ダイナミックミキサーとスタティックミキサー: ポリマーの溶融紡糸にはどちらが適していますか?

マスターバッチ色の添加、機能性添加剤のブレンド、多成分ポリマーの均質化など、紡糸ラインでインライン溶融混合が必要な場合、設備の決定は、ダイナミック ミキサーかスタティック ミキサーという 2 つの根本的に異なるアプローチに帰着します。どちらも押出機と紡糸口金の間のメルトフローパスに設置されます。どちらも、フィラメントに引き込まれる前に均一な溶融物を生成することを目的としています。しかし、それぞれのメカニズム、出力品質、動作条件、メンテナンス要件が大きく異なるため、アプリケーションに合わせて間違ったタイプを選択すると、下流で修正できない問題が発生します。

この記事では、化学繊維紡糸の決定に重要なパラメータ全体でダイナミック ミキサーとスタティック ミキサーを直接比較します。

各ミキサータイプの仕組み

スタティックミキサー

スタティックミキサーには可動部品がありません。チューブ内の固定された一連の螺旋状または幾何学的要素に溶融物を強制的に通すことによって混合を実現します。各要素はメルト フローを分割および再結合し、パスごとに濃度勾配を徐々に減少させます。混合のためのエネルギーは完全に押出機または溶融ポンプによって生成される溶融圧力から得られます。ミキサー自体は何も活動しません。

混合要素の数によって混合強度が決まります。要素の数が増えると均一性が向上しますが、ミキサー全体の圧力降下も増加するため、上流のポンプまたは押出機で補償する必要があります。これは静的混合の基本的な操作制約です。圧力損失を増加させずに混合性能を向上させることはできません。また、混合品質の低下を受け入れなければ圧力損失を低減することもできません。

ダイナミックミキサー

ダイナミックミキサーは、加熱され加圧されたハウジング内で制御された速度で回転する駆動ローターを使用して、溶融物を積極的にせん断して均質化します。混合エネルギーは、溶融圧力ではなく、駆動モーターによって機械的に供給されます。これにより、混合強度が圧力降下から切り離されます。ローター速度を調整して、ラインのスループットや上流の圧力条件とは無関係に混合性能を変更できます。

ダイナミック ミキサーの動作原理と構成オプションの詳細な説明については、弊社の資料を参照してください。 ダイナミック メルト ミキサー: 動作原理、種類、選択ガイド .

直接比較: スピニングに重要な 8 つのパラメーター

紡糸用途においてスタティックミキサーが不十分な場合

スタティック ミキサーは、混合される流体が同様の粘度を持ち、比較的バランスの取れた割合で存在し、ラインが一貫した予測可能なスループットで稼働する用途で確実に機能します。化学繊維の紡績では、これらの条件が当てはまらないことがよくあります。

マスターバッチとベースポリマー間の粘度の不一致

マスターバッチを添加した溶融直接紡糸では、マスターバッチキャリア溶融物とベースポリマー溶融物は実質的に異なる粘度を有することが多い。静的混合は層流の分割に依存します。粘度比が高い場合、より低粘度の成分は均一に分配されるのではなく、要素の形状を優先的に通過します。その結果、縞模様が生じます。濃縮された色または添加剤の帯が、投与量の少ないゾーンと交互になり、位置全体または糸の長さに沿った色の変化として完成した糸に現れます。

ダイナミックミキサーのアクティブローターせん断は、粘度比に関係なくマスターバッチを分散させ、顔料の凝集を破壊し、パッシブ分割では達成できない分散を強制します。これにより、完成したフィラメントの色の縞模様がどのように除去されるかを直接確認するには、次の記事を参照してください。 ダイナミックメルトミキサーがマスターバッチカラーのフィラメント糸の色の縞模様をどのように除去するか .

スループットの低下によるパフォーマンスの低下

紡績ラインは、製品の切り替え中、始動シーケンス中、またはより小さいデニールの製品を稼働しているときに、定格処理量を下回って稼働することがよくあります。スループットが低下すると、スタティックミキサーを通る溶融物の圧力が減少し、溶融物の単位体積あたりに利用できる分割エネルギーが直接減少します。混合品質が低下します。これはわずかな影響ではありません。製品間でスループットが 30 ～ 50% 異なるラインでは、フル スループットで適切に機能するスタティック ミキサーが、レートを下げた場合には完全に不十分になる可能性があります。

ダイナミックミキサーのローター速度は、ラインのスループットに関係なく混合強度を維持するように調整できるため、変動する生産スケジュールや頻繁に製品を切り替えるラインに適しています。

滞留時間と熱劣化のリスク

スタティックミキサーエレメントは、エレメントの接合部とハウジングの壁に流れの遅いゾーンを作成します。高温のポリマー溶融物（たとえば、280 ～ 295 °C での PET 紡糸）では、低速流速で長時間滞留すると、熱劣化生成物が蓄積します。これらは、名目上は白または明るい色の糸の黄色の変色として、または紡糸口金の毛細管を閉塞して端部の破損を引き起こすゲル粒子として現れます。混合ゾーンを通過するアクティブな流れを備えた適切に設計されたダイナミック ミキサーは、滞留時間の分布が狭いため、ホット スポットや停滞ゾーンのリスクが軽減されます。

スタティックミキサーが引き続き適切な場合

スタティック ミキサーが一般的に劣っているわけではありません。そのシンプルさが真の利点となる特定の条件があります。

• 添加剤濃度が低く、粘度も同様。 よく分散した低粘度の添加剤を少量、一貫した処理量で稼働するポリマー溶融物にブレンドする場合、スタティック ミキサーは複雑な駆動システムを必要とせずに十分な均一性を達成できます。
• 汚染に非常に敏感な用途。 スタティックミキサーには、溶融経路にシャフトシールや回転インターフェースがありません。特定の医療グレードまたは光学グレードのポリマー製品など、シール関連の汚染リスクが許容できない用途では、可動部品がないことが静的混合の正当な根拠となります。
• 固定スループットでの非常に大量の単一製品ライン。 ベースポリマーの粘度に合わせたマスターバッチキャリアを使用して、1 つの製品を定格能力で 1 日 24 時間稼働させるラインでは、その特定の条件に合わせて適切なサイズのスタティックミキサーが適切に機能します。条件が変化すると制限が現れます。

主な選択基準: アプリケーションに適合するタイプ

マスターバッチ色または機能性添加剤を添加するほとんどの溶融直接紡糸ラインでは、スループットが変化し、マスターバッチ粘度がベースポリマーと異なり、糸の品質基準が厳しい場合、ダイナミックミキサーがより適切な選択です。メンテナンスの必要性は現実のものですが、管理は容易であり、要求の厳しい紡績用途における品質の一貫性の利点が大幅に上回ります。

Shengbang の紡糸およびプラスチック溶融用途向けのダイナミック ミキサー

Shengbang のダイナミック ミキサーは、化学繊維の紡糸とプラスチック溶融物の均質化のために特別に開発された特許取得済みの製品です。圧力定格は 5、15、25、45 MPa、ローター直径は 25 ～ 300 mm、容量は 0.2 ～ 50 L で、幅広い適用スケールをカバーしています。加熱はオイル加熱と電気加熱の両方の構成で利用できます。駆動力の範囲は 15 ～ 160 kW、ローターの最大速度は 50 r/min です。

化学繊維の紡糸を超えて、同じミキサー設計がフィルム、インク、および均一な溶融ブレンドを必要とするその他のポリマー加工用途に適用されます。性能は Shengbang の社内紡糸実験室を通じて検証されており、ライン統合前に顧客のターゲットポリマーとマスターバッチシステムを使用して実際の生産条件下でミキサーの動作をテストできます。

製品の完全な仕様と構成オプションについては、次のサイトを参照してください。 ダイナミックミキサー product page 。特定の用途（ポリマーの種類、処理量の範囲、マスターバッチの添加率、混合品質要件）について話し合う場合は、Jiaxing Shengbang Mechanical Equipment Co., Ltd.に直接お問い合わせください。