混練機
塑性体や高粘度流体にせん断・圧縮・伸長流動を与え、配合剤の分散・分配、反応、脱揮、温度均一化を達成する装置が混練機である。樹脂やゴム配合、マスターバッチ、セラミックススラリーに用いられる。代表方式はバッチのニーダ、インターナルミキサ、連続の二軸混練押出機で、処理量、RTD、比消費エネルギー（SME）を制御することが要点である。運転ではトルク、溶融温度、圧力を監視し、分散度や揮発分残留を評価して条件を最適化する。
原理とレオロジー
混練機の本質は分配混合（均質化）と分散混合（凝集破砕）の両立にある。二軸のインターメッシングスクリュはエロンゲーショナルフローを生み、ニーダの狭小クリアランスは高せん断で凝集を切断する。材料は擬塑性のパワー則粘度を示し、温度依存（アレニウス型）を踏まえた温調が必要である。混合指数やRTDで評価し、着色材ではロールやSEM観察を併用する。
主要な方式
- ニーダ（バッチ）：高粘度・高充填配合に強い。ブレード形状と回転差でせん断を得て、真空脱泡を併用。
- インターナルミキサ：ゴム配合で広く用いられ、ロータ形状とラム圧で充填度を高める。
- 二軸混練押出機（連続）：搬送と分散を両立。L/D、スクリュ径、ニーディング角度、Do/Diが要点。
構成要素と温調・脱揮
混練機はバレル、ロータ/スクリュ、フィード開口、ベント、温調で構成される。温調は油・水・電気加熱を用い、粘性発熱とのバランスを取る。連続機では真空ベントで溶剤や水分、モノマーを除去し、フラッディング時は背圧やスクリュ構成、供給量を見直す。
代表的な用途
- 樹脂コンパウンド：充填材や難燃剤の分散を高効率化。二軸機でペレタイズまで一貫化。
- ゴム配合：カーボンブラックやシリカを均一分散。インターナルミキサで素練り→本練り。
- 反応混練：重合・グラフト・相溶化剤反応を混練機内で進行させ、副反応抑制。
選定指標と設計パラメータ
処理量（kg/h）、SME、目標分散度、洗浄性、原料の粒度・水分・かさ密度を整理して選定する。連続機ではL/D、回転数n、チップ速度、ニーディング角度や逆ねじ、ベント位置が要点。バッチでは槽容積、先端クリアランス、ラム圧、最大トルクが鍵である。摩耗が厳しい場合は耐磨耗バレルやバイメタルを適用する。
運転・スケールアップ
幾何学相似を保ち、周速（πDn）と充填度、RTDを合わせる。無次元で検討し、SME≒∫(トルク×角速度)/質量で評価する。供給は質量式フィーダで安定化し、温度最適化を図る。前後工程（ペレタイザ、樹脂粉砕機）との能力整合も重要である。
品質・安全・保全
- 品質：トルク曲線、溶融指数、残留揮発分、粒度分布等。
- 安全：挟まれ・巻き込まれ対策、非常停止、粉じん爆発/VOC管理。
- 保全：分割バレルやクイックオープンで清掃短縮。摩耗監視と予防交換。
よくある不具合と対策
分散不足にはニーディング角度や要素枚数の増強、回転数や樹脂温度の最適化が有効。ゲル多発は滞留部の除去や温度低減、水分管理で抑える。ベントのキャリーオーバーは背圧低減、供給量の見直し、手前の溶融安定化で改善する。トルクスパイクは供給ブリッジ・異物混入を疑い、供給部と磁選を点検する。締結部はボルトの軸力管理で振動緩みを防ぐ。
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