JP3749593B2 - ポリオレフィン成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリオレフィン成形体の製造方法に関し、より詳細には、高い剛性を有しかつ表面接着性に優れたポリオレフィン延伸シートを用いた、剛性が高くかつ加熱寸法安定性に優れたポリオレフィン成形体が容易に得られるポリオレフィン成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレンなどのポリオレフィンは、成形性に優れているため種々の分野で用いられているが、融着性もしくは接着性が低いため各種材料の補強性能は十分であるとは言えなかった。そこで、ポリオレフィンからなるシートの融着性や成形体の強度を高めるために、種々の方法が試みられている。
【０００３】
例えば、特公昭６１−２６５１０号公報には、架橋されており、かつ表面に凹凸を有するポリオレフィン製補強材が開示されている。このポリオレフィン製補強材は、例えばセメント用補強材として用いられるものであるが、押出成形時のメルトフラクチャーを利用することにより表面に凹凸が付与されている。すなわち、上記凹凸を付与することにより、例えばセメントなどへの接着性を高めると共に、架橋により強度が高められている。
【０００４】
しかしながら、上記先行技術に記載の方法では、押出成形時のメルトフラクチャーを利用して凹凸を付与しているため、シート状の補強材に適用することが困難であること、並びに凹凸を付与した後に延伸して強度を高めようとした場合には凹凸により延伸性が低下することなどの問題があった。また、このポリオレフィン製補強材では、表面層においても分子鎖が配向した状態で結晶化している、いわゆる繊維結晶状態を有するため、凹凸の付与により接着性は高められているものの、材料表面自体の他の材料に対する接着性もしくは融着性が低かった。
【０００５】
他方、特公平７−８４０３４号公報には、ポリオレフィン延伸体を用いた繊維強化樹脂成形体の製造方法が開示されており、ここでは、超高分子量ポリエチレンのシラン架橋体からなる補強層を設けることにより、強度が高められたポリオレフィン成形体が開示されている。この方法では、ガラス繊維等の強化材料を用いていないため、軽量でありながら強度の高いポリオレフィン成形体が得られるとされている。
【０００６】
しかしながら、超高分子量ポリエチレンのシラン架橋体を用いているため、製造に際し大量の可塑剤を使用する必要があり、製造工程が非常に煩雑であり、量産性の点で難があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した先行技術の欠点を解消し、良好な強度を有するにも係わらず、他の材料に対する接着性及び／または融着性に優れたポリオレフィン延伸シートを用いて構成されており、強度が高く、熱寸法安定性に優れ、かつ軽量であるだけでなく、大量の可塑剤を用いることなく容易に製造し得るポリオレフィン成形体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、重量平均分子量が５０万以下のポリオレフィンからなるシートを延伸した後、延伸されたシートを、表面温度が上記ポリオレフィンの融点より１０℃以上高い温度に保持された第１のロールと、表面温度がポリオレフィンの融点以下である第２のロールとに接触させつつ第１，第２のロール間を通過させ、少なくとも片面において表面層のみが融解処理された第１のポリオレフィン延伸シートを得る工程と、第２のポリオレフィンシートを第１のポリオレフィン延伸シートの融解処理された面に積層して積層体を得る工程と、前記積層体を第２のポリオレフィンシートの融点以上の温度で厚み方向に加圧して一体化する工程とを備えることを特徴とするポリオレフィン成形体の製造方法である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記第１のポリオレフィン延伸シートを得るにあたり、ポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、第１，第２のロールに接触させるに先立ってシートを架橋することを特徴とする。
【００１０】
以下、本発明の詳細を説明する。
（重量平均分子量５０万以下のポリオレフィン）
請求項１または２記載の発明では、まず、重量平均分子量５０万以下のポリオレフィンからなるシートを延伸する。ここで用いられるポリオレフィンとしては、例えば、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ホモポリプロピレン、ブロックポリプロピレンなどを用いることができ、延伸後の弾性率を考慮すると、理論弾性率が高いポリエチレンの中でも、結晶性の高い高密度ポリエチレンが好適に用いられる。
【００１１】
上記ポリオレフィンは、重量平均分子量が５０万以下であることが必要である。５０万を超えると、（１）未延伸原反シートの成形自体が困難であり、また、（２）延伸性も悪く、高倍率延伸が不可能となる。重量平均分子量の下限については特に限定されるものではないが、好ましくは、５万以上である。重量平均分子量が５万未満の場合には、ポリオレフィンが脆くなり、延伸性が損なわれることがある。
【００１２】
上記重量平均分子量の測定方法については、加温したｏ−ジクロルベンゼンなどの溶剤に試料を溶解した後、カラムに注入し、溶出時間を測定する、いわゆるゲルパーミエーションクロマトグラフ法（高温ＧＰＣ法）により評価するのが一般的であり、本明細書における重量平均分子量はこの方法により測定された値である。
【００１３】
上記重量平均分子量の範囲をメルトフレート（以下、ＭＩ）に換算すると、約０．１以上、２０以下の範囲が好ましい。この範囲外では、高倍率延伸が困難となることがある。
なお、メルトフローレートとは、ＪＩＳ Ｋ６７６０に記載されている熱可塑性樹脂の溶融粘度を表す指標である。
【００１４】
上記ポリオレフィンには、必要に応じて、トリアリルシアヌレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジアリルフタレートなどの多官能性モノマーが架橋助剤として添加されてもよく、また、ベンゾフェノン、チオキサントン、アセトフェノンなどの光ラジカル発生剤を添加してもよい。これらの架橋助剤もしくは光ラジカル発生剤の添加量については特に限定されるものではないが、通常、ポリオレフィン１００重量部に対し、１．０〜２．０重量部程度とされる。１．０重量部未満では、架橋助剤や光ラジカル発生剤を添加した効果が十分得られないことがあり、２．０重量部を超えて配合したとしても、これらの添加による効果がそれ以上改善しないことがある。
【００１５】
（原反の調製）
上記ポリオレフィンをシート化する方法についても特に限定されず、ポリオレフィン、あるいはポリオレフィンに架橋助剤もしくは光ラジカル発生剤を添加してなる組成物を混練機で混練した後、シートダイを通してシート状に押出し、冷却する方法を採用することができる。
【００１６】
シート厚みは、０．５〜４ｍｍの範囲とすることが望ましい。０．５ｍｍ未満では、後で行われる延伸後にシートの厚みが薄くなりすぎることがあり、４ｍｍを超えると延伸が困難となることがある。
【００１７】
（延伸）
上記ポリオレフィンからなるシートの延伸方法としては、通常の一軸延伸法が用いられる。一軸延伸法とは、速度の異なる２対のロール間にシートを挟み、シートを加熱しつつ引っ張る方法であり、一軸方向のみに強く配向させることができる。この場合、２対のロールの速度比により延伸倍率を決定することができる。
【００１８】
延伸温度については、使用するポリオレフィンによっても異なるため、一義的には定め得ないが、例えばポリエチレンを例にとると、８５℃以上、１２０℃以下の範囲とすることが望ましい。８５℃未満では、ポリエチレンからなる延伸シートが白化し易く、高倍率延伸が困難となることがあり、１２０℃を超えると、切れ易くなり、高倍率延伸が困難となることがある。
【００１９】
延伸温度の設定に際しては、シートが上記延伸温度の範囲内となるように、シートの予熱温度、ロール温度及び雰囲気温度等を調節すればよい。
延伸倍率については、通常、２０〜４０倍の範囲とされる。２０倍未満では、得られるポリオレフィン延伸シートの線膨張率をマイナスの値とすることが困難となり、また強度向上効果も小さいことがあり、４０倍を超えると、延伸操作自体の制御が困難となることがある。
【００２０】
比較的厚いシートの場合には、ロール延伸法のみで十分に延伸することが困難な場合があり、そのような場合には、ロール延伸に先立ちロール圧延処理を行ってもよい。ロール圧延とは、一対の反対方向に回転している圧延ロール間に、圧延ロール間の間隙よりも厚いシートを挿入し、シートの厚みを減少させると同時に長さ方向に伸長させる方法である。ロール圧延処理を施されたシートは、予め配向処理されているため、次に行われる一軸延伸による一軸方向の延伸を無理なく行うことができる。
【００２１】
（架橋）
好ましくは、請求項２に記載のように、ポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、第１，第２のロール間を通過させて表面層を融解させるに先立ち、延伸されたシートに架橋を施してもよく、それによってポリオレフィン延伸シートの耐熱性及び強度をより一層高め得る。また、請求項２に記載の発明では、上記架橋により、最終的に得られるポリオレフィン成形体の耐熱性及び耐クリープ性等が改善される。
【００２２】
架橋方法については特に限定されず、例えば、延伸されたシートに対して電子線を照射することにより、あるいは紫外線を照射することにより行い得る。
電子線照射により架橋する場合の電子線照射量については、好ましくは１〜２０Ｍｒａｄ、より好ましくは３〜１０Ｍｒａｄとされる。１Ｍｒａｄ未満では十分に架橋が進行しないことがあり、２０Ｍｒａｄを超えて電子線を照射してもそれ以上架橋度が高まらないことがある。電子線照射により架橋する場合、前述した架橋助剤をポリオレフィンに対して配合しておくことが好ましい。
【００２３】
また、紫外線照射により架橋する場合には、照射量を５０〜８００ｍＷ／ｃｍ2 とすることが好ましく、より好ましくは１００〜５００ｍＷ／ｃｍ2 とされる。５０ｍＷ／ｃｍ2 未満では、十分に架橋が進行しないことがあり、８００ｍＷ／ｃｍ2 を超えて照射しても架橋度がそれ以上高まらないことがある。また、紫外線照射により架橋する場合には、ポリオレフィンからなるシートを成形するに先立ち、ポリオレフィンに対し前述した光ラジカル発生剤や架橋助剤を加えておくことが望ましい。
【００２４】
（表面層融解工程）
請求項１に記載の発明では、上記ポリオレフィンからなるシートを延伸し、必要に応じて架橋を施した後に、表面層の融解処理を施す。すなわち、上述した工程により得られた延伸シートは、高度に配向された繊維結晶構造を有するので、強度は高いものの、他のポリオレフィンに対して接着または融着することは実質的に不可能であると考えられる。そこで、本発明では、シートの強度を損ねることなく、表面層において上記繊維構造を解除するために表面層の融解処理を施す。
【００２５】
表面層の融解工程は、延伸されたシートを表面温度がポリオレフィンの融点よりも１０℃以上高い温度に保持された第１のロールと、表面温度が上記ポリオレフィンの融点以下である第２のロールとに接触させつつこれらの間を通過させることにより行われ、それによって、ポリオレフィンからなるシートの少なくとも片面の表面層が融解される。すなわち、表面層の融解とは、ポリオレフィンからなるシートの表面層のみを融解させることを意味し、表面層を融解することにより、表面層における繊維構造が解除される。
【００２６】
この場合、表面層とは、ポリオレフィンシートの表面が一定の厚みの層をいい、全体の厚みより小さい限り特に限定されないが、機械的強度の維持を考慮すると、厚み全体の１〜１０％の範囲とすることが望ましい。
【００２７】
上記融解処理は、ポリオレフィンからなるシートの少なくとも片面において行われる。片面が融解処理されたシートの場合には、融解処理された面が他のポリオレフィンなどに対して良好な接着性を示す。また、両面が融解処理されたポリオレフィンからなるシートの場合には、何れの面も他のポリオレフィンなどに対する接着性もしくは融着性が高められることになる。
【００２８】
ポリオレフィンからなるシートの両面を融解させるにあたっては、例えば、図１に示す装置を用いることができる。すなわち、図１に示すように、延伸された後、必要に応じて架橋されたポリオレフィンからなるシート１をガイドロール２を介して第１のロール３と第２のロール４との間に供給する。第１のロール３は、その表面温度が上記ポリオレフィンの融点よりも１０℃以上高い温度とされており、第２のロール４は、表面温度がポリオレフィンの融点以下とされている。このようにして、第１，第２のロール３，４間を通過することにより、ポリオレフィンからなるシート１の片面において、すなわち第１のロール３に接触された面に融解処理が施される。
【００２９】
次に、ポリオレフィンからなるシート１は、第１のロール５と第２のロール６との間を通過される。第１，第２のロール５，６は、それぞれ、その表面温度が第１，第２のロール３，４と同様とされている。もっとも、第１のロール５は、ポリオレフィンからなるシート１の先に融解処理された面とは反対側の面に接触される。従って、第１のロール５及び第２のロール６間を通過することにより、ポリオレフィンからなるシート１の両面が融解処理される。融解処理されたポリオレフィンからなるシート１は、ガイドロール７を介して次の工程に供給される。
【００３０】
第１のロールの表面温度は、上記のように、使用するポリオレフィンの融点より１０℃以上高い温度に設定されるが、この温度については、好ましくは、融点よりも１０℃高い温度〜融点から１００℃高い温度の範囲内、より好ましくは融点から３０℃高い温度〜融点から６０℃高い温度の範囲で選択される。融点より１０℃高い温度未満の場合には、融解処理による表面層における繊維構造の解除が十分に進まず、接着性や融着性を改善する効果が得られない。また、融点より１００℃以上高い温度に設定した場合には、ポリオレフィンからなるシートが第１のロールに融着するおそれが高くなる。
【００３１】
第２のロールの表面温度については、上記のように、ポリオレフィンの融点以下の温度とされるが、好ましくは、０℃〜ポリオレフィンの融点の範囲、より好ましくは５０℃〜１００℃の間で制御される。第２のロールの表面温度がポリオレフィンの融点を超えると第２のロールによる冷却効果が十分でなく、ポリオレフィンからなるシートの物性が低下するおそれがある。また、第２のロールの表面温度が０℃より低い場合には、ロールに水分が凝縮、付着して適正なロール処理が困難となることがある。
【００３２】
なお、本明細書におけるポリオレフィンの融点とは、示差走査型熱量測定器（ＤＳＣ）などの熱分析により測定される、結晶融解に伴う吸熱ピークの最大値を意味するものとする。
【００３３】
好ましくは、上記第１，第２のロール間を通過させつつ、ポリオレフィンからなるシートを第１，第２のロールに接触させるに際しては、第１，第２のロール間の間隙をシートの厚みよりも小さくし、第１，第２のロール間でポリオレフィンからなるシートを厚み方向に圧縮する。すなわち、第１のロールをシートに圧接させることにより、シートの表面をより効果的に融解させることができる。より好ましくは、第１，第２のロール間の線圧すなわち圧下力を１０〜５００ｋｇ／ｃｍとすることが望ましい。圧下力が１０ｋｇ／ｃｍ未満の場合には、融解処理により繊維構造を解除する効果が十分に得られないことがある。
【００３４】
（積層）
請求項１に記載の発明では、上記のようにして少なくとも片面が融解処理されたポリオレフィン延伸シート、すなわち第１のポリオレフィン延伸シートに対し、第２のポリオレフィンシートを積層して積層体を得る。
【００３５】
上記第２のポリオレフィンシートを構成するポリオレフィンとしては、特に限定されず、上述した全てのポリオレフィンを用いることができる。もっとも、積層に際しての融着強度を高めるには、第１のポリオレフィン延伸シートに用いたポリオレフィンに対して親和性の高いポリオレフィン、より好ましくは第１のポリオレフィン延伸シートを得るのに用いたポリオレフィンと同種類のポリオレフィンを用いることが好ましい。
【００３６】
例えば、第１のポリオレフィン延伸シートに高密度ポリエチレンを用いた場合には、第２のポリオレフィンシートとしては、同種の高密度ポリエチレン、あるいは中密度ポリエチレンもしくは低密度ポリエチレンなどが好適に用いられる。
【００３７】
また、第１のポリオレフィン延伸シートに第２のポリオレフィンシートを積層する態様についても特に限定されず、（１）第１のポリオレフィン延伸シートにおいて片面のみが融解処理されている場合には、該第１のポリオレフィン延伸シートの融解処理された面に第２のポリオレフィンシートを積層して積層体を得てもよく、（２）第１のポリオレフィン延伸シートの両面が融解処理されている場合では、第１のポリオレフィン延伸シートの両面に第２のポリオレフィンシートを積層して積層体を得てもよい。
【００３８】
さらに、（３）第１のポリオレフィン延伸シートの両面が融解処理されている場合には、第１のポリオレフィン延伸シートと第２のポリオレフィンシートとを交互に積層して積層体を得てもよく、（４）第１のポリオレフィン延伸シートと第２のポリオレフィンシートとを、第２のポリオレフィンシート同士が直接接触しない適宜の方法で第１のポリオレフィン延伸シート及び第２のポリオレフィンシートを適宜の枚数積層して積層体を得てもよい。
また、第２のポリオレフィンシートとしては、第１のポリオレフィン延伸シートをそのまま用いてもよい。
【００３９】
上述した種々の態様で積層体を得ることができるが、次に、積層体を第２のポリオレフィンシートの融点以上の温度で厚み方向に加圧することにより、第１のポリオレフィン延伸シートと第２のポリオレフィンシートとが圧着されて一体化される。この場合の圧力は、通常、０．１〜５ｋｇ／ｃｍ2 の範囲とすることが好ましく、この範囲外では成形中に積層体の形状が乱れるおそれがある。
【００４０】
また、加圧に際しての温度は、第２のポリオレフィンシートの融点以上とすることが必要であり、第２のポリオレフィンシートの融点より低い温度では、第２のポリオレフィンシートが第１のポリオレフィン延伸シートに対して十分に一体化されず、得られたポリオレフィン成形体の強度が低下する。
【００４１】
第１のポリオレフィン延伸シートが架橋処理されている場合には、好ましくは、第１のポリオレフィン延伸シートの融点から２０℃高い温度以下の温度で加圧・一体化することが望ましい。第１のポリオレフィン延伸シートの融点よりも２０℃を超えて高い温度では、第１のポリオレフィン延伸シートの強度が低下することがある。
【００４２】
上記積層体を厚み方向に加圧して一体化して成形する方法については特に限定されず、例えば、加熱されたプレス板を用い、厚み方向に圧力をかけつつ第１，第２のシートを一体化した後、冷却し、圧力を開放する方法を採用し得る。この場合の加熱時間及び冷却時間については特に限定されないが、それぞれ、通常２〜１０分程度とされる。
【００４３】
作用
請求項１に記載の発明に係るポリオレフィン成形体の製造方法では、重量平均分子量５０万以下のポリオレフィンからなるシートを用いているため、延伸性に優れたポリオレフィンからなるシートを得ることができる。また、このポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、第１，第２のロールに接触させつつ第１，第２のロール間を通過させるが、第１，第２のロールは上記特定の温度に設定されているので、第１のロールに接触しているシート表面層が融解される。その結果、延伸により強度が高められているポリオレフィン延伸シートにおいて、表面層のみが融解されて表面の繊維構造が解除されているため、融解処理された表面は、他のポリオレフィンなどに対する接着及び融着性に優れている。
【００４４】
すなわち、本発明に係るポリオレフィン延伸成形体の製造方法は、延伸により強度が高められたポリオレフィン延伸シートにおいて、表面層のみを融解処理することにより表面層における繊維構造を解除し、全体としての機械的強度をほぼ維持したままで、表面層の接着性及び融着性を高めたことに特徴を有する。
【００４５】
本発明は、上記のようにして得られた第１のポリオレフィン延伸シートに、第２のポリオレフィンシートを積層して積層体を得、この積層体を第２のポリオレフィンシートの融点以上の温度で厚み方向に加圧して一体化して成形するものであり、第１のポリオレフィン延伸シートの融解処理された面は十分な接着性及び融着性を有するため、第２のポリオレフィンシートが第１のポリオレフィン延伸シートに対して強固に接着もしくは融着される。従って、機械的強度の良好な第１のポリオレフィン延伸シートの物性を利用した高強度かつ加熱寸法安定性に優れたポリオレフィン成形体を得ることができる。
【００４６】
請求項２に記載の発明では、ポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、第１，第２のロール間にシートを接触させるに先立ちシートを架橋しているため、第１のポリオレフィン延伸シートの耐熱性が高められるので、より一層加熱寸法安定性に優れたポリオレフィン成形体を得ることができる。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明の非限定的な実施例を挙げることにより、本発明を明らかにする。
【００４８】
（実施例１）
高密度ポリエチレン（三菱化学社製、商品名：ＨＹ５４０、ＭＩ＝１、融点＝１３３℃、重量平均分子量３０万）１００重量部に対し、光重合開始剤としてベンゾフェノン１重量部を配合し、３０ｍｍ二軸押出機にて樹脂温度２００℃で溶融混練し、Ｔダイにてシート状に押出し、冷却ロールで冷却し、厚み１．０ｍｍ、幅１００ｍｍの未延伸シートを得た。
【００４９】
上記未延伸シートを表面温度１００℃とされた６インチロール（小平製作所製）を用いて圧延倍率８倍となるようにロール圧延を行った。しかる後、圧延されたシートを繰出し速度２ｍ／分のロールで繰出し、雰囲気温度８５℃に設定された加熱炉を通して、引取り速度８ｍ／分の引取りロールで引取り、４倍に一軸ロール延伸し、ポリエチレン延伸シートを得た。
【００５０】
次に、上記ポリエチレン延伸シートの両面に高圧水銀灯を用いて５秒間紫外線を照射し、架橋処理を施した。しかる後、無張力下で１３０℃、１分間の緩和処理を施した。
【００５１】
上記のようにして得られたポリエチレン延伸シートの幅は５０ｍｍ、厚みは０．０９ｍｍであり、透明であった。なお、総延伸倍率（圧延倍率×延伸倍率）は約３０倍であった。また、このようにして得られたポリエチレン延伸シートのゲル分率を以下の方法で測定したところ、約７０重量％であった。
【００５２】
（ゲル分率の測定）
シートサンプル４０ｍｇを１３０℃のキシレンに２４時間浸漬した後、不溶解分の重量を測定し、不溶解分の重量の溶解前のシートサンプル重量に対する割合（重量％）をゲル分率として求めた。
【００５３】
次に、上記のようにして得たポリエチレン延伸シートを、３ｍ／分の回転速度で回転されており、かつ表面温度が１８０℃とされた第１のロールと、同じ速度で回転しており、表面温度が５０℃とされた第２のロールとの間で、圧下力１００ｋｇ／ｃｍの圧力となるようにして通過させ、連続的に圧縮した。その結果、ポリエチレン延伸シートの第１のロールに接触している面が融解処理された。次に、同様の方法で、ポリエチレン延伸シートの反対側の面も処理することにより、両面が融解処理された実施例１の第１のポリエチレン延伸シートを得た。
【００５４】
高密度ポリエチレン（三菱化学社製、商品名、ＨＪ５６０Ｗ、ＭＩ＝７、融点＝１３３℃、重量平均分子量１５万）を３０ｍｍ二軸押出機にて樹脂温度２００℃で溶融混練し、Ｔダイにてシート状に押出し、冷却ロールで冷却し、厚み０．１ｍｍ、幅５０ｍｍの第２のポリエチレンシートを得た。
【００５５】
上記第１のポリエチレン延伸シートと第２のポリエチレンシートとを交互に２０枚ずつ積層し、積層体を得た。この積層体を、表面温度１４０℃に制御されたプレス機を用い、プレス圧力１ｋｇ／ｃｍ2 で２分間プレスし、次にプレスに水を通しプレス温度を３０℃まで低下させた後、板状の成形体を取り出した。
得られた板状の成形体は、幅が５０ｍｍ、厚みが４．１ｍｍであった。
【００５６】
（実施例２）
ポリエチレンシートを延伸した後に、架橋処理を施さなかったことを除いては、実施例１と同様にして、但し、耐熱性が低下するため、融解処理における第１のロール温度は１５０℃とし、第１のポリエチレン延伸シートを得た。
【００５７】
また、第２のポリエチレンシートとして、低密度ポリエチレン（三菱化学社製、商品名：ＬＣ６００Ａ、ＭＩ＝７、融点＝１０７℃）からなり、厚み０．１ｍｍ及び幅５０ｍｍのポリエチレンシートを用い、該第２のポリエチレンシートをプレスする際のプレス機の表面温度を１２０℃としたこと以外は、実施例１と同様にしてポリエチレン成形体を得た。
【００５８】
（比較例１）
実施例１において、融解処理を施さなかったこと以外は実施例１と同様にして、第１のポリエチレン延伸シート及びポリエチレン成形体を得た。
【００５９】
（比較例２）
実施例２において、融解処理を施さなかったことを除いては、実施例１と同様にして、第１のポリエチレン延伸シート及びポリエチレン成形体を得た。
【００６０】
（比較例３）
実施例１において、融解処理における第１のロールの表面温度を１８０℃、第２のロールの表面温度を１５０℃（第１のポリエチレン延伸シートに用いたポリエチレンの融点より高い温度）にしたこと以外は、実施例１と同様にして、第１のポリエチレン延伸シート及びポリエチレン成形体を得た。
【００６１】
（評価）
実施例１，２及び比較例１〜３で得た第１のポリエチレン延伸シートについて、引張強度、引張弾性率及び融着性を以下の要領で評価した。
【００６２】
（１）引張強度及び引張弾性率
ＪＩＳ Ｋ７１１３の試験方法に準じ、ポリエチレン延伸シートの引張物性を評価し、下記の表１に示した。
【００６３】
（２）融着性
上記ポリエチレン延伸シートを幅１０ｍｍ及び長さ１００ｍｍの長方形となるように切り取り、シート片を得た。このシート片を２枚用意し、端部から２０ｍｍの範囲で重ね、両シート片の重ねられている部分において間に厚み３０μｍの低密度ポリエチレンフィルム（三菱化学社製、ヒートシール用ポリエチレン、商品名：ＬＣ６００Ａ、ＭＩ＝７、融点１０７℃）を挿入し、挟んだ状態で２００℃の温度に設定されたプレス機において１ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で１分間融着処理を行った。このようにして一対のシート片を融着したサンプルについてＪＩＳ Ｋ７１１３に準じて引張試験を行い、引張強度を測定した。この引張強度を融着強度として、下記の表１に示した。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表１から明らかなように、比較例１，２で得た第１のポリエチレン延伸シートでは、引張強度及び引張弾性率は高いものの、融着強度が８ｋｇ／ｃｍ2 及び１２ｋｇ／ｃｍ2 と低かった。これに対して、実施例１，２のポリエチレン延伸シートでは、表面が融解処理されているため、引張強度及び引張弾性率が、比較例１，２に比べて若干低下しているものの、十分な強度を有することがわかる。加えて、融着強度は、実施例１では４８ｋｇ／ｃｍ2 、実施例２では２１ｋｇ／ｃｍ2 と非常に高かった。
【００６６】
また、比較例３では、第２のロールの表面温度をポリエチレンの融点よりも高い１５０℃としたため、過熱よる繊維構造の緩和が著しかったためか、ポリエチレン延伸シートの引張強度及び引張弾性率が著しく低下した。
【００６７】
次に、実施例１，２及び比較例１，２で得た各ポリエチレン成形品についての曲げ強度、曲げ弾性率及び線膨張率を以下の要領で評価した。結果を下記の表２に示す。
【００６８】
（１）曲げ強度及び曲げ弾性率
ＪＩＳ Ｋ７０５５の曲げ試験方法に準じ、成形体サンプルの曲げ物性を評価し、下記の表１に結果を示した。なお、曲げ強度及び曲げ弾性率は、積層体を曲げ試験方法において湾曲させた際に、積層体の層が層間の界面においてずれた場合の最大曲げ強度及び曲げ弾性率を、それぞれ、曲げ強度及び曲げ弾性率として下記の表２に示した。
【００６９】
（２）線膨張率
サンプルに約１５０ｍｍの間隔を隔てて標線を記入した後、２０℃の恒温槽中で１時間維持し、標線間距離を２０℃の状態で測定し、次にサンプルを８０℃の恒温槽で１時間放置した後、同様に標線間距離を測定した。この操作を３回繰り返し、２回目と３回目における２０℃と８０℃の標線間距離の差の平均値を計算し、以下の式に基づいて線膨張率を求めた。結果を下記の表２に示す。
【００７０】
【数１】
【００７１】
【表２】
【００７２】
表２から明らかなように、比較例１，２では、融解処理をしていないポリエチレン延伸シートを用いたためか、成形体の曲げ強度及び曲げ弾性率が実施例１，２に比べて低く、線膨張率も２．５×１０-5及び２．０×１０-5と高かった。
【００７３】
これに対して、実施例１，２で得られたシート状成形体では、曲げ強度が１１００ｋｇ／ｃｍ2 以上、曲げ弾性率が８８０００ｋｇ／ｃｍ2 以上と比較例１，２で得られたシート状成形体に比べて著しく高かった。加えて、線膨張率も、実施例１，２において、それぞれ、１．１××１０-5及び０．５×１０-5と低く、従って、熱寸法安定性に優れていることがわかる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明に係るポリオレフィン成形体の製造方法では、重量平均分子量５０万以下のポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、上記特定の表面温度に設定された第１，第２のロール間を、第１，第２のロールに接触させつつ通過させることにより、シートの少なくとも片面において表面層のみが融解される。その結果、融解処理された表面層では繊維構造が解かれるため、他のポリオレフィンなどに対する接着性及び融着性が高められ、かつ全体としては延伸により十分な結晶構造を有するため機械的強度の良好なポリオレフィン延伸シートとなる。
【００７５】
そして、上記ポリオレフィン延伸シートの融解処理された面に第２のポリオレフィンシートを積層し、得られた積層体を第２のポリオレフィンシートの融点以上の温度で厚み方向に加圧して一体化することによりポリオレフィン成形体が得られるので、第１のポリオレフィン延伸シートに対し第２のポリオレフィンシートが強固に密着される。また、このようにして得られたポリオレフィン成形体は、強度の良好な第１のポリオレフィン延伸シート層を有するため、全体として十分な機械的強度を有し、かつ加熱寸法安定性にも優れている。
【００７６】
よって、成形性に優れたポリオレフィンを用いて構成することができ、かつガラス繊維補強材などを使用しないため軽量であり、超高分子量ポリエチレンを用いずとも、機械的強度に優れ、さらに加熱寸法安定性に優れた成形体を高い生産性で提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のポリオレフィン延伸シートの製造方法において、ポリオレフィンからなる延伸シートの表面層に融解処理を施す工程を説明するための概略構成図。
【符号の説明】
１…ポリオレフィンからなるシート
３，５…第１のロール
４，６…第２のロール
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリオレフィン成形体の製造方法に関し、より詳細には、高い剛性を有しかつ表面接着性に優れたポリオレフィン延伸シートを用いた、剛性が高くかつ加熱寸法安定性に優れたポリオレフィン成形体が容易に得られるポリオレフィン成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレンなどのポリオレフィンは、成形性に優れているため種々の分野で用いられているが、融着性もしくは接着性が低いため各種材料の補強性能は十分であるとは言えなかった。そこで、ポリオレフィンからなるシートの融着性や成形体の強度を高めるために、種々の方法が試みられている。
【０００３】
例えば、特公昭６１−２６５１０号公報には、架橋されており、かつ表面に凹凸を有するポリオレフィン製補強材が開示されている。このポリオレフィン製補強材は、例えばセメント用補強材として用いられるものであるが、押出成形時のメルトフラクチャーを利用することにより表面に凹凸が付与されている。すなわち、上記凹凸を付与することにより、例えばセメントなどへの接着性を高めると共に、架橋により強度が高められている。
【０００４】
しかしながら、上記先行技術に記載の方法では、押出成形時のメルトフラクチャーを利用して凹凸を付与しているため、シート状の補強材に適用することが困難であること、並びに凹凸を付与した後に延伸して強度を高めようとした場合には凹凸により延伸性が低下することなどの問題があった。また、このポリオレフィン製補強材では、表面層においても分子鎖が配向した状態で結晶化している、いわゆる繊維結晶状態を有するため、凹凸の付与により接着性は高められているものの、材料表面自体の他の材料に対する接着性もしくは融着性が低かった。
【０００５】
他方、特公平７−８４０３４号公報には、ポリオレフィン延伸体を用いた繊維強化樹脂成形体の製造方法が開示されており、ここでは、超高分子量ポリエチレンのシラン架橋体からなる補強層を設けることにより、強度が高められたポリオレフィン成形体が開示されている。この方法では、ガラス繊維等の強化材料を用いていないため、軽量でありながら強度の高いポリオレフィン成形体が得られるとされている。
【０００６】
しかしながら、超高分子量ポリエチレンのシラン架橋体を用いているため、製造に際し大量の可塑剤を使用する必要があり、製造工程が非常に煩雑であり、量産性の点で難があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した先行技術の欠点を解消し、良好な強度を有するにも係わらず、他の材料に対する接着性及び／または融着性に優れたポリオレフィン延伸シートを用いて構成されており、強度が高く、熱寸法安定性に優れ、かつ軽量であるだけでなく、大量の可塑剤を用いることなく容易に製造し得るポリオレフィン成形体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、重量平均分子量が５０万以下のポリオレフィンからなるシートを延伸した後、延伸されたシートを、表面温度が上記ポリオレフィンの融点より１０℃以上高い温度に保持された第１のロールと、表面温度がポリオレフィンの融点以下である第２のロールとに接触させつつ第１，第２のロール間を通過させ、少なくとも片面において表面層のみが融解処理された第１のポリオレフィン延伸シートを得る工程と、第２のポリオレフィンシートを第１のポリオレフィン延伸シートの融解処理された面に積層して積層体を得る工程と、前記積層体を第２のポリオレフィンシートの融点以上の温度で厚み方向に加圧して一体化する工程とを備えることを特徴とするポリオレフィン成形体の製造方法である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記第１のポリオレフィン延伸シートを得るにあたり、ポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、第１，第２のロールに接触させるに先立ってシートを架橋することを特徴とする。
【００１０】
以下、本発明の詳細を説明する。
（重量平均分子量５０万以下のポリオレフィン）
請求項１または２記載の発明では、まず、重量平均分子量５０万以下のポリオレフィンからなるシートを延伸する。ここで用いられるポリオレフィンとしては、例えば、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ホモポリプロピレン、ブロックポリプロピレンなどを用いることができ、延伸後の弾性率を考慮すると、理論弾性率が高いポリエチレンの中でも、結晶性の高い高密度ポリエチレンが好適に用いられる。
【００１１】
上記ポリオレフィンは、重量平均分子量が５０万以下であることが必要である。５０万を超えると、（１）未延伸原反シートの成形自体が困難であり、また、（２）延伸性も悪く、高倍率延伸が不可能となる。重量平均分子量の下限については特に限定されるものではないが、好ましくは、５万以上である。重量平均分子量が５万未満の場合には、ポリオレフィンが脆くなり、延伸性が損なわれることがある。
【００１２】
上記重量平均分子量の測定方法については、加温したｏ−ジクロルベンゼンなどの溶剤に試料を溶解した後、カラムに注入し、溶出時間を測定する、いわゆるゲルパーミエーションクロマトグラフ法（高温ＧＰＣ法）により評価するのが一般的であり、本明細書における重量平均分子量はこの方法により測定された値である。
【００１３】
上記重量平均分子量の範囲をメルトフレート（以下、ＭＩ）に換算すると、約０．１以上、２０以下の範囲が好ましい。この範囲外では、高倍率延伸が困難となることがある。
なお、メルトフローレートとは、ＪＩＳ Ｋ６７６０に記載されている熱可塑性樹脂の溶融粘度を表す指標である。
【００１４】
上記ポリオレフィンには、必要に応じて、トリアリルシアヌレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジアリルフタレートなどの多官能性モノマーが架橋助剤として添加されてもよく、また、ベンゾフェノン、チオキサントン、アセトフェノンなどの光ラジカル発生剤を添加してもよい。これらの架橋助剤もしくは光ラジカル発生剤の添加量については特に限定されるものではないが、通常、ポリオレフィン１００重量部に対し、１．０〜２．０重量部程度とされる。１．０重量部未満では、架橋助剤や光ラジカル発生剤を添加した効果が十分得られないことがあり、２．０重量部を超えて配合したとしても、これらの添加による効果がそれ以上改善しないことがある。
【００１５】
（原反の調製）
上記ポリオレフィンをシート化する方法についても特に限定されず、ポリオレフィン、あるいはポリオレフィンに架橋助剤もしくは光ラジカル発生剤を添加してなる組成物を混練機で混練した後、シートダイを通してシート状に押出し、冷却する方法を採用することができる。
【００１６】
シート厚みは、０．５〜４ｍｍの範囲とすることが望ましい。０．５ｍｍ未満では、後で行われる延伸後にシートの厚みが薄くなりすぎることがあり、４ｍｍを超えると延伸が困難となることがある。
【００１７】
（延伸）
上記ポリオレフィンからなるシートの延伸方法としては、通常の一軸延伸法が用いられる。一軸延伸法とは、速度の異なる２対のロール間にシートを挟み、シートを加熱しつつ引っ張る方法であり、一軸方向のみに強く配向させることができる。この場合、２対のロールの速度比により延伸倍率を決定することができる。
【００１８】
延伸温度については、使用するポリオレフィンによっても異なるため、一義的には定め得ないが、例えばポリエチレンを例にとると、８５℃以上、１２０℃以下の範囲とすることが望ましい。８５℃未満では、ポリエチレンからなる延伸シートが白化し易く、高倍率延伸が困難となることがあり、１２０℃を超えると、切れ易くなり、高倍率延伸が困難となることがある。
【００１９】
延伸温度の設定に際しては、シートが上記延伸温度の範囲内となるように、シートの予熱温度、ロール温度及び雰囲気温度等を調節すればよい。
延伸倍率については、通常、２０〜４０倍の範囲とされる。２０倍未満では、得られるポリオレフィン延伸シートの線膨張率をマイナスの値とすることが困難となり、また強度向上効果も小さいことがあり、４０倍を超えると、延伸操作自体の制御が困難となることがある。
【００２０】
比較的厚いシートの場合には、ロール延伸法のみで十分に延伸することが困難な場合があり、そのような場合には、ロール延伸に先立ちロール圧延処理を行ってもよい。ロール圧延とは、一対の反対方向に回転している圧延ロール間に、圧延ロール間の間隙よりも厚いシートを挿入し、シートの厚みを減少させると同時に長さ方向に伸長させる方法である。ロール圧延処理を施されたシートは、予め配向処理されているため、次に行われる一軸延伸による一軸方向の延伸を無理なく行うことができる。
【００２１】
（架橋）
好ましくは、請求項２に記載のように、ポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、第１，第２のロール間を通過させて表面層を融解させるに先立ち、延伸されたシートに架橋を施してもよく、それによってポリオレフィン延伸シートの耐熱性及び強度をより一層高め得る。また、請求項２に記載の発明では、上記架橋により、最終的に得られるポリオレフィン成形体の耐熱性及び耐クリープ性等が改善される。
【００２２】
架橋方法については特に限定されず、例えば、延伸されたシートに対して電子線を照射することにより、あるいは紫外線を照射することにより行い得る。
電子線照射により架橋する場合の電子線照射量については、好ましくは１〜２０Ｍｒａｄ、より好ましくは３〜１０Ｍｒａｄとされる。１Ｍｒａｄ未満では十分に架橋が進行しないことがあり、２０Ｍｒａｄを超えて電子線を照射してもそれ以上架橋度が高まらないことがある。電子線照射により架橋する場合、前述した架橋助剤をポリオレフィンに対して配合しておくことが好ましい。
【００２３】
また、紫外線照射により架橋する場合には、照射量を５０〜８００ｍＷ／ｃｍ2 とすることが好ましく、より好ましくは１００〜５００ｍＷ／ｃｍ2 とされる。５０ｍＷ／ｃｍ2 未満では、十分に架橋が進行しないことがあり、８００ｍＷ／ｃｍ2 を超えて照射しても架橋度がそれ以上高まらないことがある。また、紫外線照射により架橋する場合には、ポリオレフィンからなるシートを成形するに先立ち、ポリオレフィンに対し前述した光ラジカル発生剤や架橋助剤を加えておくことが望ましい。
【００２４】
（表面層融解工程）
請求項１に記載の発明では、上記ポリオレフィンからなるシートを延伸し、必要に応じて架橋を施した後に、表面層の融解処理を施す。すなわち、上述した工程により得られた延伸シートは、高度に配向された繊維結晶構造を有するので、強度は高いものの、他のポリオレフィンに対して接着または融着することは実質的に不可能であると考えられる。そこで、本発明では、シートの強度を損ねることなく、表面層において上記繊維構造を解除するために表面層の融解処理を施す。
【００２５】
表面層の融解工程は、延伸されたシートを表面温度がポリオレフィンの融点よりも１０℃以上高い温度に保持された第１のロールと、表面温度が上記ポリオレフィンの融点以下である第２のロールとに接触させつつこれらの間を通過させることにより行われ、それによって、ポリオレフィンからなるシートの少なくとも片面の表面層が融解される。すなわち、表面層の融解とは、ポリオレフィンからなるシートの表面層のみを融解させることを意味し、表面層を融解することにより、表面層における繊維構造が解除される。
【００２６】
この場合、表面層とは、ポリオレフィンシートの表面が一定の厚みの層をいい、全体の厚みより小さい限り特に限定されないが、機械的強度の維持を考慮すると、厚み全体の１〜１０％の範囲とすることが望ましい。
【００２７】
上記融解処理は、ポリオレフィンからなるシートの少なくとも片面において行われる。片面が融解処理されたシートの場合には、融解処理された面が他のポリオレフィンなどに対して良好な接着性を示す。また、両面が融解処理されたポリオレフィンからなるシートの場合には、何れの面も他のポリオレフィンなどに対する接着性もしくは融着性が高められることになる。
【００２８】
ポリオレフィンからなるシートの両面を融解させるにあたっては、例えば、図１に示す装置を用いることができる。すなわち、図１に示すように、延伸された後、必要に応じて架橋されたポリオレフィンからなるシート１をガイドロール２を介して第１のロール３と第２のロール４との間に供給する。第１のロール３は、その表面温度が上記ポリオレフィンの融点よりも１０℃以上高い温度とされており、第２のロール４は、表面温度がポリオレフィンの融点以下とされている。このようにして、第１，第２のロール３，４間を通過することにより、ポリオレフィンからなるシート１の片面において、すなわち第１のロール３に接触された面に融解処理が施される。
【００２９】
次に、ポリオレフィンからなるシート１は、第１のロール５と第２のロール６との間を通過される。第１，第２のロール５，６は、それぞれ、その表面温度が第１，第２のロール３，４と同様とされている。もっとも、第１のロール５は、ポリオレフィンからなるシート１の先に融解処理された面とは反対側の面に接触される。従って、第１のロール５及び第２のロール６間を通過することにより、ポリオレフィンからなるシート１の両面が融解処理される。融解処理されたポリオレフィンからなるシート１は、ガイドロール７を介して次の工程に供給される。
【００３０】
第１のロールの表面温度は、上記のように、使用するポリオレフィンの融点より１０℃以上高い温度に設定されるが、この温度については、好ましくは、融点よりも１０℃高い温度〜融点から１００℃高い温度の範囲内、より好ましくは融点から３０℃高い温度〜融点から６０℃高い温度の範囲で選択される。融点より１０℃高い温度未満の場合には、融解処理による表面層における繊維構造の解除が十分に進まず、接着性や融着性を改善する効果が得られない。また、融点より１００℃以上高い温度に設定した場合には、ポリオレフィンからなるシートが第１のロールに融着するおそれが高くなる。
【００３１】
第２のロールの表面温度については、上記のように、ポリオレフィンの融点以下の温度とされるが、好ましくは、０℃〜ポリオレフィンの融点の範囲、より好ましくは５０℃〜１００℃の間で制御される。第２のロールの表面温度がポリオレフィンの融点を超えると第２のロールによる冷却効果が十分でなく、ポリオレフィンからなるシートの物性が低下するおそれがある。また、第２のロールの表面温度が０℃より低い場合には、ロールに水分が凝縮、付着して適正なロール処理が困難となることがある。
【００３２】
なお、本明細書におけるポリオレフィンの融点とは、示差走査型熱量測定器（ＤＳＣ）などの熱分析により測定される、結晶融解に伴う吸熱ピークの最大値を意味するものとする。
【００３３】
好ましくは、上記第１，第２のロール間を通過させつつ、ポリオレフィンからなるシートを第１，第２のロールに接触させるに際しては、第１，第２のロール間の間隙をシートの厚みよりも小さくし、第１，第２のロール間でポリオレフィンからなるシートを厚み方向に圧縮する。すなわち、第１のロールをシートに圧接させることにより、シートの表面をより効果的に融解させることができる。より好ましくは、第１，第２のロール間の線圧すなわち圧下力を１０〜５００ｋｇ／ｃｍとすることが望ましい。圧下力が１０ｋｇ／ｃｍ未満の場合には、融解処理により繊維構造を解除する効果が十分に得られないことがある。
【００３４】
（積層）
請求項１に記載の発明では、上記のようにして少なくとも片面が融解処理されたポリオレフィン延伸シート、すなわち第１のポリオレフィン延伸シートに対し、第２のポリオレフィンシートを積層して積層体を得る。
【００３５】
上記第２のポリオレフィンシートを構成するポリオレフィンとしては、特に限定されず、上述した全てのポリオレフィンを用いることができる。もっとも、積層に際しての融着強度を高めるには、第１のポリオレフィン延伸シートに用いたポリオレフィンに対して親和性の高いポリオレフィン、より好ましくは第１のポリオレフィン延伸シートを得るのに用いたポリオレフィンと同種類のポリオレフィンを用いることが好ましい。
【００３６】
例えば、第１のポリオレフィン延伸シートに高密度ポリエチレンを用いた場合には、第２のポリオレフィンシートとしては、同種の高密度ポリエチレン、あるいは中密度ポリエチレンもしくは低密度ポリエチレンなどが好適に用いられる。
【００３７】
また、第１のポリオレフィン延伸シートに第２のポリオレフィンシートを積層する態様についても特に限定されず、（１）第１のポリオレフィン延伸シートにおいて片面のみが融解処理されている場合には、該第１のポリオレフィン延伸シートの融解処理された面に第２のポリオレフィンシートを積層して積層体を得てもよく、（２）第１のポリオレフィン延伸シートの両面が融解処理されている場合では、第１のポリオレフィン延伸シートの両面に第２のポリオレフィンシートを積層して積層体を得てもよい。
【００３８】
さらに、（３）第１のポリオレフィン延伸シートの両面が融解処理されている場合には、第１のポリオレフィン延伸シートと第２のポリオレフィンシートとを交互に積層して積層体を得てもよく、（４）第１のポリオレフィン延伸シートと第２のポリオレフィンシートとを、第２のポリオレフィンシート同士が直接接触しない適宜の方法で第１のポリオレフィン延伸シート及び第２のポリオレフィンシートを適宜の枚数積層して積層体を得てもよい。
また、第２のポリオレフィンシートとしては、第１のポリオレフィン延伸シートをそのまま用いてもよい。
【００３９】
上述した種々の態様で積層体を得ることができるが、次に、積層体を第２のポリオレフィンシートの融点以上の温度で厚み方向に加圧することにより、第１のポリオレフィン延伸シートと第２のポリオレフィンシートとが圧着されて一体化される。この場合の圧力は、通常、０．１〜５ｋｇ／ｃｍ2 の範囲とすることが好ましく、この範囲外では成形中に積層体の形状が乱れるおそれがある。
【００４０】
また、加圧に際しての温度は、第２のポリオレフィンシートの融点以上とすることが必要であり、第２のポリオレフィンシートの融点より低い温度では、第２のポリオレフィンシートが第１のポリオレフィン延伸シートに対して十分に一体化されず、得られたポリオレフィン成形体の強度が低下する。
【００４１】
第１のポリオレフィン延伸シートが架橋処理されている場合には、好ましくは、第１のポリオレフィン延伸シートの融点から２０℃高い温度以下の温度で加圧・一体化することが望ましい。第１のポリオレフィン延伸シートの融点よりも２０℃を超えて高い温度では、第１のポリオレフィン延伸シートの強度が低下することがある。
【００４２】
上記積層体を厚み方向に加圧して一体化して成形する方法については特に限定されず、例えば、加熱されたプレス板を用い、厚み方向に圧力をかけつつ第１，第２のシートを一体化した後、冷却し、圧力を開放する方法を採用し得る。この場合の加熱時間及び冷却時間については特に限定されないが、それぞれ、通常２〜１０分程度とされる。
【００４３】
作用
請求項１に記載の発明に係るポリオレフィン成形体の製造方法では、重量平均分子量５０万以下のポリオレフィンからなるシートを用いているため、延伸性に優れたポリオレフィンからなるシートを得ることができる。また、このポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、第１，第２のロールに接触させつつ第１，第２のロール間を通過させるが、第１，第２のロールは上記特定の温度に設定されているので、第１のロールに接触しているシート表面層が融解される。その結果、延伸により強度が高められているポリオレフィン延伸シートにおいて、表面層のみが融解されて表面の繊維構造が解除されているため、融解処理された表面は、他のポリオレフィンなどに対する接着及び融着性に優れている。
【００４４】
すなわち、本発明に係るポリオレフィン延伸成形体の製造方法は、延伸により強度が高められたポリオレフィン延伸シートにおいて、表面層のみを融解処理することにより表面層における繊維構造を解除し、全体としての機械的強度をほぼ維持したままで、表面層の接着性及び融着性を高めたことに特徴を有する。
【００４５】
本発明は、上記のようにして得られた第１のポリオレフィン延伸シートに、第２のポリオレフィンシートを積層して積層体を得、この積層体を第２のポリオレフィンシートの融点以上の温度で厚み方向に加圧して一体化して成形するものであり、第１のポリオレフィン延伸シートの融解処理された面は十分な接着性及び融着性を有するため、第２のポリオレフィンシートが第１のポリオレフィン延伸シートに対して強固に接着もしくは融着される。従って、機械的強度の良好な第１のポリオレフィン延伸シートの物性を利用した高強度かつ加熱寸法安定性に優れたポリオレフィン成形体を得ることができる。
【００４６】
請求項２に記載の発明では、ポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、第１，第２のロール間にシートを接触させるに先立ちシートを架橋しているため、第１のポリオレフィン延伸シートの耐熱性が高められるので、より一層加熱寸法安定性に優れたポリオレフィン成形体を得ることができる。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明の非限定的な実施例を挙げることにより、本発明を明らかにする。
【００４８】
（実施例１）
高密度ポリエチレン（三菱化学社製、商品名：ＨＹ５４０、ＭＩ＝１、融点＝１３３℃、重量平均分子量３０万）１００重量部に対し、光重合開始剤としてベンゾフェノン１重量部を配合し、３０ｍｍ二軸押出機にて樹脂温度２００℃で溶融混練し、Ｔダイにてシート状に押出し、冷却ロールで冷却し、厚み１．０ｍｍ、幅１００ｍｍの未延伸シートを得た。
【００４９】
上記未延伸シートを表面温度１００℃とされた６インチロール（小平製作所製）を用いて圧延倍率８倍となるようにロール圧延を行った。しかる後、圧延されたシートを繰出し速度２ｍ／分のロールで繰出し、雰囲気温度８５℃に設定された加熱炉を通して、引取り速度８ｍ／分の引取りロールで引取り、４倍に一軸ロール延伸し、ポリエチレン延伸シートを得た。
【００５０】
次に、上記ポリエチレン延伸シートの両面に高圧水銀灯を用いて５秒間紫外線を照射し、架橋処理を施した。しかる後、無張力下で１３０℃、１分間の緩和処理を施した。
【００５１】
上記のようにして得られたポリエチレン延伸シートの幅は５０ｍｍ、厚みは０．０９ｍｍであり、透明であった。なお、総延伸倍率（圧延倍率×延伸倍率）は約３０倍であった。また、このようにして得られたポリエチレン延伸シートのゲル分率を以下の方法で測定したところ、約７０重量％であった。
【００５２】
（ゲル分率の測定）
シートサンプル４０ｍｇを１３０℃のキシレンに２４時間浸漬した後、不溶解分の重量を測定し、不溶解分の重量の溶解前のシートサンプル重量に対する割合（重量％）をゲル分率として求めた。
【００５３】
次に、上記のようにして得たポリエチレン延伸シートを、３ｍ／分の回転速度で回転されており、かつ表面温度が１８０℃とされた第１のロールと、同じ速度で回転しており、表面温度が５０℃とされた第２のロールとの間で、圧下力１００ｋｇ／ｃｍの圧力となるようにして通過させ、連続的に圧縮した。その結果、ポリエチレン延伸シートの第１のロールに接触している面が融解処理された。次に、同様の方法で、ポリエチレン延伸シートの反対側の面も処理することにより、両面が融解処理された実施例１の第１のポリエチレン延伸シートを得た。
【００５４】
高密度ポリエチレン（三菱化学社製、商品名、ＨＪ５６０Ｗ、ＭＩ＝７、融点＝１３３℃、重量平均分子量１５万）を３０ｍｍ二軸押出機にて樹脂温度２００℃で溶融混練し、Ｔダイにてシート状に押出し、冷却ロールで冷却し、厚み０．１ｍｍ、幅５０ｍｍの第２のポリエチレンシートを得た。
【００５５】
上記第１のポリエチレン延伸シートと第２のポリエチレンシートとを交互に２０枚ずつ積層し、積層体を得た。この積層体を、表面温度１４０℃に制御されたプレス機を用い、プレス圧力１ｋｇ／ｃｍ2 で２分間プレスし、次にプレスに水を通しプレス温度を３０℃まで低下させた後、板状の成形体を取り出した。
得られた板状の成形体は、幅が５０ｍｍ、厚みが４．１ｍｍであった。
【００５６】
（実施例２）
ポリエチレンシートを延伸した後に、架橋処理を施さなかったことを除いては、実施例１と同様にして、但し、耐熱性が低下するため、融解処理における第１のロール温度は１５０℃とし、第１のポリエチレン延伸シートを得た。
【００５７】
また、第２のポリエチレンシートとして、低密度ポリエチレン（三菱化学社製、商品名：ＬＣ６００Ａ、ＭＩ＝７、融点＝１０７℃）からなり、厚み０．１ｍｍ及び幅５０ｍｍのポリエチレンシートを用い、該第２のポリエチレンシートをプレスする際のプレス機の表面温度を１２０℃としたこと以外は、実施例１と同様にしてポリエチレン成形体を得た。
【００５８】
（比較例１）
実施例１において、融解処理を施さなかったこと以外は実施例１と同様にして、第１のポリエチレン延伸シート及びポリエチレン成形体を得た。
【００５９】
（比較例２）
実施例２において、融解処理を施さなかったことを除いては、実施例１と同様にして、第１のポリエチレン延伸シート及びポリエチレン成形体を得た。
【００６０】
（比較例３）
実施例１において、融解処理における第１のロールの表面温度を１８０℃、第２のロールの表面温度を１５０℃（第１のポリエチレン延伸シートに用いたポリエチレンの融点より高い温度）にしたこと以外は、実施例１と同様にして、第１のポリエチレン延伸シート及びポリエチレン成形体を得た。
【００６１】
（評価）
実施例１，２及び比較例１〜３で得た第１のポリエチレン延伸シートについて、引張強度、引張弾性率及び融着性を以下の要領で評価した。
【００６２】
（１）引張強度及び引張弾性率
ＪＩＳ Ｋ７１１３の試験方法に準じ、ポリエチレン延伸シートの引張物性を評価し、下記の表１に示した。
【００６３】
（２）融着性
上記ポリエチレン延伸シートを幅１０ｍｍ及び長さ１００ｍｍの長方形となるように切り取り、シート片を得た。このシート片を２枚用意し、端部から２０ｍｍの範囲で重ね、両シート片の重ねられている部分において間に厚み３０μｍの低密度ポリエチレンフィルム（三菱化学社製、ヒートシール用ポリエチレン、商品名：ＬＣ６００Ａ、ＭＩ＝７、融点１０７℃）を挿入し、挟んだ状態で２００℃の温度に設定されたプレス機において１ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で１分間融着処理を行った。このようにして一対のシート片を融着したサンプルについてＪＩＳ Ｋ７１１３に準じて引張試験を行い、引張強度を測定した。この引張強度を融着強度として、下記の表１に示した。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表１から明らかなように、比較例１，２で得た第１のポリエチレン延伸シートでは、引張強度及び引張弾性率は高いものの、融着強度が８ｋｇ／ｃｍ2 及び１２ｋｇ／ｃｍ2 と低かった。これに対して、実施例１，２のポリエチレン延伸シートでは、表面が融解処理されているため、引張強度及び引張弾性率が、比較例１，２に比べて若干低下しているものの、十分な強度を有することがわかる。加えて、融着強度は、実施例１では４８ｋｇ／ｃｍ2 、実施例２では２１ｋｇ／ｃｍ2 と非常に高かった。
【００６６】
また、比較例３では、第２のロールの表面温度をポリエチレンの融点よりも高い１５０℃としたため、過熱よる繊維構造の緩和が著しかったためか、ポリエチレン延伸シートの引張強度及び引張弾性率が著しく低下した。
【００６７】
次に、実施例１，２及び比較例１，２で得た各ポリエチレン成形品についての曲げ強度、曲げ弾性率及び線膨張率を以下の要領で評価した。結果を下記の表２に示す。
【００６８】
（１）曲げ強度及び曲げ弾性率
ＪＩＳ Ｋ７０５５の曲げ試験方法に準じ、成形体サンプルの曲げ物性を評価し、下記の表１に結果を示した。なお、曲げ強度及び曲げ弾性率は、積層体を曲げ試験方法において湾曲させた際に、積層体の層が層間の界面においてずれた場合の最大曲げ強度及び曲げ弾性率を、それぞれ、曲げ強度及び曲げ弾性率として下記の表２に示した。
【００６９】
（２）線膨張率
サンプルに約１５０ｍｍの間隔を隔てて標線を記入した後、２０℃の恒温槽中で１時間維持し、標線間距離を２０℃の状態で測定し、次にサンプルを８０℃の恒温槽で１時間放置した後、同様に標線間距離を測定した。この操作を３回繰り返し、２回目と３回目における２０℃と８０℃の標線間距離の差の平均値を計算し、以下の式に基づいて線膨張率を求めた。結果を下記の表２に示す。
【００７０】
【数１】
【００７１】
【表２】
【００７２】
表２から明らかなように、比較例１，２では、融解処理をしていないポリエチレン延伸シートを用いたためか、成形体の曲げ強度及び曲げ弾性率が実施例１，２に比べて低く、線膨張率も２．５×１０-5及び２．０×１０-5と高かった。
【００７３】
これに対して、実施例１，２で得られたシート状成形体では、曲げ強度が１１００ｋｇ／ｃｍ2 以上、曲げ弾性率が８８０００ｋｇ／ｃｍ2 以上と比較例１，２で得られたシート状成形体に比べて著しく高かった。加えて、線膨張率も、実施例１，２において、それぞれ、１．１××１０-5及び０．５×１０-5と低く、従って、熱寸法安定性に優れていることがわかる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明に係るポリオレフィン成形体の製造方法では、重量平均分子量５０万以下のポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、上記特定の表面温度に設定された第１，第２のロール間を、第１，第２のロールに接触させつつ通過させることにより、シートの少なくとも片面において表面層のみが融解される。その結果、融解処理された表面層では繊維構造が解かれるため、他のポリオレフィンなどに対する接着性及び融着性が高められ、かつ全体としては延伸により十分な結晶構造を有するため機械的強度の良好なポリオレフィン延伸シートとなる。
【００７５】
そして、上記ポリオレフィン延伸シートの融解処理された面に第２のポリオレフィンシートを積層し、得られた積層体を第２のポリオレフィンシートの融点以上の温度で厚み方向に加圧して一体化することによりポリオレフィン成形体が得られるので、第１のポリオレフィン延伸シートに対し第２のポリオレフィンシートが強固に密着される。また、このようにして得られたポリオレフィン成形体は、強度の良好な第１のポリオレフィン延伸シート層を有するため、全体として十分な機械的強度を有し、かつ加熱寸法安定性にも優れている。
【００７６】
よって、成形性に優れたポリオレフィンを用いて構成することができ、かつガラス繊維補強材などを使用しないため軽量であり、超高分子量ポリエチレンを用いずとも、機械的強度に優れ、さらに加熱寸法安定性に優れた成形体を高い生産性で提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のポリオレフィン延伸シートの製造方法において、ポリオレフィンからなる延伸シートの表面層に融解処理を施す工程を説明するための概略構成図。
【符号の説明】
１…ポリオレフィンからなるシート
３，５…第１のロール
４，６…第２のロール
Claims (2)
- 重量平均分子量が５０万以下のポリオレフィンからなるシートを延伸した後、延伸されたシートを、表面温度が上記ポリオレフィンの融点より１０℃以上高い温度に保持された第１のロールと、表面温度がポリオレフィンの融点以下である第２のロールとに接触させつつ第１，第２のロール間を通過させ、少なくとも片面において表面層のみが融解処理された第１のポリオレフィン延伸シートを得る工程と、
第２のポリオレフィンシートを第１のポリオレフィン延伸シートの融解処理された面に積層して積層体を得る工程と、
前記積層体を第２のポリオレフィンシートの融点以上の温度で厚み方向に加圧して一体化する工程とを備えることを特徴とするポリオレフィン成形体の製造方法。 - 前記第１のポリオレフィン延伸シートを得るにあたり、ポリオレフィンからなるシートを延伸した後に、第１，第２のロールに接触させるに先立ってシートを架橋することを特徴とする請求項１に記載のポリオレフィン成形体の製造方法。
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