コラム

押出ハニカムは添加する機能性材料の比率を高めやすく、耐熱性や耐薬品性にも優れているという利点をもっており、産業用から民生用に至る様々な用途に用いられています。ここでは押出成形によるハニカムの製造方法についてご紹介します。

なお、YouTubeの動画でもご紹介していますので、是非そちらもご覧ください。

押出成形とは原材料の粉体と水を練り、粘土状になった混練物をところてんのように圧力をかけて押し出していくことで成形する方法です。

押出成形のメリットとして、金型の形状と同じ形状のものを連続して生産することができるため、同じ断面のものであれば厚みを簡単に変えられたり、再現性良く同じものを製造したりすることができます。

当社で実際に行っている押出成形の各工程をご紹介します。

混練

混練工程では加圧ニーダーを使用します。ニーダーの混練槽内にハニカムフィルターの原料である粉や水、バインダー等を投入し、装置内を加圧しながら混練することで粘土状の混練物にします。

この時に重要な点として、押出を行ったときに押し出せるぐらいの柔らかさで、かつ押出後にフィルターの形状が潰れない程度の保型性に調整することです。そのためには水やバインダーの添加量、混練時間などを最適化する必要があります。そのため、当社では原料の粒度や比表面積の測定、混練物の硬度測定、万能試験機での流動性評価等を行い、より最適な混練条件で生産できるよう日々研究開発を行っています。

押出

押出工程では粘土状の混練物に圧力をかけて金型ダイスから押し出しながら成形します。特徴として断面形状が同じものを連続して生産できるのですが、粒度の粗い原料が混ざっている場合や、混練が不十分でダマになったものがあると不良品を連続で作ってしまうことになります。そのため、押出工程をうまく行うためには原料、混練状態、成形条件をいかに管理するかが重要であり、高度な技術力が必要になります。
当社では2種類の押出機を保有しており、目的のフィルターの生産量や寸法などによって使い分けています。

◎プランジャー押出機

プランジャー押出機はシリンダー内に充填した混練物に圧力をかけてピストンで押し出す機械です。この装置のメリットは生産終了後のピストンの中にほとんど材料が残らないことです。また、構造自体がシンプルなため清掃も容易です。しかしデメリットとして構造上投入した材料がなくなると一度生産を止めて新しく材料を投入する必要があり連続生産ができません。ただし、混練1回分の材料投入ごとに製品を切り替えることが可能なため、少量多品種での生産に対応することが可能です。

◎スクリュー押出機

スクリュー押出機は、装置内部のスクリューで加圧混練しながら連続的に混練・押出成形を行う機械であり、大量生産に向いています。この装置のメリットとして、原料を投入し続けることで連続して安定した品質の製品の押出が可能になります。デメリットとしては生産を終了した際にスクリュー部分に原料が多く残ってしまうことです。またプランジャー押出機よりも清掃に手間がかかるため、生産品目の切り替えに時間がかかってしまいます。

乾燥・焼成

押し出し後のハニカムフィルターは柔らかいため、そのままでは製品として使うことができません。そのため、乾燥を行って混練時に添加した水分を除去する必要があります。水分を除くだけなのですが、急激な加熱や風を強く当ててしまうとハニカムフィルターの表面が乾燥するのに対し、内部は乾燥していないため収縮差による乾燥割れが発生してしまいます。そのため、製品ごとに不良が発生しないよう最適な条件を決定する必要があり、高度なノウハウが必要になります。

次に焼成工程で混練・押出に必要となるバインダーなどを除去し、原料の粒同士を結合させて緻密な焼結体とします。使用している原料に応じて大気条件だけでなく、活性炭等では燃えないように不活性ガス条件で焼成を行う必要があります。また焼成するときの温度や時間によって製品の強度や空隙率などが変化するため、焼成条件も乾燥条件と同じく製品ごとに最適な条件を見つける必要があります。焼成工程も高度なノウハウが必要な工程です。

添着

添着工程では押し出したハニカムフィルターやコルゲートハニカムの表面に薬液や触媒スラリーを塗布します。例えば活性炭ではあまり取れないアルカリ性のガスに対しては、酸性の溶液を塗布するなど、物理吸着だけでは取り切れない悪臭ガスを化学吸着により除去することが可能となります。また、目の細かいハニカムに目詰まりさせることなく、均一にスラリーを塗布するには高度なノウハウが必要になります。

まとめ

当社では押出ハニカムフィルターやコルゲートハニカム、シート状フィルターなどのフィルターの製造を行っております。使用条件や、目的のガスに応じて最適な形状や材質を設計して提案いたします。また、お客様が指定する原料をフィルターに加工するご相談にも応じますので、お気軽にお問い合わせください。