量の需要もあります。
自動車用ウェザストリップ
自動車のドアや窓のシールには、圧縮用の気泡ゴム部分と取り付け用の固体部分が含まれることがよくあります。通常、気泡部分は発泡ゴムであり、固体部分は緻密な化合物です。これらを 1 回のパスで一緒に共押出することで、2 つの別個のプロファイルを接合するコストと労働集約的な方法が置き換えられます。結合の耐久性も向上します。境界面でシールが破損すると、水や風切り音が発生し、車を組み立てた後に修理すると非常に高額な費用がかかるという問題が発生します。したがって、共押出接着の品質は、安全性と快適性の重要な特徴です。
工業用ホースおよびダクト
工業用ホースの場合、耐油性や耐燃料性を備えたインナーチューブが、耐摩耗性と耐紫外線性を備えたアウターカバーとともに共押出成形されることがよくあります。単一押出ホースでは、これら 2 つの特性を組み合わせることができません。共押出により、ホースは同じ連続製品で耐薬品性の内面と機械的に丈夫な外面を持つことができます。各ホースは 1 つのプロセスで製造されるため、長さの許容誤差が改善され、継ぎ目が回避されます。
建築プロファイルシール
ドアや窓のウェザーストリップも一般的な用途です。硬質 PVC または硬質 EPDM コアは、柔らかく柔軟なリップと共押出成形できます。これにより、取り付けが簡単で、凹凸のある表面でもしっかりとシールできるガスケットが得られます。一体型プロファイルのシンプルさにより、現場での設置時間も節約されます。部品がすぐに使用できる状態で納品され、シールがコアに完全に接着されているため、ビルダーや窓製造業者はこれを好んでいます。
共押出ラインを購入する前に考慮すべきこと
評価すべき最も重要なことは、サプライヤーが共押出に関する確かな実績を持ち、ダイ、押出機、硬化装置、下流設備を含む完全なシステムを提供できるかどうかです。 一部の装置ソースは、単一押出には優れているものの、高品質の共押出ダイを作成するための設計能力が欠けている場合があります。製造に成功した層の最大数についてサプライヤーに問い合わせ、テスト ラインからのサンプルを検査する必要があります。
制御システムに関する資料も求めてください。 2 つの押出機に対して 2 つの独立したコントローラーを使用する共押出ラインは、別個のロジックによって管理されます。より良い設計は、2 つのスクリュー速度を自動的に同期させる単一のコントローラーです。これは、8 時間のシフトにわたってさまざまな層の厚さを安定に保つための重要な要素です。個別の制御を使用すると、ラインオペレーターは最初の押出機がドリフトするたびに 2 番目の押出機を手動で調整する必要があり、エラーが発生しやすくなります。
さらに実用的な考慮事項の 1 つは、メンテナンスのアクセシビリティです。ダイヘッドと押出機のバレルは、開けやすく、掃除しやすいものでなければなりません。ゴム業界では配合物の変更が頻繁に行われるため、ダイヘッドの分解に 2 時間かかると、利用可能な生産時間が圧迫される可能性があります。ヒンジ機構またはスイングオープン機構を備えた適切に設計されたダイヘッドは、15 ～ 20 分で取り外すことができます。これは購入を決定する際に見落とされがちな詳細ですが、全体的な稼働時間に大きな違いをもたらします。
サプライヤーのアフターサービスも同様に重要です。共押出装置の場合、試運転後に調整または校正が必要になる可能性が高い 2 つのコンポーネントは、ダイと制御システムです。知識豊富なサービス チームを擁するサプライヤーが、プロセスの調整を支援します。スタートアップ サポートを提供せずにマシンを出荷するだけのサプライヤーは、正しい製品を入手するまでに多くの試用期間を設ける可能性があります。
共押出に関するよくある質問
以下は、このプロセスを評価するゴム製品メーカーからの最もよくある質問です。
一度に共押出できる最大層数は何ですか?
産業上の実践では、ほとんどの生産ラインでは 3 層が標準制限ですが、特殊な装置では 4 層、さらには 5 層を実行できます。実際の限界は通常、ダイの深さと必要な制御の程度に関係します。層が増えると、ダイが大きくなり、温度ゾーンが増え、制御システムがより高価になることを意味します。ほとんどのウェザーストリップとシールのプロファイルでは、2 層で十分です。
2 つの異なるベースゴムポリマーを一緒に共押出できますか?
非常に特殊な場合にのみ可能です。たとえば、NBR/PVC ブレンドは、他の同様の材料と一緒に押出成形されることがよくあります。しかし一般に、EPDM とシリコーンのような異なる極性のものはうまく結合しません。硬化化学が違いすぎます。 EPDM プロファイル上にシリコーン層が必要な場合は、ダイ内の機械的インターロックまたはその間の接着層を使用する必要がある場合があります。
共押出における層の厚さの通常の許容範囲はどれくらいですか?
適切に制御されたプロセスにより、界面の厚さの公差をプラスまたはマイナス 0.15 ミリメートルに抑えることができます。プロファイルの合計寸法公差は、サイズや用途に応じてプラスまたはマイナス 0.3 ミリメートルとして指定されることがよくあります。これを実現するには、サーボ駆動モーターと、厳しい公差で作られたダイの両方が必要です。
硬化方法は接着品質に影響しますか?
はい。マイクロ波硬化では、ゴム内部で熱が発生するため、一般的により均一な接着が得られます。塩浴硬化では、外層が内層よりわずかに速く硬化する可能性があり、界面に応力が生じる可能性があります。厚い共押出プロファイルの場合、多くの場合、マイクロ波がより良い選択となります。薄いプロファイルの場合は、どちらの方法でもうまく機能します。
2 つの化合物がうまく結合するかどうかをテストするにはどうすればよいですか?
2 つの化合物の少量のサンプルを準備し、サプライヤーのテスト ラインで簡単な共押出試験を実行します。硬化後、プロファイルのストリップを切り取り、手で引っ張るテストで引き離します。結合は材料の 1 つで凝集破壊を示すはずです。これは、界面できれいに分離するのではなく、ゴム自体が裂けることを意味します。きれいで光沢のある分離線に気付いた場合は、接着が弱くなっています。
共押出は小規模工場にとって投資に値するものでしょうか?
それは、注文量と作成する複合プロファイルの数によって異なります。多品種少量環境の場合、共押出ラインのセットアップ時間により、省力化が相殺される可能性があります。年間 200,000 メートルを超える量の専用製品をお持ちの場合、投資は合理的です。高い稼働率でラインを稼働し続けることができると仮定すると、損益分岐点は 1 年半から 2 年程度になることがよくあります。
共押出に関する最終ポイント
共押出は、硬い部分と柔らかい部分、異なる色、または独特の表面特性を組み合わせたゴムプロファイルを 1 回の連続操作で製造する最も直接的な方法です。 このプロセスには、適切に設計されたマルチ押出機ライン、スムーズでバランスの取れた流れを提供するダイ、および適合する硬化システムを備えた互換性のあるコンパウンドが必要です。その恩恵は、人件費の大幅な削減、製品の一貫性の向上、そして実際に続く絆です。
共押出ラインの追加または既存のラインの最適化を検討している場合、最初のステップは、製品構成を見直し、ワンステッププロセスで最も節約できるプロファイルを特定することです。次に、独自の化合物を使用してプロセスをデモンストレーションできるサプライヤーと協力します。初日から材料に合わせてパラメータ化されたラインは、信頼性の高い生産を実現するのが容易になります。公差、ダイのメンテナンスの容易さ、および押出機間の同期に注意してください。これら 3 つの領域が共押出操作の実際的な成功を決定するためです。
押出中にゴム材料がどのように動作するかに関する追加の背景については、次の業界記事を参照してください。 ゴム材料の特徴と性質 .
