JP2003520142A - 結晶質または半結晶質ポリマーを転移する方法及び装置 - Google Patents

結晶質または半結晶質ポリマーを転移する方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は融点及び凝固点を有する熱可塑性材料の転移方法と装置に関し、その装置と方法は熱可塑性材料を融点より高い温度に加熱することにあり、この加熱された材料は熱可塑性材料の温度を成型装置の中で凝固点以下の温度に少なくとも融点近くの温度だけ低下させることによって成型装置に中で転移する。その方法は熱可塑性材料が成型装置を通過する前及び／または通過する際に熱可塑性材料と接触する陽極と熱可塑性材料と接触する陰極または接地電極との間の静電場に熱可塑性材料を置くことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明の目的は、熱可塑性材料、より具体的には融点、結晶化温度及びガラス
転移温度を有する少なくとも1つの結晶質もしくは半結晶質ポリマーまたはコポ
リマーを含有する材料の加工方法である。
【０００２】 ポリマーの加工、具体的には中実または中空断面形の押出しは周知の技術水準
である。真空タンク、押出ダイなどの従来の装置は、突然の粘度変化を受けない
熱可塑性樹脂、たとえばポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどに適している。
【０００３】 公知の装置は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの結晶質または半
結晶質ポリマーで使用することができない。それは極めて低粘度相の後にゲル相
が極めて急速に続く、換言すれば造形ジグへ導入するには液状であり過ぎる材料
から成型されるには硬すぎる材料へと余りにも急速な転移が存在するからである
。一方、例えばチューブの押出しの場合に於ける造形マンドレルロッドの引抜き
は、押出機スクリュのスラストで補うことのできない大きな摩擦を引き起こす。
【０００４】 本発明の目的は、とりわけ、結晶質または半結晶質ポリマー、具体的にはポリ
エチレンテレフタレートの押出しを可能にする方法であるが、同じように、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ＰＶＣ、ポリカーボネートなどの熱可塑性プラスチ
ック材料をさらに容易に押出すことを可能にする方法である。
【０００５】 本発明の方法は、結晶質または半結晶質ポリマー、好ましくは結晶化温度以下
で固体結晶を、有利には結晶化温度以下で実質的に固体結晶のみを呈するポリマ
ーまたはポリマー混合物の加工に特に適用可能である。特に、結晶質ポリマーま
たはコポリマーは４０重量％未満の非結晶質または半結晶質ポリマーを含み、あ
るいは結晶化温度以下で液晶(liquid crystal)を呈する。より具体的には、結晶
質または半結晶質ポリマーは２０重量％未満の液晶性(liquid crystalline)ポリ
マー及び／または２０重量％未満のポリオレフィンを含み、特に液晶性ポリマー
とポリオレフィンを全くあるいは実質的に含まない（例えば、液晶性ポリマー１
０重量％未満とポリオレフィン１０重量％未満）。液晶性ポリマーは結晶化温度
よりも低いが硬化点よりも高い温度で液晶を呈す熱互変性ポリマーである。
【０００６】 本発明の方法は融点と凝固温度を示す熱可塑性材料の加工方法であり、 − 熱可塑性材料が融点より高い温度に加熱され、かつ、 − 上記加熱された材料を少なくとも融点に近い温度から凝固点以下の温度
に低下させることによって成型装置の中で加工され、 − 上記加工方法は、熱可塑性材料が成型装置を通過する前及び／または通
過する際に熱可塑性材料を陽極と陰極またはアースとの間の静電場に置かれ、そ
の電極またはその電極とアースは熱可塑性材料に接触していることを特徴とする
。
【０００７】 熱可塑性材料が成型装置を通過する前及び／または通過する際に、熱可塑性材
料をそれが接触する陽極と陰極との間の少なくとも８００，０００Ｖ／ｍ、好ま
しくは少なくとも１，０００，０００Ｖｍ、より好ましくは５，０００，０００
Ｖｍ〜２０，０００，０００Ｖｍの静電場に置くことが好都合である。
【０００８】 熱可塑性材料の領域上で電場をかける適用時間は、例えば、数分の１秒から数
秒、あるいは数分まで変動することがある。この時間は、例えば、０．５〜４５
秒であることができる。
【０００９】 成型装置の通過前及び／または通過時に熱可塑性材料が陽極と陰極または熱可
塑性材料と接触するアースとの間を移動し、上述の電場が陽極と陰極またはアー
スとの間の熱可塑性材料の流れに実質的に垂直であることが好都合である。
【００１０】 好ましくは電歪及び／または逆圧電効果が陽極と陰極またはアースとの間の熱
可塑性材料に発生する。
【００１１】 熱可塑性材料が実質的に放射状の電場に置かれ、その間材料がその融点近くま
たはそれ以上の温度から材料の固体状態に対応する温度にまで低下して成型され
ることが好都合である。
【００１２】 好ましい一実施態様によれば、本発明の方法は、融点、融点より低い結晶化温
度及びガラス転移温度を有する少なくとも１種の結晶質もしくは半結晶質ポリマ
ーまたはコポリマーを含有し、このポリマーまたはコポリマーは好ましくは結晶
化温度以下で実質的に固体結晶のみを示し、 − 上記材料は結晶質もしくは半結晶質ポリマーまたはコポリマーの融点よ
り高い温度に加熱され、 − 上記加熱された材料は、結晶化温度より高い温度から結晶質もしくは半
結晶質ポリマーまたはコポリマーのガラス転移温度より低い温度にまで材料の温
度を成型装置内で低下することによって成型装置で加工される、 熱可塑性物質の加工方法に関する。
【００１３】 上記方法は、少なくともガラス転移温度よりも高い温度、好ましくは結晶化温
度より高い温度（有利には、少なくともガラス転移温度よりも高い温度範囲、好
ましくは結晶化温度より高い温度範囲）において、材料を静電場に置くことに特
徴がある。 上記方法の実際の一実施態様によれば、材料を少なくとも静電場に置き、一方
で温度を結晶化温度よりも高い温度からガラス転移温度と結晶化温度との間の温
度に低下させる。
【００１４】 静電場は特に電歪効果及び／または逆圧電効果を発生させるためにかけられる
。電歪効果は特に結晶質ポリマーまたはコポリマーの結晶化温度近くで生じ、一
方逆圧電効果はガラス転移温度の近くで生じる。これらの効果によって、ポリマ
ーの接触表面上、とりわけ材料が接触する電極表面上の流動、摺動がさらに容易
になる。
【００１５】 実施例の好適な一形態では、少なくとも温度を結晶化温度よりも高い温度から
結晶化温度とガラス転移温度との間の温度（特に、ガラス転移温度に近い温度、
好ましくはガラス転移温度とほぼ等しい温度またはそれより低い温度）に低下さ
せながら、材料が静電場に置かれる。摩擦抵抗の減少が観察されたのに加えて、
機械的性質または製品特性が改良された。
【００１６】 例えば、結晶化温度よりも高い温度から結晶化温度よりも少なくとも２０℃低
い温度、有利には結晶化温度よりも少なくとも５０℃低い温度、好ましくは結晶
化温度よりも１００℃低い温度までに広がる温度範囲にわたって、材料が静電場
に置かれる。
【００１７】 実際の一実施態様によれば、少なくとも融点に近い温度において、材料を静電
場に置く。これは利点である。何故ならば、ダイを通過する材料の処理量が一定
の場合に、ダイに材料を押し込むのに必要な圧力が電場をかけた場合より低く、
例えば電場をかけない場合に必要な圧力の少なくとも半分であることが観察され
たからである。
【００１８】 特に実用的な一実施態様によれば、結晶化温度よりも高い第一の温度と、結晶
化温度とガラス転移温度の間の第二の温度との間にわたる温度範囲、好ましくは
融点に近い温度（特にそれよりも高い温度）から結晶化温度よりも低い温度、特
にガラス転移温度に近い温度にわたる温度範囲においてだけでなく、少なくとも
融点に近い温度において、材料に静電場がかけられる。
【００１９】 一実施態様に含まれる特徴によれば、電場の強さは、少なくとも８００，００
０Ｖ／ｍ、有利には少なくとも１，０００，０００Ｖ／ｍ、好ましくは少なくと
も２，０００，０００Ｖ／ｍ、例えば２，０００，０００〜２０，０００，００
０Ｖ／ｍ、より具体的には５，０００，０００〜２０，０００，０００Ｖ／ｍ、
とりわけ５，０００，０００Ｖ／ｍ、８，０００，０００Ｖ／ｍ及び１０，００
０，０００Ｖ／ｍである。
【００２０】 本発明の方法では、材料は有利には放射及び／または長さ方向及び／または横
方向の電場に置かれるが、少なくとも放射または材料の厚さ方向が好ましく、材
料がダイまたは成型装置に流入する方向に実質的に直角であるのが特に好適であ
る。
【００２１】 一実施態様によれば、材料は成型装置の中で断熱的または実質的に断熱的に溶
融する。
【００２２】 実際の一実施態様によれば、誘電特性、すなわち誘電定数ないしは誘電率を上
げるために少なくとも１種の添加物を含有する材料が加工される。この例には、
少なくとも１０％の添加による結晶性もしくは半結晶性ポリマーまたはコポリマ
ーの誘電率を上げるために十分な量の添加物を材料に加えることが含まれる。好
適な添加物の例は、チタン酸バリウム、二酸化チタン（ＴｉＯ2）などのチタン
系化合物である。
【００２３】 本発明の方法は、添加物または充填剤を多分夾雑するかまたは含有するＰＥＴ
、例えばＰＥＴプレフォームまたはボトル製造廃棄物に由来するＰＥＴの加工に
特に適している。
【００２４】 本発明の詳細な一方法によれば、成型装置は押出機または金型の造形ジグであ
る。電場はダイ、より具体的には押出ダイにかけられる。ダイまたは成型装置は
、押出物または押出製品の内部形状を形成するために設計されたマンドレルロッ
ド、及び押出物または押出製品の外部形状または輪郭形成のために設計された壁
部を有するのが好都合である。このマンドレルロッドは有利にはダイまたは造形
ジグに対して固定または実質的に固定される。したがって、放射電場が有利には
マンドレルロッドと押出物または押出製品の外部形状形成のために設計された壁
部との間に発生し、マンドレルロッドは有利には陰極またはアースを構成し、壁
部は有利には陽極を構成する。
【００２５】 本発明の方法の成型装置は、金型及び／または押出機の造形ジグ、例えば異形
材、チューブなどを製造するためのダイと連動する造形ジグであるのが好都合で
ある。成型装置は、例えばインジェクション圧の低減及び／または金型内のキャ
ビティ数を増加させるために、金型及び／またはダイ、あるいはインジェクショ
ンランナーまたは金型のランナーであってもよい。
【００２６】 本発明の別の目的は、本発明の方法で得られる（夾雑またはその他の）結晶質
もしくは半結晶質ポリマーまたはコポリマーから製造された製品である。製品は
添加物または充填剤を多分夾雑するか含有するＰＥＴから作られると有利である
。長さ方向の静電場、特に製品の壁部に関して放射状の静電場を誘導することに
よって、その壁部の機械的性質を向上させることが可能であることが観察された
。本発明の物品の特殊な一実施態様では、製品はボトルプレフォームである。
【００２７】 本発明のさらに別の目的は、本発明の方法のもとで熱可塑性材料に形状を付与
するための装置である。この装置は、 − （熱可塑性材料を造形するために）熱可塑性材料と接触する1個以上の
壁部をもつ有し、材料を（例えば、融点近くの温度、好ましくは融点より高い温
度で、あるいは結晶化温度より高い温度で、あるいは結晶化温度よりも低い温度
で）導入するための通路を持つダイ及び／または造形チャンバと、 − 1個以上の壁部を少なくとも部分的に冷却するための冷却手段と、 − チャンバまたはダイの少なくとも壁部または部分壁部と別の壁部または
部分壁部（壁部の一部または壁部の部分）との間に（壁部または壁部の部分は熱
可塑性材料と接触している）静電場を発生させるために、熱可塑性プラスチック
の壁部が電源に接触するチャンバまたはダイの少なくとも1つの壁部または部分
壁部（壁部の一部または壁部の部分）を接続する手段と、 からなる。
【００２８】 第一の壁部または壁部の一部（部分壁部）を電源の一極（例えば陽極）に接続
するための第一の手段と、第一の壁部または壁部の一部（部分壁部）が陽極を形
成するように別の壁部または部分壁部を電源の別の極（例えば陰極）またはアー
スに接続するための第二の手段とを装置は包含することが好都合である。
【００２９】 可能な一実施態様によれば、装置は静電場を発生するための手段及び陽極と陰
極またはアースをもつ手段を含むかあるいはそれらと連動し、その電極またはア
ースは熱可塑性材料と接触していて、これらの手段はこれらの電極の間または陽
極とアースとの間に、少なくとも８００，０００Ｖ／ｍ、好ましくは少なくとも
１，０００，０００Ｖ／ｍ（より具体的には２，０００，０００Ｖ／ｍより高く
、例えば５，０００〜２０，０００，０００Ｖｍ）の静電場を発生する。
【００３０】 陽極及び陰極またはアースは好ましくは熱可塑性材料が一方向に移動するチャ
ンネル壁を構成し、これらの電極またはアースは材料がチャンネル中を流れる方
向に実質的に垂直な静電場を発生するように配置される。
【００３１】 詳細な一実施態様によれば、装置は、造形チャンバと連動するダイと、ダイの
中及び造形チャンバの中に静電場を発生させるために、ダイ及び造形チャンバの
1つ以上の壁部が少なくとも1つの電源に接続する手段を有する。
【００３２】 実際の一実施態様によれば、成型装置は有利にはダイと連動し、陽極の1つの
壁部と陰極またはアースの1つの壁部との間に画定されたチャンネルを提供し、
このチャンネルは溶融した（または融点に近い）熱可塑性材料をチャンネル内に
導入する通路を提供する。可塑性材料と接触する成型装置（適宜ダイが加えられ
る）のチャンネル壁の全表面は実質的に電極壁または電極壁とアースによって構
成される。電極及び／またはアースは、成型装置および適宜ダイ全体に電場が実
質的に放射状にかけられるように位置または配置されることが有利である。成型
装置が（例えば、結晶化温度より低い温度、例えばガラス転移温度と結晶化温度
との間で）造形された材料の出口通路を設けている場合、電極（または電極とア
ース）は有利には材料中に放射状電場を発生するように配置または配列されてい
て、材料を成型装置の中に導入するための通路から成型装置を離れる材料の通路
まで実質的に延在している。
【００３３】 実際の一実施態様によれば、材料と接触する成型装置または造形ジグまたは金
型及び／またはダイの壁部は酸化アルミニウムで形成され、とりわけ酸化アルミ
ニウムを含む層で被覆されている。
【００３４】 一実施態様によれば、装置は造形チャンバで形成された物品の内部形状を形成
するために設計されたマンドレルロッドを有し、造形チャンバは物品の外部形状
を形成するために設計された壁部が設けられている。マンドレルロッドと物品の
外部形状を形成するために設計された壁部は放射電場を発生する電極または電極
とアースを構成し、マンドレルロッドは有利には陰極またはアースを構成し、壁
部は有利には陽極を構成する。
【００３５】 装置は、陽極と陰極との間に電場を形成するように配列された陽陰極を有し、
可塑性材料と接触する造形チャンバの壁部を構成していて、陽極が有利にはアル
ミニウム合金から作られ、好ましくは電極の可塑性材料との接触面が少なくとも
厚さ２５μｍの酸化アルミニウム層で形成されていれば好都合である。
【００３６】 注目に値する一特徴によれば、熱可塑性材料と接触する成型装置または造形ジ
グ及び／またはダイの壁部は酸化アルミニウムで形成され、具体的には酸化アル
ミニウムを含む層で被覆されている。
【００３７】 一実施態様に拠れば、造形チャンバは金型である。
【００３８】 1つ以上の絶縁手段が、陽極または電流源の正極に接続された電極と、アース
または陰極または電流電の負極に接続された電極との間に延在し、絶縁手段が絶
縁層または絶縁流体または液体によって形成されていれば好都合である。 装置は、有利には陽極と接触するチャンバが設けられ、絶縁流体ないしは液体
及び上述のチャンバと連通する通路を含み、その通路はチャンバを絶縁液体ない
しは流体循環系に接続する手段で設けられていて、その循環系は有利には冷却系
を組み込んでいる。
【００３９】 実施形態の詳細によれば、陽極及び材料と接触する陽極（複数）の長さは、 − 材料が造形チャンバまたはダイに進入する方向に計算され、 − ５ｃｍ以上であり、１０ｃｍ以上が有利であり、好ましくは２０ｃｍ以
上である。その長さは、例えば２０ｃｍ〜２ｍ、あるいはそれ以上である。陽極
または陽極（複数）の長さは電場がかけられる領域、材料の供給速度、製造され
る物品のグレード、物品の大きさ及び肉厚に応じて決定される。
【００４０】 本発明の装置は、より具体的には、本発明の方法を用いて結晶性もしくは半結
晶性ポリマーまたはコポリマーから作られる材料を造形する装置である。この装
置は、 − 材料を結晶化温度より高い温度で導入するためのポートを提供する造形
チャンバであって、少なくとも第一の壁部またはその一部と第二の壁部またはそ
の一部との間に延在するチャンバと、 − チャンバの少なくとも1つのの壁部または一部の壁部を冷却するための
冷却手段と、 − 適宜、出口が材料を造形チャンバに導入するためのポートと連通するダ
イと、 − 第一の壁部またはその部分の少なくとも1つの部分と第二の壁部または
その部分の少なくとも1つの部分との間及び／またはダイの中に静電場を発生す
るための手段と、 からなる。
【００４１】 装置は、好ましくはダイとダイの中及び造形チャンバの中に電場を発生させる
手段とを有する。
【００４２】 本発明の装置は、材料を造形チャンバに結晶化温度よりも高い温度で断熱的に
あるいは実質的に断熱的に（すなわち、熱の交換または移動が無く）供給する手
段を有していれば、好都合である。
【００４３】 造形チャンバは、好ましくは造形された材料をガラス転移温度よりも低い温度
で放出する出口ポートが設けられる。例えば、造形チャンバは、押出ダイ、より
具体的には中空の異形材、チューブ、導管、鞘などを押出すダイである。
【００４４】 実施態様の可能性のある形態によれば、電場を発生する手段は、放射状及び／
または横方向及び／または長さ方向の電場を発生するように配置された少なくと
も2つの電極を組み込んでいる。 電場を発生する手段は、好ましくは造形チャンバ中に放射状電場を発生するよ
うに配置された少なくとも2つの電極を組み込んでいる。特に実用的な一変形に
よれば、装置はダイの中に放射状電場を発生するように配置された少なくとも2
つの電極を更に組み込んでいる。
【００４５】 実施態様の好ましい一形態によれば、電場を発生する手段は、結晶化温度より
も高い温度からガラス転移温度と実質的に同じ温度まで材料が通過する造形チャ
ンバの少なくとも1つの領域に電場を発生するように、冷却手段に対向して配置
される。
【００４６】 実施態様の別の可能な形態に拠れば、装置は融点よりも高い温度から下がって
結晶化温度よりも低い温度、例えばガラス転移温度に近い温度まで、あるいはガ
ラス転移温度よりも低い温度まで材料に電場をかけるように、ダイの少なくとも
一領域と造形チャンバの少なくとも一領域に電場を発生するための1つ以上の手
段を組み込んでいる。
【００４７】 一実施態様の詳細に拠れば、装置は造形チャンバで形成された物品の内部形状
形成のために設計されたマンドレルロッドを有し、このチャンバは物品の外部形
状形成のために設計された1つの壁部を有する。マンドレルロッドと物品の外部
形状形成のために設計された壁部は放射電場を発生するための電極を構成し、マ
ンドレルロッドは有利には陰極またはアースを構成し、壁部は有利には陽極を構
成する。
【００４８】 一実施態様の別の詳細に拠れば、装置は陽極と陰極との間に電場を形成するよ
うに配列され、かつ結晶質もしくは半結晶質ポリマーまたはコポリマーと接触す
る造形チャンバの壁部を構成する陽極と陰極を有し、陽極は有利にはアルミニウ
ム合金から作られていて、結晶質もしくは半結晶質ポリマーまたはコポリマーと
接触する表面をもち、その表面は少なくとも２５μｍの厚みの酸化アルミニウム
層を受容すべく処理されている。
【００４９】 本発明のさらに注目に値する特徴及び詳細は例示する数例の実施態様の説明か
ら明らかであろう。添付する図面を参照して説明する。
【００５０】 図１は供給ホッパー１を経由して結晶質または半結晶質ポリマー（例えば、顆
粒または裂片状のＰＥＴ）を受容する押出機２を示す。ポリマーは押出機２中で
溶融してヘッド３に押し込まれ、ヘッドの領域Ａには押出品の内部形状を形成す
るために設計されたマンドレルロッド４が装備されている。押出品は次に断熱領
域Ｂ（熱交換が無い、あるいは実質的に無い領域５）を通過する。この領域が先
細り、すなわちこの領域の処理断面が材料の進行方向で減少するようであれば好
都合である。この領域５におけるポリマーの温度は結晶ピークよりも若干高く、
例えば結晶ピークよりも１〜２０℃高い。次に、溶融したポリマーは領域Ｃに入
り、この領域で強烈な冷却と強い電場に曝される。したがって領域Ｃは凝縮器６
を構成する。この電場はポリマーの温度がポリマーのガラス転移温度と等しいか
、それよりも低くなるまで維持される（領域Ｄ）。こうして安定化した製品７は
押出ダイを出る。
【００５１】 図２は成型装置により伸張した押出ダイを示す。ダイ／成型装置を含むユニッ
ト１０はマンドレルロッド４がそれに沿って伸張する通路を組み込んだ囲い１１
をもつ。マンドレルロッド４は陰極または機器のアースを形成し、囲い１１は陽
極を形成する。それによって発生した電場はマンドレルロッド４方向に向いた放
射電場である。放射電場（図３参照）は結晶に電歪現象を誘起し、陽極に対し僅
かなポリマーの分離が現れる（ポリマーの温度は結晶化温度またはピークよりも
低い）。囲い１１の内面は、例えばアルミニウム合金から作られ、酸化アルミニ
ウムＡｌ2Ｏ3の層で有利に処理、被覆されている。この僅かな分離により製品が
押出ダイ中で押出機スクリュの力によるポリマーの移動を可能にし、押出ダイか
らの製品の排出を可能にする。この提示例では、電極間の電場は５，０００，０
００Ｖ／ｍであった。材料は、例えば、ユニット１０に融点よりも高い温度で入
り、結晶化温度よりも低い温度で出る。
【００５２】 陽極１１はアースから絶縁されていて（例えば、電気絶縁パッドによって）、
１個以上の冷却導管と連動する。
【００５３】 ユニット１０（押出ダイ及び／または成型装置）の冷却は、例えば、発熱量の
高い電気的絶縁流体を用いて、より具体的には絶縁油を用いて実現される。1つ
の可能性は低温ガス循環の利用であり、例えば窒素が冷却に用いられてきた。し
たがって、この絶縁流体は陽極の電気的絶縁体としても作用する。この絶縁は、
例えば、流体が流れているチャンネルが陽極とアースとの間に形成されていると
有用であるが、絶縁流体循環または冷却系から陽極を絶縁する場合にも有用であ
る。
【００５４】 図１の場合、押出ダイを離れる製品は外径が９ｃｍ、肉厚０．５ｃｍのチュー
ブである。
【００５５】 図４はマンドレルロッドが陽極を構成し、囲い１１が陰極を構成することを別
にして、図３と同じ押出ダイの断面を示す。
【００５６】 図５は断面が四角形で中空な異形材を押出すダイの断面を示す。この実施態様
では、断面が四角形のマンドレルロッドが陽極を構成し、囲い１１が陰極を構成
する。
【００５７】 図６は押出ダイに長さ方向断面であり、その囲い１１は陽極及び陰極を形成す
る一連の別個の要素１２，１３をもち、陽極１２は絶縁要素によって陰極１３か
ら分離している。電極は押出品の変位軸に直角に配置され、それによってポリマ
ーは長さ方向の電場に置かれ、電場の方向は押出品が変位する方向に平行である
。
【００５８】 図７は囲い１１が陽極と陰極を形成する一連の別個の要素１４，１５をもつダ
イの部分断面図であり、陽極１４は絶縁要素１６によって陰極１５から分離して
いる。電極は横方向電場を画定するように互い違いに位置していて、電場の方向
は押出品が変位する方向に垂直である。
【００５９】 電極を適切な方法で配置することによって、放射電場、長さ方向電場及び／ま
たは横方向電場を有効に関連付けて構成される電場を発生できることは言うまで
もない。例えば、マンドレルロッドが陰極であれば、放射状で斜め方向の電場が
図６および図７に示した装置内に、長さ方向または横方向の電場に加えて、発生
される。
【００６０】 図８は囲い２１によって構成された金型２０を示し、囲い２１は二つの部分２
１Ａ及び２１Ｂを含み、それらは成型部品の引き出しを可能にするために互いに
分離することができる。キャビティ２３は囲い２１の内部に画定されている。こ
のキャビティ２３の中にコア、例えば円筒形コア２４が伸張し、コアは射出成型
機に固定されている。金型には有利に冷却手段が装着している。囲い２１は、例
えば、陽極を構成し、コア２４は陰極を、あるいはその逆を構成する。
【００６１】 図９はＰＥＴのエンタルピー曲線を表し、この曲線はＰＥＴガラス転移温度に
対応する（中空）ガラス転移ピーク、ＰＥＴ結晶化温度に対応する結晶ピーク、
ＰＥＴ融点に対応する（中空）溶融ピークを示している。
【００６２】 ＰＥＴの誘電率を上げるために、結晶質または半結晶質ポリマーに対し誘電特
性を持つ添加物を加えることが有効である。この種の添加物は当業者に周知なも
のである。特に、チタン酸バリウム及び／またはＴｉＯ2が、粉末または微細な
フレーク状で使用される。誘電特性を有する添加物の量は、例えば結晶質または
半結晶質ポリマーの重量に、特に、ＰＥＴの重量に対し０．０１〜２５％、好ま
しくは０．１〜１０％である。
【００６３】 図１０は図１と類似な本発明の装置を示す。この装置の特徴は、 押出機２、断熱領域５、ダイ１０、造形ジグ６、製品７を造形ジグの外部へ引き
出す牽引システム１１である。
【００６４】 図１０に示す実施態様では、造形ジグ６には放射状静電場をかける手段が装着
している。得られた製品は電場をかけないで得られた製品に比べ機械的性質が３
０％改善されていた。
【００６５】 図１１に示す実施態様では、装置は断熱領域５（押出機を出る製品はダイ１０
の中に直接入る）が無いこと、静電場が造形ジグ６の変わりにダイ１０を通過す
る材料にかけられることを別にして、図１０の装置に類似である。電場は有利に
放射状である。ダイに放射状電場をかけることによって、電場をかけないときの
押出製品と同じ処理量がより小さな押出機の圧力で十分に確保されることが観察
された。結晶質ポリマーの場合、少なくとも５，０００，０００Ｖ／ｍの放射電
場をかけ、一方で電場をかけないダイで操作した押出機と同じ処理量を維持した
場合に、押出機の圧力は５〜１０のファクタで削減可能なことが判明した。した
がって、ダイにこの種の電場をかけることによって、電場をかけない場合と同じ
押出圧力を用いて、押出し材料の処理量を上げることが可能である。放射電場の
力を調節すること及び／または押出機の圧力を調節することによって、押出し材
料の処理量を調節することが可能である。
【００６６】 最後に図１２に示す装置は、放射電場が造形ジグにかけられることを別にして
、図１１に示す装置に類似である。この装置は一方で現存する押出機の生産を増
加させることができ、他方では押出製品の機械的特性を改善する。
【００６７】 図１３は金型３３のインジェクションランナー３２に於ける電極（静電極３０
と陰極３１）の可能性のある一配列を模式的に示すもので、金型３３は、例えば
成型物品のキャビティ３４からの取出しを容易にするために、射出成型機ヘッド
に対し固定された部分３３Ａとそれに対し相対的な運動を行うのに適合した可動
部分３３Ｂとを有する。インジェクションランナー３２はフィンガーまたはポリ
マー流を金型の種々なキャビティ３４に、あるいは金型キャビティの複数の場所
に分配するための手段３６を有する。金型の固定部分は部分３３Ａのフレーム３
３Ａ１からの絶縁層３５によって絶縁されている陽極３０を提供する。フレーム
３３Ａ１は射出成型機のアースに結合している。可動部分３３Ｂは、少なくとも
部分３３Ｂが３３Ａに対向して（金型が閉じた位置で）位置する場合に、射出成
型機のアースに接続されるように配列されている。したがって、可動部分３３Ｂ
も、少なくとも金型３３が閉じた位置のときに、アースを形成する。図に示した
実施態様では、フィンガーまたは手段３６は３３Ｂに搭載されている。絶縁層３
５も陽極と射出成型機ヘッドとの間の絶縁を提供する。射出成型機ヘッドが陽極
で与えられていれば、金型の陽極は射出成型の陽極に有利に接続されていて、射
出成型機の陽極はフレーム３３Ａ１から絶縁されている。
【００６８】 射出時に、溶融した材料はインジェクションランナー３２に、とりわけ陽極と
手段３６との間及び３３Ｂの一方の面に流入する。こうして材料は材料が部分３
３Ａに流入する方向に直行した電場を受ける。
【００６９】 部分３３Ａが冷却導管で提供される場合では、これらの導管は注入される材料
と接触しない陽極の面沿いに配列され、冷却流体は電気的絶縁流体、より具体的
には電気的絶縁冷却油または絶縁油である。
【００７０】 図１４は押出機がポリオキシメチレン（結晶性ポリマー）を分極した成型装置
（材料が装置に（融点に近い温度で）導入される時点から材料がガラス転移温度
に近い温度で装置から出るまで放射電場が材料にかけられている）及び分極して
いない成型装置に材料が融点に近い温度で導入される時点から前進させている押
出機のスクリュによって加えられた圧力を示す。この図から成型装置が分極して
いない場合（曲線Ｉ）では、流れは第一断熱期（±１５秒）にあり、その後に前
面で、あるいは急激な圧力の増加（ポリマーの結晶ピークに由来する）が観察さ
れることが見て取れる。その後の圧力の増分は材料の導入後３０秒の時点まで観
察される。圧力は成型装置及び押出機の最大許容圧に達するまで（１２０バール
）上昇し続ける。材料が冷却されることによる材料のプラグが成型装置に生成し
、１２０バールの圧力は材料を成型装置の外に押出すのに十分ではなかった。
【００７１】 成型装置を分極すると（５，０００，０００Ｖ／ｍの放射電場を材料にかけた
）、材料が成型装置に入った直後に圧力は電場が無いときに観察された通常の圧
力よりも低下し（曲線ＩＩ）、その後の増分は２０バールで６０秒まであった（
時間は材料が導入された時点から測定）。次に成型装置内における材料の温度降
下に由来する急激な圧力上昇が観察され、その後の圧力増分は約６０バールであ
った。造形された材料は約６０バールの圧力で装置を出た。
【００７２】 図１４では、成型装置に電場をかけることにより、材料に成型装置を通過させ
るために必要な最大圧力を大幅に削減できることを示している。
【００７３】 図１５は図１４に類似であるが、ＰＥＴの成型装置に於ける電場の効果を示し
ている。この図から電場をかけることで（曲線II）、材料を装置に通過させるの
に必要な最大圧力が低減することが分かる。曲線Ｉは電場が無い場合に必要な圧
力を示す。
【００７４】 最後の図１６及び１７は図１４に類似であるが、それぞれリサイクルされた高
密度ポリエチレン及びポリプロピレンにかけられた。この図から、電場をかける
ことによって（この例では、放射電場、曲線II）、材料を成型装置に通過させる
のに必要な最大圧力が低減することがわかる。曲線Ｉは電場が無い場合に必要な
圧力を示す。
【００７５】 圧力のこのような減少は、電場をかけることによって成型装置の1つ以上の壁
部の摩擦が著しく減少することを示す。この摩擦が少ないことが生産の増加また
は押出機及び／または成型装置の磨耗の減少のいずれかを可能にし、成型装置内
の不測の材料詰まりなどに起因する事故の減少を可能にする。
【００７６】 ＰＥＴ，ＰＯＭ及び高密度ポリエチレンの試験片を成型装置に５，０００，０
００Ｖ／ｍの放射電場をかけて作成し、同時に電場をかけない成型装置でそのほ
かの試験片を作成した。こうして、引出し抵抗を測定したが、それは電場をかけ
た試験片と電場をかけない試験片とで実質的に同じであった。しかしながら、弾
性率に関する限り、ＰＯＭ及びＰＥＴの試験片は電場をかけたときに、電場をか
けないで作成した試験片の弾性率よりも約６０％高い弾性率を有することが観察
された。電場をかけて作成された試験片を後硬化した場合（後硬化はガラス転移
温度よりも２０℃高い温度で４８時間行った）、電場をかけ、かつ後硬化をして
作成された試験片は電場をかけず後硬化を用いないで作成された試験片の弾性率
よりも依然として２０〜３０％高い弾性率を有していた。
【００７７】 次に示す表は電場をかけないで成型した試験片（Ａ）、電場をかけないで成型
し後硬化した試験片（Ｂ）、電場をかけて成型した試験片のヤング率（ＭＰａで
表示）を示す。
【００７８】
【表１】
【００７９】 本発明による方法は、成型部品、押出し部品、パネル、レール、異形材、シー
ト、トラフ（例えばケーブルトラフ）、Ｔ断面異形材、Ｕ断面異形材、Ｉ断面異
形材、Ｌ断面異形材、Ｘ断面異形材など種々の多くの部品の製造に使用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の装置を装備した押出機の模式図である。
【図２】 図１からの押出ダイの詳細断面図である。
【図３】 押出ダイの横断面図である。
【図４】乃至
【図７】 特殊な場を得るような電極の位置を示す図である。
【図８】 本発明の金型の模式図である。
【図９】 走査型示差熱量計（ＤＳＣ）法で得られたＰＥＴのエンタルピー曲線を示す図
である。
【図１０】乃至
【図１２】 本発明の装置の別の実施態様の模式図である。
【図１３】 金型のインジェクションランナーに於ける電極の配置を示す図である。
【図１４】 放射電場がかけられた場合とかけられていない場合に、成型装置を通過するＰ
ＯＭに必要な圧力が時間の経過とともに変化する様子を示す図である（時間０は
装置にポリマーを導入する開始時間に対応する）。
【図１５】乃至
【図１７】 押出された材料がそれぞれＰＥＴ、高密度ＰＥ及びポリプロピレンである以外
は、図１４のグラフと同じものである。
【符号の説明】
１ 供給ホッパー ２ 押出機 ３ ヘッド ４ マンドレルロッド ５ 断熱領域 ６ 凝縮器 ７ 製品 １０ ダイ／成型装置を含むユニット １１ 囲い １２ 陽極 １３ 陰極 １４ 陽極 １５ 陰極 １６ 絶縁要素 ２０ 金型 ２１，２１Ａ，２１Ｂ 囲い ２３ キャビティ ２４ 円筒形コア ３０ 陽極 ３１ アースまたは陰極 ３２ インジェクションランナー ３３ 金型 ３３Ａ 固定部分 ３３Ｂ 可動部分 ３４ キャビティ ３５ 絶縁層 ３６ ポリマー流の分配手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4F202 AA04 AA15 AA24 AG08 AK03 AR06 CA27 CA30 CN05 CN14 CN17 CN25 CN30 4F207 AA04 AA15 AA24 AG08 AK03 AR06 KA01 KA17 KK04 KK45 KK66 KL88 KM15

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱可塑性材料が融点よりも高い温度に加熱され、かつ該加熱
    された材料が成型装置の中で少なくとも融点に近い温度から凝固温度以下に熱可
    塑性材料の温度を低下させることによって成型装置内で加工される融点と凝固温
    度を示す熱可塑性材料の加工方法に於いて、熱可塑性材料をその成型装置の通過
    前及び／または通過時に、熱可塑性材料と接触する陽極と、熱可塑性材料と接触
    する陰極またはアースとの間の静電場に置くことを特徴とする融点と凝固温度を
    示す熱可塑性材料の加工方法。
  2. 【請求項２】 熱可塑性材料が、成型装置の通過前及び／または通過時に、
    熱可塑性材料と接触する陽極と、熱可塑性材料と接触する陰極またはアースとの
    間の少なくとも８００，０００Ｖ／ｍ、好ましくは少なくとも１，０００，００
    ０Ｖ／ｍの静電場に置かれる請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 熱可塑性材料が、成型装置の通過前及び／または通過時に接
    触する陽極と陰極との間で移動し、前記電場が熱可塑性材料と接触する陽極及び
    熱可塑性材料と接触する陰極またはアースとの間の材料の流れに実質的に直角で
    ある請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 電歪効果が陽極と陰極またはアースとの間の材料に生じるこ
    とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 融点、融点より低い結晶化温度及びガラス転移温度を示す少
    なくとも１種の結晶質もしくは半結晶質ポリマーまたはコポリマーを含有し、該
    ポリマーまたはコポリマーが結晶化温度以下の実質的に固体結晶だけを示す熱可
    塑性材料の加工を含み、 上記材料が結晶質もしくは半結晶質ポリマーまたはコポリマーの融点よりも高
    い温度に加熱され、かつ該加熱された材料がその温度を成型装置の中で結晶質も
    しくは半結晶質ポリマーまたはコポリマーの結晶化温度よりも高い温度からガラ
    ス転移温度よりも低い温度に低下させることによって成型装置内で加工され、
    少なくとも、ガラス転移温度よりも高い、好ましくは結晶化温度よりも高い温度
    または温度範囲において、上記材料を静電場に置くことを特徴とする請求項１〜
    ４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 少なくとも、結晶化温度よりも高い温度からガラス転移温度
    と結晶化温度との間の温度まで温度を低下させながら、前記材料を電場に置くこ
    とを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 少なくとも、結晶化温度よりも高い温度かそれに近い温度か
    らガラス転移温度に近い温度まで温度を低下させながら、前記材料を電場に置く
    ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  8. 【請求項８】 少なくとも融点に近い温度において、前記材料を静電場に置
    くことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】 少なくとも、結晶化温度よりも高い温度から結晶化温度とガ
    ラス転移温度との間にわたる温度範囲だけでなく、融点に近い温度において材料
    を静電場に置くことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記電場の強さが、少なくとも１，０００，０００Ｖ／ｍ
    、好ましくは少なくとも２，０００，０００Ｖ／ｍである請求項１〜９のいずれ
    かに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記材料が、その流れ方向に対して少なくとも放射状のま
    たは垂直な電場に置かれることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の
    方法。
  12. 【請求項１２】 少なくとも１種の添加物を含有させて前記材料の誘電特性
    を高めることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】 材料が添加物または充填剤を夾雑ないしは含有するＰＥＴ
    である請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
  14. 【請求項１４】 成型装置が押出機の造形ジグまたは金型であること及び／
    または電場が押出ダイにかけられることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか
    に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 ダイまたは成型装置が押出物または押出製品の内部形状を
    形成するために設計されたマンドレルロッド及び押出物または押出製品の外部形
    状を形成するために設計された壁部と一体化され、マンドレルロッドと押出物ま
    たは押出製品の外部形状を形成するために設計された壁部との間に放射電場を発
    生させ、マンドレルロッドは有利には陰極またはアースを構成し、壁部は有利に
    は陽極を構成していることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 電気絶縁流体を用いて陽極を冷却することを特徴とする請
    求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
  17. 【請求項１７】 請求項５〜１５のいずれかに記載の方法によって得られる
    結晶質もしくは半結晶質ポリマーまたはコポリマーから製造された製品。
  18. 【請求項１８】 熱可塑性材料を導入する通路を有し、熱可塑性材料と接触
    する１つ以上の壁部を有するダイまたは造形チャンバと、 １つ以上の壁部を少なくとも部分的に冷却する冷却手段と、少なくとも1つの
    壁部またはその一部とチャンバまたはダイの別の壁部またはその一部との間に静
    電場を発生するために、熱硬化性材料と接触するダイまたはチャンバの少なくと
    も１つの壁部またはその一部を電源に接続する手段と、 からなる請求項１〜１６のいずれかに記載の方法によって熱可塑性材料に形状
    を付与する装置。
  19. 【請求項１９】 第一の壁部またはその一部を電源の一方の極へ接続する第
    一の手段と、別の壁部またはその一部を電源の他方の極またはアースに接続する
    第二の手段とを包含し、第一の壁部またはその一部が陽極を形成することを特徴
    とする請求項１８に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 陽極と熱可塑性材料と接触する陰極またはアースとの間に
    静電場を発生させる手段を包含するか、あるいは該手段に連動し、該手段が上記
    電極間または陽極とアースとの間に少なくとも８００，０００Ｖ／ｍ、好ましく
    は少なくとも１，０００，０００Ｖ／ｍの静電場を発生することを特徴とする請
    求項１８または１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 陽極及び陰極またはアースは熱可塑性材料が一方向に移動
    するチャンネル壁を構成し、該電極またはアースは材料がチャンネルに流入する
    方向と実質的に垂直な静電場を発生するように配列されていることを特徴とする
    請求項１８〜２０のいずれかに記載の装置。
  22. 【請求項２２】 造形チャンバと連動するダイと、ダイ及び造形チャンバの
    １つ以上の壁部を少なくとも１つの電源に接続する手段とを有し、ダイ及び造形
    チャンバに静電場を発生させることを特徴とする請求項１８に記載の成型装置。
  23. 【請求項２３】 造形チャンバが押出ダイに接続する造形ジグであることを
    特徴とする請求項１８〜２２のいずれかに記載の成型装置。
  24. 【請求項２４】 静電場を発生させる壁部またはその一部が放射電場を発生
    するように配置されていることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれかに記載
    の装置。
  25. 【請求項２５】 結晶化温度よりも高い温度または結晶化温度に近い温度か
    ら結晶化温度よりも低い温度、好ましくはガラス転移温度に実質的に等しいかま
    たはそれに近い温度までの温度で材料が通過する造形チャンバの少なくとも１つ
    の領域に電場が発生するように、電場を発生する手段が冷却手段に対向して配列
    されていることを特徴とする請求項１８〜２４のいずれかに記載の装置。
  26. 【請求項２６】 造形チャンバで形成される製品の内部形状を形成するよう
    に設計されたマンドレルロッドを有し、造形チャンバが製品の外部形状を形成す
    るよう設計された壁部を提供し、かつ、マンドレルロッドと製品の外部形状を形
    成するように設計された壁部とが放射電場を発生する電極または電極とアースを
    構成していて、マンドレルロッドは有利には陰極またはアースを構成し、壁部は
    有利には陽極を構成することを特徴とする請求項１８〜２５のいずれかに記載の
    装置。
  27. 【請求項２７】 その間に電場を形成し、かつ熱可塑性材料と接触する造形
    チャンバの壁部を構成するように配列された陽極と陰極を有し、陽極は有利には
    アルミニウム合金から形成され、電極の熱可塑性材料との接触面は好ましくは少
    なくとも厚さ２５μｍの酸化アルミニウムの層が形成されていることを特徴とす
    る請求項１８〜２６のいずれかに記載の装置。
  28. 【請求項２８】 前記材料と接触する成型装置または造形ジグ及び／または
    ダイの壁部が酸化アルミニウムで形成され、より具体的には酸化アルミニウムを
    含有する層で被覆されていることを特徴とする請求項１８〜２７のいずれかに記
    載の装置。
  29. 【請求項２９】 造形チャンバが金型であることを特徴とする請求項１８〜
    ２８のいずれかに記載の装置。
  30. 【請求項３０】 1つ以上の絶縁手段が陽極すなわち電源の正極に接続され
    た電極とアースまたは陰極すなわち電源の負極に接続された電極との間に延在し
    、1つの絶縁手段は有利には絶縁層または誘電流体すなわち液体で形成されてい
    ることを特徴とする請求項１８〜２９のいずれかに記載の装置。
  31. 【請求項３１】 陽極と接触するチャンバを提供し、絶縁流体すなわち液体
    を含有し、かつ上記チャンバと連通する通路を提供し、該通路がチャンバを絶縁
    液体すなわち流体循環系と接続する手段を備え、該循環系は有利には冷却系を組
    み込んでいることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 陽極または熱可塑性材料と接触する陽極の長さが、造形チ
    ャンバまたはダイの中を進む材料の方向で計算された長さで５ｃｍ以上、有利に
    は１０ｃｍ以上、好ましくは２０ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１８〜
    ３１のいずれかに記載の装置。
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