近年、放熱性・電気絶縁性の要求が高まる中で、アルミナフィラーの

高充填化(50～80wt%)が注目されています。

特にパワー半導体や電子部材用途では、【以下に多く入れるか】

が性能を左右する重要テーマです。

しかし、高充填化は単純に配合量を増やせば良いわけではありません。

粘度の急上昇、分散不良、設備不可の増大　等様々なトラブルが

顕在化します。

本記事では、二軸押出機でのコンパウンドを前提に

【現場でハマりやすいポイント】と【その対策】をわかりやすく整理します。

①溶融粘度の急上昇とトルク限界

●アルミナは比重が高く、かつ流動性に寄与しない無機フィラーの為

　高充填になるほど溶融粘度は指数関数的に上昇します。

・発生するトラブル

⇒トルクオーバー(モーター不可増大)

⇒吐出量低下

⇒スクリュー停止リスク

・対策

⇒低粘度グレード樹脂の選定

⇒粒径分布の最適化(粗粒＋微粒のブレンド)

⇒潤滑剤、分散剤の適切添加

⇒回転数を上げすぎず、充填率で処理

※ポイント：【回転数で回す】のではなく【噛み込みで流す】設計にする

②分散不良と凝集(ダマ)

●アルミナは表面エネルギーが高く、凝集しやすい特性があります。

・発生するトラブル

⇒熱伝導率の低下

⇒外観不良(白点、スジ)

⇒物性バラつき

・対策

⇒表面処理品(シラン処理　等)の採用

⇒フィード位置の最適化(サイドフィード推奨)

⇒混錬ゾーンの強化(ニーディングディスク配置)

※ポイント：【混ぜる】のではなく【ほぐす】イメージで設計する

③摩耗(スクリュー、バレル寿命)

●アルミナは硬度が非常に高く、設備摩耗を引き起こします。

・発生するトラブル

⇒スクリュー摩耗 → 混錬性能低下

⇒バレル摩耗 → クリアランス増大 → 品質悪化

・対策

⇒耐摩耗材(ハイス、HIP材、タングステン系)の使用

⇒回転数の抑制

⇒フィラー投入位置の後方化

※ポイント：初期設定でケチると、後で必ずコスト増になる領域

④空気巻き込み、ボイド発生

●高充填時は粉体のかさ密度が低く、空気を多く含みます。

・発生するトラブル

⇒ボイド(空隙)発生

⇒絶縁破壊リスク

⇒成形品強度低下

・対策

⇒真空脱気の強化(2ベント推奨)

⇒フィード時の圧密(スクリューフィードorタンデム供給)

⇒低速での安定供給

※ポイント：【入れる前に空気を減らす】＋【入れた後に抜く】

⑤熱上昇と焼け(ゲル化)

●高トルク運転により、せん断発熱が増加します。

・発生するトラブル

⇒樹脂の熱劣化

⇒焼け(黒点)

⇒ゲル発生

・対策

⇒シリンダー温度の低め設定＋せん断発熱で上がる設計

⇒滞留を防ぐスクリュー構成

⇒回転数とスループットのバランス最適化

※ポイント：【ヒーターで温める】のではなく【せん断で仕上げる】

⑥供給安定性(ブリッジ、ラットホール)

●粉体特有の供給トラブルも無視できません。

・発生するトラブル

⇒フィード詰まり

⇒供給ムラ → 品質バラつき

・対策

⇒ホッパー攪拌機の設置

⇒バイブレーター導入

⇒流動性改良(粒径調整、表面処理)

■まとめ

アルミナフィラーの高充填は、単なる配合技術ではなく

【総合設計】です。

重要ポイント整理

・粘度上昇 ⇒ トルク管理と材料設計がカギ

・分散　　 ⇒ ほぐす混錬設計

・摩耗　　 ⇒ 初期投資で寿命確保

・空気　　 ⇒ 脱気と供給の両面対策

・熱　　　 ⇒ せん断発熱を制御

最終的には、【材料・スクリュー・運転条件】の

三位一体最適化が成功の鍵となります。