JP3714173B2

JP3714173B2 - 架橋ふっ素樹脂の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP3714173B2
Application number: JP2001057598A
Authority: JP
Inventors: 有孝辰巳
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2021-03-02
Also published as: JP2002256087A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性、耐クリープ性、耐放射線性等の諸特性に優れたふっ素樹脂成形品を実現できる架橋ふっ素樹脂の製造装置及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テトラフルオロエチレン系重合体（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）系共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン系共重合体（ＦＥＰ）といったふっ素樹脂は、低摩擦性、耐熱性、電気特性、耐薬品性及びクリーン性（非汚染性）に優れており、産業用、民生用の各種用途に広く利用されている。しかし、これらふっ素樹脂は摺動環境下や高温での圧縮環境下で、摩耗やクリープ変形が大きく、用途によっては使用できないケースがある。ふっ素樹脂を、低酸素雰囲気ガス中においてふっ素樹脂の融点以上の温度下で電子線等の電離性放射線を照射して架橋すると、耐摩耗性、耐クリープ性、耐放射線性を向上できることが知られている。
【０００３】
ふっ素樹脂を架橋する方法としては、ふっ素樹脂粉体、シートあるいはその他の形状のふっ素樹脂成形品を、当該ふっ素樹脂の融点以上に加熱して低酸素雰囲気ガス中を走行させながら電離性放射線を照射して架橋する方法が知られている。ふっ素樹脂をその融点以上に加熱することは、ふっ素樹脂を構成する主鎖の分子運動を活発化させることになり、その結果、分子間の架橋反応を効率よく促進させることが可能となる一方、過度の加熱は、逆に分子主鎖の切断と分解を招くことになるので、加熱温度はふっ素樹脂の融点よりも１０〜３０℃高い温度範囲に抑える必要がある。
【０００４】
図５及び図６は、ふっ素樹脂シートの架橋に使用される従来の電子線照射装置の説明図であり、図５は正面説明図、図６は側面説明図である。図において、２１は直流高圧電源、２２は電子線加速器、２３は電子線偏向装置、２４は電子線走査管、２５は電子線照射窓、２６はふっ素樹脂シート、２７は加熱照射装置、２８は加熱室、２９は電子線照射室、３０は冷却室である。直流高圧電源２１から送出された電子は、電子線加速器２２で加速され、シート２６の幅Ｗを照射可能とするため、加速器２２の出口にある電子線偏向装置２３で磁気的手段により一次元方向に偏向され、チタン箔よりなる電子線照射窓２５からふっ素樹脂シート２６の方向に放出されるようになっている。なお、電子線照射窓２５で仕切られた加熱照射装置２７の内部は低酸素濃度の不活性ガス雰囲気となっており、電子線照射を受けるふっ素樹脂シート２６はその融点よりも１０〜３０℃程度高い温度に加熱されている。
【０００５】
電子線照射を受けるふっ素樹脂シート２６は、電子線の偏向方向と直交方向に走行するので、広い面積が均一に電子線照射を受けることになる。但し、電子線ビームの軸線を含む断面内では、電子線の強度分布がほぼガウス分布となっているため、その影響を軽減する目的で、走査管４出口における電子線照射幅ｌが１００ｍｍ程度になるようわずかに材料走行方向にも偏向されているが、実質的には一次元的偏光である。
【０００６】
一方、ふっ素樹脂シート２６に電子線を照射すると、電子線の一部がふっ素樹脂内で熱エネルギーに変化してふっ素樹脂自体が発熱し、照射線量が３０ｋＧｙを越えるような高線量を一度に照射すると、最適な架橋温度範囲を越えてしまうことになり、照射線量を制限する必要があり、製造能率が悪くなる。
【０００７】
すなわち、焼成したＰＴＦＥ粉体を厚さ３ｍｍ、かさ比重０．５の連続シート状マットに成形し、図５に示すように、シート状マット２６を加熱室２８、電子線照射室２９、冷却室３０をシリーズに連結した加熱照射装置２７中を一定速度で走行させ、加熱室２８の出口（＝照射室２９の入口）におけるシート状マット２６の温度を３４０℃とし、照射室２９の雰囲気ガスの温度を３００℃に保ち、この雰囲気ガスをシート状マット２６の上下面を１０ｍ／秒の速度で強制対流させながら、シート状マット２６の走行方向有効幅ｌ＝１００ｍｍの電子線を用い、電子線の強度を調整して１パスで前面に１００ｋＧｙの線量を連続的に照射する場合、シミュレーションの結果ではシート状マット２６の表面温度（シート状マット２６の初期温度より低く設定された雰囲気ガスにより冷却されるので、初期温度よりも低い）と断面の中心温度（電子線照射による内部発熱により初期温度より上昇する）の温度差を１５℃以下に抑えるためには、単位時間に照射できる電子線量（線量率）は３ｋＧｙ／秒となる。この場合、シート状マット２６の走行速度は１７５ｍｍ／分（シート状マット２６上の１点が電子線照射有効幅ｌ＝１００ｍｍを通過するのに要する時間は約３５秒）であり、シート状マット２６の横幅を１０００ｍｍとすると、架橋シート状マットの製造可能量は最大１５ｋｇ／時間となる。
【０００８】
一次元偏光の電子線照射装置を用い、ふっ素樹脂の発熱を抑えながら照射する方法として、照射を複数回に分け、１回の照射が終了した時点でふっ素樹脂を冷却し、２回目の照射を行うといった間欠的な照射を行うことにより所定の照射線量を照射する方法が提案されている。図７（正面説明図）及び図８（側面説明図）に基づいて説明すると、３５は電子線照射窓、３６はふっ素樹脂粉体をシート状に成形したマット、３７は加熱照射装置、３８はコンベア、３９はトレイである。
【０００９】
内部を低酸素、且つ不活性雰囲気ガスで満たされた加熱照射装置３７内で循環するコンベア３８に結合されたトレイ３９にふっ素樹脂マット３６が積載され、このふっ素樹脂マット３６は移動中にふっ素樹脂の融点温度を１０〜３０℃程度上回る温度に加熱され、照射加熱装置３７の上部に設けられた電子線照射窓３５をふっ素樹脂マット３６が通過するときに電子線が照射されることにより一回目の照射が行われる。一回目の照射においてふっ素樹脂は照射最適温度の上限温度まで加熱されるが、トレイ３９に積載された状態で加熱照射装置３7内を移動する間の自然冷却により照射最適温度の下限温度となり、再度電子線照射窓３５を通過するときに電子線が照射されることにより二回目の照射が行われ、これが必要回数繰り返されることにより、ふっ素樹脂マット３６に所定の線量の電子線が照射され、架橋される。ふっ素樹脂マット３６に１００ｋＧｙの線量を照射する場合には、一回当り１０ｋＧｙの線量を照射し、これを１０回繰返す必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の照射架橋方法では、照射線量を低くして照射時間を長くするか、照射線量を高くして照射−冷却工程を複数回繰り返す必要があるため、照射架橋処理時間が長くなり、また、ふっ素樹脂シートの冷却を速めるためには、シートの厚さを小にせざるを得ないため、単位時間当りの架橋処理量が少ないといった製造能率上の問題がある。
【００１１】
従って、本発明の目的は、製造効率を大幅に向上することができる架橋ふっ素樹脂の製造装置及び製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、ふっ素樹脂に照射する電離性放射線を前記ふっ素樹脂の幅方向及びその直交方向に偏向させる偏向装置と、前記偏向装置により偏向された電離性放射線を前記ふっ素樹脂に照射するための照射窓と、前記照射窓の下方に設けられ、前記ふっ素樹脂に偏向された電離性放射線を照射して架橋ふっ素樹脂を製造する照射室と、前記照射室の上流側に設けられ、予めふっ素樹脂をその融点以上の温度に加熱すると共に、前記照射室に前記ふっ素樹脂を走行させる加熱室とを備える架橋ふっ素樹脂の製造装置を提供する。前記照射窓は、チタン箔に更に補強材として、前記ふっ素樹脂の走行方向に直交する方向に複数のリブを設けることが好ましい。また、本発明は、ふっ素樹脂を、当該ふっ素樹脂の融点以上に加熱しつつ走行させながら電離性放射線を照射して架橋する架橋ふっ素樹脂の製造方法において、前記電離性放射線は前記ふっ素樹脂の幅方向及び走行方向の二方向に偏向させて照射する架橋ふっ素樹脂の製造方法を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の一実施の形態における電子線照射装置の説明図であり、図１は正面説明図、図２は側面説明図である。図において、１は直流高圧電源、２は電子線加速器、３は電子線偏向装置、４は電子線走査管、５は電子線照射窓、６はふっ素樹脂シート、７は加熱照射装置、８は加熱室、９は電子線照射室、１０は冷却室である。
【００１４】
電子線は、電子線加速器２で所定強度まで強められ、電子線偏向装置３で２次元方向に偏光され、電子線走査管４の下端にある電子線照射窓５から照射される。連続シート製造装置１１より送出されたふっ素樹脂シート６は、加熱室８、電子線照射室９、冷却室１０を通過する間に、所定温度までの加熱−電子線照射架橋−冷却の操作を受け、粉砕装置１２で粉砕されて架橋ふっ素樹脂粉末となる。
【００１５】
図３は、電子線偏光装置３の説明図であり、電子線加速器２から出た電子線Ｅは、Ｘ、Ｙ方向の磁界中を通過することにより長さＬ、幅Ｗの領域を照射するように拡散される。８００ｋVで加速された電子線が磁束密度Ｈｘ、Ｈｙが１００ガウスの偏光装置を通過すると、Ｌ＝９００ｍｍ、Ｗ＝２００ｍｍの領域を照射できるようになる。
【００１６】
一例として、電子線照射有効幅Ｌ＝７００ｍｍとし、ふっ素樹脂シート６の走行速度を１２００ｍｍ／分とすると、シート６上の１点が７００ｍｍの距離を通過する時間は３５秒で、この間に照射される電子線量は約１００ｋＧｙである。このような条件であると、シート６の表面と断面中心の温度差の最大値を１５℃以下に抑えられることがシミュレーションで確認されており、シート６の断面の中心温度を所定の許容範囲内に保った状態で照射することが可能になる。また、この場合の製造可能量は１０５ｋｇ／時間となり、前述した従来例のｌ＝１００ｍｍの場合の７倍に達する。
【００１７】
電子線加速器２２から出る電子ビームは、電子線走査管４の先端にある電子線照射窓５から放出される。この照射窓５はチタン箔からなっており、このチタン箔で仕切られた走査管４の内部は高真空に保たれているため、チタン箔の内外面には大気圧相当の圧力差があり、チタン箔はこの圧力差に耐え得る強度を有していなければならない。通常の電子線照射装置においては、シート６の走行方向の長さｌは１００ｍｍ程度で、チタン箔の厚さは５０〜１００μｍ程度であり、チタン箔の強度（許容引張応力）と電子線透過能とがバランスしている。
【００１８】
これに対し、走行方向の偏光長さが大きくなった場合、チタン箔には更なる強度が要求されるが、チタン箔の厚さは電子線透過能により上記の厚さに制限され、強度が不足するようになる。このような強度の不足を補うため、図４に示すようにチタン箔１３の補強材としてリブ１４を設けることが好ましい。リブ１４の取付方向は、シート６の走行方向に電子線の影が生じないよう、走行方向に直交する方向とすることが好ましい。また、リブ１４は電子線を吸収するため発熱するので、その熱を強制的に除去する冷却手段を適宜施すことが好ましく、例えば、リブ１４を中空にして冷却水を通すようにすることが好ましい。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明してきた本発明によれば、架橋ふっ素樹脂の製造能率を大幅に向上することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の架橋ふっ素樹脂の製造方法の一実施の形態の正面説明図。
【図２】本発明の架橋ふっ素樹脂の製造方法の一実施の形態の側面説明図。
【図３】本発明の架橋ふっ素樹脂の製造方法の一実施の形態における電子線偏光装置の説明図。
【図４】本発明の架橋ふっ素樹脂の製造方法の一実施の形態における電子線照射窓の説明図。
【図５】従来例の正面説明図。
【図６】従来例の側面説明図。
【図７】他の従来例の正面説明図。
【図８】他の従来例の側面説明図。
【符号の説明】
１直流高圧電源
２電子線加速器
３電子線偏向装置
４電子線走査管
５電子線照射窓
６ふっ素樹脂シート
７加熱照射装置
８加熱室
９電子線照射室
１０冷却室

Claims

ふっ素樹脂に照射する電離性放射線を前記ふっ素樹脂の幅方向及びその直交方向に偏向させる偏向装置と、
前記偏向装置により偏向された電離性放射線を前記ふっ素樹脂に照射するための照射窓と、
前記照射窓の下方に設けられ、前記ふっ素樹脂に偏向された電離性放射線を照射して架橋ふっ素樹脂を製造する照射室と、
前記照射室の上流側に設けられ、予めふっ素樹脂をその融点以上の温度に加熱すると共に、前記照射室に前記ふっ素樹脂を走行させる加熱室とを備えることを特徴とする架橋ふっ素樹脂の製造装置。
前記照射窓は、チタン箔に更に補強材として、前記ふっ素樹脂の走行方向に直交する方向に複数のリブを設けたことを特徴とする請求項１記載の架橋ふっ素樹脂の製造装置。
ふっ素樹脂を、当該ふっ素樹脂の融点以上に加熱しつつ走行させながら電離性放射線を照射して架橋する架橋ふっ素樹脂の製造方法において、前記電離性放射線は前記ふっ素樹脂の幅方向及び走行方向の二方向に偏向させて照射することを特徴とする架橋ふっ素樹脂の製造方法。