〇異なる樹脂を混ぜて新しい材料を開発する際、
　【混ぜたはずなのに強度が出ない】
　【成形品の表面にムラが出る】
　【界面で剥離する】
　といった問題が発生する事があります。

　その原因の一つが、樹脂同士の相溶性の不足です。

　特に、PPとPA・PCとABS　等、性質の異なる樹脂をブレンドする場合
　単純に二軸押出機へ投入して混練するだけでは、十分な性能が得られない
　事があります。

　二軸混練機では、

• スクリュー構成
• 混練温度
• スクリュー回転数
• 原料の供給量
• 滞留時間
• 混練エネルギー
• 相溶化剤の使用

　等を総合的に調整する必要があります。

　本記事では、二軸混練によって樹脂同士の相溶性を
　高める為の基本的な考え方、スクリュー・温度・回転数
　の3つを中心に解説します。

■二軸混練では【相溶性を直接変える】というより
　混ぜりやすい状態を作る

〇二軸混練機の役割を考える時、少し注意点が必要です。

　二軸混練によって、全ての樹脂の【相溶性そのもの】を
　変えれるわけではありません。

　二軸混練機では、

• 樹脂を溶融させる
• 樹脂同士を接触させる
• 粒子やドメインを細かくする
• 分散状態を均一化する
• 必要な場合は相溶化剤を均一に分散させる

　といった事を行います。

　つまり、
　【相溶性が悪い材料を、混練条件だけで完全に相溶化する】
　事には限界があります。

　その為、相溶性が低い組み合わせでは相溶化剤による界面制御と
　二軸混練による分散・混合を組み合わせる事が重要になります。

■スクリュー構成が相溶性・分散状態を左右する

〇二軸混練で最も重要なポイントの一つがスクリュー構成です。

　同じ樹脂、同じ温度、同じ回転数であっても、スクリュー構成を
　変更すると混練状態が大きく変わります。

　基本的には、
　【搬送→溶融→混合・分散→反応→滞留→脱揮→計量】
　という流れを意識して設計します。

①搬送部

〇原料を安定して下流へ送るゾーンです。

　ここで供給が安定しないと、後工程の混練状態も安定しません。

　特に、

• 粉体
• フィラー
• 低嵩密度材料
• 凝集しやすい材料

　等を使用する場合、供給安定性が非常に重要になります。

②溶融部

〇樹脂を十分に溶融させる領域です。

　樹脂が十分に溶融する前に強い混練をかけても
　効果的な混練にならない場合があります。

　まずは、【樹脂がどこで溶けているか】を意識する事が重要です。

③混練部

〇樹脂同士を混ぜ合わせる為の重要なゾーンです。

　ニーディングディスクなどを使用する事で、せん断・伸長流動を
　利用して分散を促進出来ます。

　ただし、混練を強くすればするほど良いわけではありません。
　過剰なせん断は、

• 樹脂温度の上昇
• 熱劣化
• 分子量低下
• 着色
• ガス発生
• トルク上昇

　等に繋がる可能性があります。

　その為、目的に応じて適切な混練強度を設定する必要があります。

■相溶性を高める為のスクリュー設計の考え方

〇相溶性が悪い樹脂をブレンドする場合、単純に
　【混練を強くする】のではなく、

　どの程度までドメインを細かくする必要があるのか？
　を考える事が重要です。

　例えば、A樹脂の中にB樹脂を分散させる場合、
　【B樹脂の大きな塊を細かくする】事が一つの
　目標になります。

　その為、

• 混練ゾーンを避ける
• ニーディングディスクを適切に配置する
• 混練ゾーンの位置を調整する
• 逆送り要素などで滞留・充満状態を調整する
• 必要に応じて分散混練を強化する

　といった考え方があります。

　ただし、強い混練部を増やせば良いわけではありません。

　【十分な分散】と【樹脂へのダメージ】のバランスが重要です。

■温度設定は【樹脂温度】意識する

〇二軸混練で温度を設定する時、非常に重要なのが
　【設定温度＝実際の樹脂温度ではない】ということです。

　二軸押出機では、シリンダーヒーターによる加熱だけでなく
　混練によって発生するせん断発熱もあります。

　その為、【シリンダー温度は200℃だから樹脂も200℃】とは限りません。

　特に高回転・高充填・高粘度材料では、せん断発熱によって
　樹脂温度が大きく上昇する事があります。

■温度を上げれば相溶性が良くなるとは限らない

〇樹脂同士をしっかり混ぜる為に温度を上げる事があります。

　温度が上がると樹脂の粘度が低下し、流動しやすくなる為
　混合しやすくなる場合があります。

　しかし、温度を上げすぎると、

• 熱分解
• 酸化劣化
• 分子量低下
• 添加剤の分解
• ガス発生
• 変色

　等の問題が発生する可能性があります。

　特に異なるブレンドをする場合は、
　【両方の樹脂が安定して加工できる温度範囲】
　を確認する事が重要です。

　例えば、樹脂Aは220℃で安定していても、樹脂Bが200℃以上で
　劣化しやすいのであれば、単純に220℃へ設定する事はできません。

■スクリュー回転数は高ければ良いわけではない

〇相溶性を改善する為に、スクリュー回転数を上げる事があります。

　回転数を上げる事で、

• せん断速度の増加
• 混練エネルギーの増加
• 分散性向上
• 混合促進

　等が期待できますが、ここにも注意点があります。

　回転数を上げすぎると、

• トルク上昇
• 樹脂温度上昇
• 熱劣化
• 滞留時間の変化
• ガス発生
• 樹脂の分解
• スクリューへの負荷増加

　等の問題に繋がる可能性があります。
　従って、【高回転＝高品質】ではありません。

■回転数と吐出量をセットで考える

〇二軸混練では、回転数だけを見てはいけません。

　例えば、【スクリュー回転数：200rpm】だけでは
　混練状態を判断できません。

　同時に、

• 吐出量(kg/h)
• トルク
• 圧力
• 樹脂温度
• 電流値
• 滞留時間
• 比エネルギー

　等を見る必要があります。

　例えば、【吐出量を一定にして回転数を上げる】場合と
　【回転数を一定にして吐出量を上げる】場合では
　混練状態が変わります。

　その為、試作では、条件を一度に大きく変更するのではなく
　【何を変えた事で、結果が変わったのか】がわかるように
　条件を設定する事が重要です。

■相溶性改善では【せん断】と【滞留時間】のバランスが重要

〇二軸混練では、【せん断を強くする】だけでなく
　【どのくらいの時間、樹脂を混錬ゾーンに滞留させるか】
　も重要です。

　例えば、高回転で強いせん断を与えても、材料が短時間で通過すれば
　十分な混合が出来ない場合があります。

　一方、滞留時間を長くしすぎると、

• 熱劣化
• 酸化
• 分解
• 粘度低下

　等が発生する可能性があります。

　従って、【せん断×滞留時間×温度】のバランスを
　見る事が重要です。

■相溶化剤を使う場合は【混練条件】とセットで考える

〇相溶性が大きく異なる樹脂をブレンドする場合
　相溶化剤が有効になる事があります。

　相溶化剤は、樹脂Ａと樹脂Ｂの界面に作用し
　【ＡとＢの間を繋ぐ役割】を狙います。

　ただし、相溶化剤を入れれば必ず改善するわけではありません。
　重要なのは、

• 相溶化剤の種類
• 添加量
• 添加位置
• 添加方法
• 温度
• 混練強度
• 滞留時間

　です。
　特に相溶化剤を使用する場合、
　【相溶化剤をどのタイミングで、どのように樹脂へ接触させるか】
　が重要になります。

■実際の試作では【条件を一つずつ変える】

〇樹脂の相溶性を改善する試作では、最初から完璧な条件を
　狙う必要はありません。

　例えば、

　STEP①：標準条件で試作する
　↓
　STEP②：スクリュー回転数を変更する
　↓
　STEP③：温度条件を変更する
　↓
　STEP④：混練ゾーンを変更する
　↓
　STEP⑤；相溶化剤の添加量を変更する

　というように、一つずつ条件を変更します。
　そして、

• トルク
• 圧力
• 樹脂温度
• ストランド状態
• ペレット外観
• 成形品外観
• 引張強度
• 衝撃強度
• SEM　等によるモルフォロジー

　等を比較します。

　特に研究開発用途では、【良かった・悪かった】だけで終わらず
　条件と結果を記録する事が重要です。

■二軸混練における条件検討の基本

〇相溶性改善を目的とした場合、条件検討は次のように
　整理するとわかりやすくなります。

項目	基本的な考え方
スクリュー	混合・分散・滞留を目的に構成
温度	各樹脂の加工可能温度範囲を考える
回転数	せん断と発熱のバランスを取る
吐出量	滞留時間・充満率に影響
混練強度	分散性と樹脂劣化のバランス
相溶化剤	樹脂間の界面を改善する
滞留時間	混合時間と熱履歴を左右する
評価	外観・物性・モルフォロジー　等で確認

〇重要なのは、これらの単独ではなく組み合わせて考える事です。

■【相溶性が悪い＝混練不足】とは限らない

〇実際の樹脂開発では、ここが非常に重要です。
　相溶性が悪い材料を見た時
　【もっと混練すればよいのでは？】と考えがちです。

　しかし、原因が樹脂同士の熱力学的な相溶にある場合
　混練条件では改善に限界があります。

　例えば、
　【混練強化→ドメイン微細化→一時的に分散状態の改善】
　となっても、【成形後→ドメイン再凝集→物性低下】
　となる可能性があります。

　このような場合には、スクリューや温度だけではなく
　相溶化剤や樹脂設計そのものを検討する必要があります。

■二軸混練で相溶性を改善する為の考え方

〇最終的には、次の順番で考えると整理しやすくなります。

①樹脂同士の相性を確認する

〇まず、そもそも相溶しやすい組み合わせなのかを確認します。

②溶融状態を確認する

〇両方の樹脂が適切な温度で溶融しているか確認します。

③スクリュー構成を確認する

〇必要な分散・混合が得られる構成になっているか確認します。

④回転数を調整する

〇必要なせん断を確保しながら、過剰な発熱を避けます。

⑤吐出量を調整する

〇滞留時間や充満状態を確認します。

⑥相溶化剤を検討する

〇混練条件だけでは改善できない場合、相溶化剤による
　界面制御を検討します。

⑦成形品で評価する

〇ペレットの状態だけではなく、最終成形品の物性・外観まで確認します。