JP2005068217A

JP2005068217A - 管状樹脂成形品及びその成形方法

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Publication number: JP2005068217A
Application number: JP2003296597A
Authority: JP
Inventors: Akira Fusamoto; 章房本; Takeshi Senba; 健仙波; Kazuo Kitagawa; 和男北川; Hiroshi Higuchi; 裕思樋口
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Polyplastics Co Ltd; Kyoto City
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Polyplastics Co Ltd; Kyoto City
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】高価な原材料や特殊な成形装置を使用せずに、衝撃強度を維持しながら、強度や剛性などの機械特性が改善されたポリオレフィン管状成形品を得る。
【解決手段】ポリオレフィン９５〜５０重量％およびポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレート５〜５０重量％からなる組成物を、押出成形機により、引張り速度比λ（成形時に樹脂を引張る速度／ダイから出る樹脂の速度）＞１で押出成形して、ポリオレフィンがマトリックスを形成し、該マトリックス中でポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレートが長繊維状を形成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリオレフィンとポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレートとからなる組成物を特定の条件下に押出成形して、ポリオレフィン成分がマトリックスを形成し、該マトリックス中でポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレート成分が長繊維状を形成した管状樹脂成形品及びその成形方法に関する。

近年ポリオレフィン（ＰＯと略す。）、特にポリエチレン（ＰＥと略す。）はクリープ特性、耐環境応力亀裂性、耐衝撃特性、可とう性に優れており、上下水道管、ガス管、給水管などの配管材料として広く使用されている。また、ポリエチレンパイプは地震に対しても、パイプが地盤の変動に追随して伸びるなどの特性を持つために鋼管、鋳鉄管などの管種よりも優れていることが実証されている。このような特性から上下水道管、ガス管、給水管などの配管材料として適している。
しかしＰＥ配管は、鋼管、鋳鉄管などにくらべて強度、剛性が劣るため変形追随性、耐内圧性、長期強度性などの信頼性を向上するべく、肉厚を厚くすることで対応している。しかしながら肉厚では限界があり、軽量化という特徴を損なうので、種々の対策が試みられている。

配管用材料用ポリエチレンパイプに関しては以下のような技術が知られている。
実開昭５８−６１９８４号公報には外壁層が高密度ＰＥ、内壁層が低密度ＰＥからなるポリエチレンパイプが知られている。（例えば特許等文献１参照。）。
特開２０００−１０９５２１号には、ＭＦＲ、密度、Ｍｗ、Ｍｗ／Ｍｎ及びクロス分別クロマトグラフによる溶出成分が特定の範囲にあるエチレン／α−オレフィン共重合体を使用したパイプ及び継ぎ手が知られている。（例えば特許文献２参照。）。
特開２０００−１１７８３１号には、ゲル分率が特定の範囲にある架橋ポリオレフィンを成形してなる二軸配向ポリオレフィン管が開示されている。（例えば特許文献３参照。）。
特開２００２−３７８９４号には、有機化層状珪酸塩を添加してなるポリオレフィン樹脂組成物を成形してなる配向ポリオレフィン管が開示されている。（例えば特許文献４参照。）。
しかしこれらの技術では、いずれも物性の大幅な改善は図り難い。

一方、ポリエチレン（ＰＥと略す。）等のポリオレフィンの強度や剛性を上げるためガラス繊維や炭素繊維が混合されている。
また、二軸押出成形機を用いて、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴと略す）とＰＥのブレンド物をダイより押出し、冷却工程において押出スランドに延伸処理を行い、延伸処理が押出ストランドの力学的特性および内部構造におよぼす影響が検討されている。さらにこのストランドから得られたペレットを用いて、成形温度を変化させて射出成形を行い、成形温度が射出成形品の力学的特性および内部構造におよぼす影響についても検討されている。その結果、押出ストランドでは、（１）ＰＢＴがＰＥマトリックス中で長繊維（ファイブロ）化すること、（２）押出の冷却過程で、押出ストランドに延伸処理を行うことにより、ＰＢＴのファイブロ化が促進され、ストランドの機械特性を向上させることが見出されている。

実開昭５８−６１９８４号公報（請求の範囲、図１）特開２０００−１０９５２１号（請求項１および７、図３）特開２０００−１１７８３１号（請求項１〜３）特開２００２−３７８９４号（請求項１および２）

本発明の目的は、高価な原材料や特殊な成形装置を使用せずに、衝撃強度を維持しながら、強度や剛性などの機械特性が改善されたポリオレフィン管状成形品を提供することである。

本発明者らは、ポリオレフィン（ＰＯ）９５〜５０重量％およびポリアルキレンテレフタレート（ＰＲＴ）もしくはポリアルキレンナフタレート（ＰＲＮ）５〜５０重量％からなる組成物を、押出成形機により、引張り速度比λ＞１の条件下に押出すことにより、ＰＯがマトリックスを形成し、その中でＰＲＴもしくはＰＲＮがファイブロ化するので、それを用いて配管材料を作成することにより強度、剛性が大幅に向上すること、さらに、冷却過程で延伸をかけるとさらにファイブロ化が促進され、強度、剛性が一層向上することを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明の第１は、ポリオレフィン９５〜５０重量％およびポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレート５〜５０重量％からなる組成物（両者の合計は１００重量％である。）を押出成形してなり、ポリオレフィンがマトリックスを形成し、該マトリックス中でポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレートが長繊維化されてなる管状樹脂成形品を提供する。
本発明の第２は、ポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレートの長繊維化された長さが５ｍｍ以上である本発明の第１に記載の管状樹脂成形品を提供する。
本発明の第３は、長繊維化されたポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレートが網状を形成してなる本発明の第１又は２に記載の管状樹脂成形品を提供する。
本発明の第４は、配管材料である本発明の第１〜３にいずれかに記載の管状樹脂成形品を提供する。
本発明の第５は、ガス配管用、上下水道配管用もしくは給排水配管用パイプ、又はそれらに用いる継ぎ手である本発明の第４に記載の管状樹脂成形品を提供する。
本発明の第６は、ポリオレフィン９５〜５０重量％およびポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレート５〜５０重量％からなる組成物（両者の合計は１００重量％である。）を、押出成形機により、引張り速度比λ（成形時に樹脂を引張る速度／ダイから出る樹脂の速度）＞１で押出成形して、ポリオレフィンがマトリックスを形成し、該マトリックス中でポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレートが長繊維状を形成することを特徴とする管状樹脂成形品の成形方法を提供する。

本発明による効果は次の通りである。
・強度、剛性などの耐圧レベルが大幅に向上するため安全率のアップが図れる。
・中圧管、高圧管への適用が可能となる。
・耐熱性が向上するので、高温用配管材料に用いることができる。そのため産業用の配管材料として使用できる。
・ＰＯにＰＲＴもしくはＰＲＮを添加すると可塑化時の流動性がよくなるため成形性が向上する。
・リサイクル性に優れる。ファイブロは、再押し出ししても再度、形成できるため、製造時の規格外品でも再押し出しして製品化できる。

初めに、原料について説明する。
ポリオレフィン（ＰＯ）としては、特に制限はなく、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ４−メチルペンテン−１（ＰＭＰ）、又はこれらの混合物が挙げられる。ポリオレフィン（ＰＯ）には、ノルボルネン樹脂やアダマンタン樹脂などの脂環式樹脂などが、本発明の効果を妨げない範囲で混入されていてもよい。
ポリエチレン（ＰＥ）としては、特に制限はなく、市販の高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体等が挙げられる。
ポリプロピレン（ＰＰ）としては、特に制限はなく、イソタクテイックＰＰでもシンジオタクティックＰＰでも、エチレン−プロピレン共重合体等でも、ジエンモノマー等との３元共重合体でもよい。
ポリアルキレンテレフタレート（ＰＲＴ）としては、特に制限はないが、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、又はこれらの混合物が挙げられる。
ポリアルキレンナフタレート（ＰＲＮ）としては、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等が挙げられる。

本発明では、目的とする成形品を得るためには、ポリオレフィン（ＰＯ）９５〜５０重量％及びポリアルキレンテレフタレート（ＰＲＴ）もしくはポリアルキレンナフタレート（ＰＲＮ）５〜５０重量％（ＰＯとＰＲＴもしくはＰＲＮとの合計は１００重量％である。）からなる樹脂組成物、好ましくはポリオレフィン（ＰＯ）９０〜６０重量％、ポリアルキレンテレフタレート（ＰＲＴ）もしくはポリアルキレンナフタレート（ＰＲＮ）１０〜４０重量％からなる樹脂組成物を使用する。

なお、本発明では、目的に応じて、樹脂に安定剤、滑剤、充填剤、可塑剤、着色剤等の公知の添加剤や他の樹脂を添加してもよい。

押出成形機としては、単軸押出機、同方向もしくは異方向２軸押出機等が使用できるが、混練性の良い２軸押出機が好ましい。また、ヘッドにスクリーンを入れて、できるだけ流れを細分化することが好ましい。

上記で規定された組成物を使用して、成形品を押出成形する場合に、引張り速度比λ（成形時に樹脂を引張る速度／ダイから出る樹脂の速度）＞１で押出成形することが好ましく、さらに好ましくはλ≧１．５、特に好ましくはλ≧２である。λが１以下では、押出成形品の厚肉部中央のファイブロ化された繊維の長さが短かったり、ファイブロ化が不十分で海島構造となったりするからである。
本発明の樹脂組成物を使用して押出成形して得られた成形品としては、上下水道管、ガス管、給水管、継手などの産業用配管材料等が挙げられる。

（実施例）
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
ポリアルキレンテレフタレートとしてポリプラスチックス（株）製のジュラネックス^TM〔ポリブチレンテレフタレート（PBT）：融点２２３℃、メルトインデックス５（２３５℃）〕を用い、ポリエチレンとしては中密度ポリエチレン（ＰＥ）〔日本ポリケム（株）製、ノバテック（融点１２７℃、メルトインデックス０．２ｇ／１０分（１９０℃））〕を用い、ＰＢＴ２０重量％：ＰＥ８０重量％で混合して、繊維状ポリアルキレンテレフタレート強化成形体を得た。
次に、その具体的押出成形方法を記述する。押出成形には、（株）テクノベルの同方向回転二軸押出機（スクリュー径２０ｍｍ）を用い、スクリュー回転数を２００rpm、樹脂温度は２５０℃に設定した。押出機にはパイプダイ(外径２３ｍｍ、肉厚３ｍｍ)を取りつけ，一定速度で引取ることによりパイプを成形した。その際の引取速度は、λ=Vp/Vd（Vp：引取速度、Vd：ダイス内の樹脂流速）が２．１の条件とした。
次に、パイプから切り出した試験片について、引張試験を島津製作所（株）製の万能試験機を用いて行った。引張速度は、２００ｍｍ／ｍｉｎとした。
次に、試験片の衝撃試験を行った。衝撃試験は、（株）東洋精機製作所製のシャルピー衝撃試験機及び落錘衝撃試験機を用いて行った。
次に、試験片の内部構造を日本電子（株）製の走査型電子顕微鏡を用いて行った。観察は、試験片をテトラリンにより処理してＰＥ部を溶解し、残ったＰＢＴ部の観察を行った。

表１に、ＰＥ、ＰＥ／ＰＢＴ複合体の引張弾性率、引張強度、シャルピー衝撃値及び落錘衝撃値を示す。ＰＢＴの添加により引張弾性率で２９．１％，引張強度で１２．６％向上している。これらの値は、ＰＥとＰＢＴの組成比に基づく単なる相加的数値を超える値を示し、ＰＥマトリックス相にＰＢＴがネットワーク状にファイブロ化した効果を示している。
さらに、ひずみ量１０００％以上でもＰＥ／ＰＲＴ複合体は、ＰＥと同様に、破断に至らなかった。シャルピー及び落錘衝撃値ともＰＥと同等以上となった。

［実施例２］
実施例１と同様の手法で，引張速度比λ＝３の条件でパイプを得た。
得られたパイプから、試験片を切り出し、実施例１と同様の条件で、引張試験、衝撃試験及び内部構造観察を行った。
引張弾性率及び強度は、冷却過程での延伸により２０％以上値が向上している。

図１は、実施例１のＰＥ／ＰＢＴ複合体分散相からＰＥを溶出した残りのＰＢＴ部分の走査型電子顕微鏡写真である。ＰＢＴの網目膜状（ネットワーク）に広がった構造が形成されており、ＰＥマトリックスを強化していることが確認できた。

図２は、（ａ）引張速度比λが１の試験片と、（ｂ）引張速度比λが３の試験片の分散相の走査型電子顕微鏡写真を示している。引張速度比λが１の試験片は分散相が粒子状であるのに対して、引張速度比λが３の試験片は繊維状に分散していることがわかる。

実施例１の試験片の溶出後のＰＢＴ部の走査型電子顕微鏡写真である。（ａ）比較例３の試験片の溶出後のＰＢＴ部の走査型電子顕微鏡写真である。（ｂ）実施例２の試験片の溶出後のＰＢＴ部の走査型電子顕微鏡写真である。

Claims

ポリオレフィン９５〜５０重量％およびポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレート５〜５０重量％からなる組成物（両者の合計は１００重量％である。）を押出成形してなり、ポリオレフィンがマトリックスを形成し、該マトリックス中でポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレートが長繊維化されてなる管状樹脂成形品。
ポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレートの長繊維化された長さが５ｍｍ以上である請求項１に記載の管状樹脂成形品。
長繊維化されたポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレートが網状を形成してなる請求項１又は２に記載の管状樹脂成形品。
配管材料である請求項１〜３にいずれかに記載の管状樹脂成形品。
ガス配管用、上下水道配管用もしくは給排水配管用パイプ、又はそれらに用いる継ぎ手である請求項４に記載の管状樹脂成形品。
ポリオレフィン９５〜５０重量％およびポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレート５〜５０重量％からなる組成物（両者の合計は１００重量％である。）を、押出成形機により、引張り速度比λ（成形時に樹脂を引張る速度／ダイから出る樹脂の速度）＞１で押出成形して、ポリオレフィンがマトリックスを形成し、該マトリックス中でポリアルキレンテレフタレートもしくはポリアルキレンナフタレートが長繊維状を形成することを特徴とする管状樹脂成形品の成形方法。