JPH01139233A - 熱可塑性樹脂製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、熱可塑性樹脂を超音波振動利用の装置で加工
する場合に、それらの樹脂に対して好ましい加工条件を
付与することに関する。

〔発明の背景〕

従来、例えば超音波洗浄、超音波非破壊検査、信号処理
、超音波キャビテーション、超音波霧化、その他のよう
な限られた数の分野において超音波振動が用いられてい
る。重合体について見ると、超音波振動は、通常、重合
体を分解させること、プラスチック材料を溶着すること
、そして重合体の粉末を溶融させるのに十分な摩擦を発
生させることによって重合体の成形を行うこと、に限定
されている。

〔発明の概要〕

本発明は、その１つの面によれば、溶融せる熱可塑性樹
脂の剪断作業、例えば押出成形及び射出成形において超
音波振動を利用し、よって、改良された加工性、例えば
粘度の低下、メルトフローの改良、そして圧力の低下を
具現しようとするものである。さらに加えて、より高い
剪断速度が達成されるまで、溶融破壊（メルトワラクチ
中−）の開始が遅延せしめられる。本発明はまた、充填
剤又は強化繊維を内部に含有してなる熱可塑性樹脂にも
適用することができる。−船釣に、本発明のいろいろな
面は以下の詳細な説明を通じてより明らかとなるであろ
う。

〔発明の詳細な説明〕

本発明において利用することのできるいろいろな熱可塑
性樹脂組成物は、剪断適用装置の存在において剪断減粘
特性を示すようなものである。なぜにこのような特性が
必要であるかというと、超音波を装置に適用しかつした
がって間接的には熱可塑性樹脂に適用した場合、その熱
可塑性樹脂が改良された流量及び／又は低下せしめられ
た粘度を有するようにするためである。すなわち、熱可
塑性樹脂が溶融状態にある場合、剪断作用が増大すると
ともに粘度が低下せしめられる。したがって、熱可塑性
樹脂を剪断加工装置から取り出す時、流動処理量が増大
せしめられる。しかし、超音波振動を適用したとしても
、このような望ましい性質を熱可塑性樹脂の全部に常に
付与し得るというわけではない。例えば、ポリ塩化ビニ
ル化合物及びその共重合体、そしているいろなタイプの
ゴム状化合物は、超音波振動にさらされた時、僅かな流
動性の向上しかもたらすことができない。完全に理解さ
れているわけではないが、加工装置の流動チャンネルの
壁に付着する傾向を有する熱可塑性化合物だけが、超音
波振動にさらされた時、改良された加工性を奏し得るも
のと考えられる。このような接着剤様の熱可塑性樹脂の
例は、スチレン系重合体、全体で約２個〜約６個の炭素
原子、好ましくは２又は３個の炭素原子を有する単量体
から作られたいろいろなポリオレフィン、例えばポリエ
チレン、ポリプロピレンなどである。′スチレン系重合
体”なる語は、いろいろの重合体、例えばポリスチレン
、ポリ　（アルファメチルスチレン）、スチレン−アク
リロニトリル共重合体、その他を利用し得ることを意味
し、なかんずくポリスチレンが有利である。かかる重合
体は、通常、任意の分子量を有することができる。

種々の剪断加工機又は装置を使用して、溶融段階にある
前記した剪断減粘性熱可塑性樹脂に対して剪断作用を加
えるこ−とができる。すなわち、剪断減粘性熱可塑性樹
脂を剪断作用にさらし得る限りにおいて任意の装置を使
用することができる。

なお、“溶融段階”なる語は、熱可塑性樹脂がその融点
を土建る温度まで加熱されておりかつしたがって溶融し
ているかもしくは液体であることを意味する。このよう
な装置は、一般に、射出成形機又はその作業２、押出成
形機又はその作業、例えばプロファイル押出成形機、そ
の他を包含する。

このような機械及びその作業は、一般に、この技術分野
ならびに文献において公知であり、したがって、本願明
細書では詳細に説明しない。簡単に述べると、これらの
機械及びその作文は、一般に、熱可塑性樹脂を剪断作用
の条件下に混合及び加熱し、よって、その重合体を溶融
させ、そして、加圧下、ダイを通して装置外に押し出し
、強制供給等することにある。

本発明の概念に従うと、装置の全体を超音波振動にさら
すことが可能であるが、装置の末端部分もしくは溶融段
階に振動を与えるのが望ましい。

すなわち、特に装置の成形帯域において、重合体の接触
表面に対して振動を付与する。好ましくは、装置の成形
用ダイに対して振動を付与する。当然のことではあるが
、ダイは適当な製品、例えばリボンを形成するため、任
意のサイズ又は形状とすることができ、あるいは、射出
成形の場合には、適当な細孔を設けて、重合体をその細
孔から金型に導入することができる。超音波振動を発生
する装置をダイ又は剪断加工装置に取り付けることは、
任意の常用の技法を用いて行うことができる。したがっ
て、超音波振動装置を締付手段、例えばネジ又はボルト
等によって取り付けることができる。

本発明の１つの重要な面として、改良された加工性を達
成するために、重合体溶融物の流動方向に関して実質的
に長手方向の装置に対して超音波振動を与えるというこ
とがあげられる。これとは対照的に、上記の流動方向に
関して横の方向で振動を付与した場合、通常、実質的な
加工性の改良を得ることができない。したがって、振動
は、重合体の流動の方向に関して４５度もしくはそれ未
満、望ましくは１５度又は１０度もしくはそれ未満の角
度で付与するのが一般的である。また、重合体の流動方
向は、大体０度、すなわち、正面又は背面からの角度で
あり、好ましくは数度、すなわち、約０又は１度〜約５
度である。

超音波振動を加工装置にかつしたがって熱可塑性樹脂に
付与した場合、剪断加工性をいろいろに改良することが
できる。いろいろな接着性、他層性、粘着性の重合体は
剪断装置やダイに付着する傾向を有しているが、この傾
向が大幅に低下せしめられる。重合体の粘度もまた低下
せしめられ、したがって、重合体はより容易に流動する
。すなわち、重合体の流量（流動速度）が改良又は増大
低下せしめられる。流量あるいは処理量が一般に増大す
るので、加工温度は高くなくてもよくかつまた低下させ
ることができる。真の効果として、非常に容易に加工可
能な重合体あるいは改良された剪断加工性を具えた剪断
装置が得られる。もう１つの改良された加工性の効果と
して、溶融破壊の開始、すなわち、粗面あるいは波打ち
面をもった押出物の製造がより大きな剪断速度となるま
で延長されるということがある。このユニークな利点が
包含する重要な含みとして、平滑な面を保持することに
関して押出処理量が増大せしめられるということがある
。

超音波振動発生装置としては、本発明において使用する
のに望ましい振幅及び周波数をもった振動を放出する装
置を任意に使用することができる。

広い範囲の超音波周波数を利用することができる。

例えば、約１０．０００〜約４０．０００Ｈｚを利用す
ることができ、また、約１５．０００〜約２５，０００
Ｈｚが望ましい。

さらに、周波数の機械的な振幅もまた広い範囲にわたっ
て変更することができかつ、通常、用いられる超音波振
動装置の種類に依存する。一般的に、任意の超音波振動
装置又はマシーンを利用することができる。特にマシー
ンの例をあげると、プランソン式ポータプルスポット溶
接機、Ｍｏｄｅｌ　ＧＫ−４（ブランソン・ソニック・
パワー社製）がある。

本発明のいろいろな熱可塑性樹脂は、常用の加工助剤、
添加剤、配合剤、その他を利用して加工に供することが
できる。このような化合物ならびにその量は、この技術
分野及び文献において通常用いられているものでありか
つ公知であり、そして例えば酸化防止剤、着色剤、難燃
剤、滑剤、熱安定剤、離型剤、可塑剤、加工助剤、ＵＶ
光安定剤等のようなものを包含する。

さらに、多量の充填剤及び／又は強化材を添加すること
ができる。例えば、約３０容量％までの種々の充填剤、
例えばカーボンブランク、炭酸カルシウム、タルク、シ
リカ等を添加することができ、また、その際、カーボン
ブラック及びシリカの量は、望ましくは、約１０〜約２
０容量％である。いろいろな強化用繊維、例えばガラス
繊維、グラファイト、アラミツド、ポリアミド等を添加
することができる。一般的に、約３０容量％までの強化
用繊維を添加することができ、約２０容量％までが望ま
しい。

本発明によって製造された加工後の材料は、従前から知
られたいろいろな用途において利用することができる。

例えば、ポリエチレンを利用してパイプ、フィルム等を
製造することができる。ポリスチレンをフィルム用、空
調器格子用、その他として利用することができる。

先に述べたように、通常、本発明に従うと任意の剪断適
用装置を利用することができ、また、そのような装置を
一般的に示すと、添付の第１図に略示して示す通りであ
る。押出成形装置は、一般に、参照番号１０によって指
示されるものである。

この装置はその内部にヒータ（図示せず）を有していて
、このヒータは熱可塑性材料２５を加熱し、それを溶融
させるために用いられる。プランジャ１５は、溶融せし
められた重合体を適当なダイ２０を介して剪断加工装置
内に強制供給あるいは押し込む働きを有している。押出
物３０は、一般に、剪断加工装置から出た後に膨脂（ス
ェル）を示す。本発明によると、熱可塑性材料の流動方
向に対して長平方向（縦方向）に超音波振動４０が加え
られる。第１図に示されるように、装置に対して内側に
延びる方向でダイに超音波振動が加えられ、また、その
方向は押出物の流動方向に本質的に平行である。

本発明は、以下に記載する実施例を参照することによっ
てより明瞭に理解されるであろう。

〔実施例〕

インストロン型細管レオメータ、Ｆｌｏｗ　Ｍｏｄｅｌ
ＴＴＣ（米国マサチューサッツ州カントン在のインスト
ロン・エンジニアリング社製）を使用して実験を行った
。直径０．０６インチ及び長さ０．５インチのダイを使
用した。ダイの出口に対して垂直に（すなわち、流動方
向に対して平行に）超音波振動を加えた；第１図参照。

使用した超音波電源の基本成分はＢａｎ５ｏｎ　（バン
ソン）　Ｍｏｄｅｌ　１３０又は１６０であった。この
ソリッドステート電源を用いると、通常の５０−６０Ｈ
ｚ電流を２０，０００Ｈｚの電気エネルギに変えること
ができた。

２０、０００Ｈｚの電気エネルギを電気歪式コンバータ
に供給し、その電気エネルギを２０．０００Ｈｚの機械
エネルギに変換した。プレコンバータからの２０．００
０Ｈｚの機械的振動を集束させ、増幅し、そしてホーン
によって伝達した。ホーンは、２０，０００Ｈｚで有効
な振動を生じた。次いで、このホーンで、第１図に示さ
れるように、超音波振動を成形用ダイに伝達した。

評価の対象とした熱可塑性重合体は、数平均分子量が約
５０．０００であるポリスチレン（Ｇｕｌｆ　ＥＣ２１
００）であった。押出成形の温度は１７５℃であった。

この重合体の剪断粘度から剪断減粘特性が明らかで鞘ニ
ュ東 １、押出成形圧カニ 所定の一定流量で押出成形を行うのに必要な圧力をチャ
ートリコーダに記録した。第１図に示されるようにして
超音波振動の適用を行った場合、押出成形時の流量に依
存するけれども、ポリスチレンを押出成形するのに要す
る圧力が１０〜２３％まで低下せしめられることが認め
られた（添付の第１表を参照されたい）。すなわち、成
形用ダイの出口端部に超音波振動を与えたところ、押出
成形の流量−圧力特性がかなり改良された。また、超音
波振動を横方向に与えたのでは押出成形に必要な圧力が
下らないことも判明した。

２、押出物の膨脂： 重要なことに、超音波振動を長手方向に与えたところ、
押出物の膨脂（すなわち、押出物の直径）が低下せしめ
られたことが認められた。しかし、ここでもまた、超音
波を横方向に与えたのでは押出物の直径における認め得
る程度の変化は観察されなかった。

３、押出物の波打ち： 実際の作業を行うに当っては、平滑な表面をもった押出
物が得られるような範囲の剪断速度でもって押出流量を
操作すべきである。押出物について表面粗さの兆候があ
った場合、これは常に押出成形の処理量を制限する。長
手方向の超音波振動を与えた場合、押出物の表面の粗さ
の発現がより大きな流量が達成されるまで遅延せしめら
れるということが認められた。押出成形圧力の低下のほ
か、実際の生産処理量を増大させることができる。

策−土一表 ポリスチレンの押出成形に 対する超音波振動の効果 ４′ｔＵ　　　　　　Ｕ、）：Ｊ２　　　　　　あり　
　　ＹＨＬＴＪちあり　１１（００２３ダイの直径は０
．６インチ、長さは０．５インチ、そして押出温度は１
７５℃であった。

以上、本発明を最良の形態及び好ましい態様について記
載したけれども、本発明の範囲はこれらのものに限定さ
れるものではなく、むしろ特許請求の範囲にもとづくと
いうことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、熱可塑性材料の加工装置に超音波振動を適用
することについて図示した略示図である。 図中、１０は押出成形装置、１５はプランジャ、２０は
グイ、２５は熱可塑性材料、３０は押出物、そして４０
は超音波振動である。 以下余白 図面の浄書（内容に変更なし） 第１図 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６３年特許願第２０２８０７号 ２、発明の名称 熱可塑性樹脂製品 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名称　ザ　ビー、エフ、グツドリッチ カンパニー ４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号静光
虎ノ門ビル　電話５０４−０７２１５゜補正命令の日付 昭和６３年１１月２９日（発送臼〉 ６、補正の対象 図　　　面 ７、補正の内容 図面の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録 浄書図面　　　　　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、剪断減粘性熱可塑性樹脂溶融物の加工性を改良する
   ための方法であって、下記の工程：剪断減粘性熱可塑性
   樹脂を剪断加工装置で溶融させること、及び 前記剪断加工装置に超音波振動を付与し、よって、前記
   熱可塑性樹脂の剪断加工性を改良すること、 を含んでなることを特徴とする方法。 ２、前記熱可塑性樹脂に対して改良された流量を与える
   ために前記超音波振動を付与し、かつ前記超音波振動を
   前記熱可塑性樹脂の流動方向に対して実質的に長手方向
   の角度で付与することを含む、請求項１に記載の方法。 ３、前記剪断減粘性熱可塑性樹脂がスチレン系重合体又
   はポリオレフィンであり、そして前記ポリオレフィンが
   ２〜６個の炭素原子を有する単量体からできている、請
   求項２に記載の方法。 ４、前記剪断加工装置が射出成形装置又は押出成形装置
   であり、その際、前記の実質的に長手方向の流動角が約
   ４５度もしくはそれ未満であり、そして前記熱可塑性樹
   脂を低減せしめられた粘度で射出成形するかもしくは押
   出成形することを包含する、請求項３に記載の方法。 ５、前記超音波振動を約１０，０００〜約４０，０００
   Ｈｚの周波数で付与することを含み、かつ、その際、前
   記の実質的に長手方向の流動角が約１５度もしくはそれ
   未満である、請求項４に記載の方法。 ６、前記射出成形装置又は押出成形装置がダイを包含し
   ており、かつ該ダイに対して前記超音波振動を付与する
   ことを包含する、請求項５に記載の方法。 ７、前記スチレン系重合体がポリスチレンであり、前記
   ポリオレフィンがポリエチレン又はポリプロピレンであ
   り、前記超音波振動の周波数が約１５，０００〜約２５
   ，０００Ｈｚであり、そして前記の実質的に長手方向の
   流動角が約５度もしくはそれ未満である、請求項６に記
   載の方法。 ８、前記剪断減粘性熱可塑性樹脂が３０容量％までの繊
   維、充填剤又はその組み合わせを含有する、請求項２に
   記載の方法。 ９、前記剪断減粘性熱可塑性樹脂が３０容量％までの繊
   維、充填剤又はその組み合わせを含有する、請求項４に
   記載の方法。 １０、前記剪断減粘性熱可塑性樹脂が３０容量％までの
   繊維、充填剤又はその組み合わせを含有する、請求項７
   に記載の方法。 １１、剪断付与型加工装置で製造されたものであって、
   剪断減粘性熱可塑性樹脂からできていて、その際、前記
   熱可塑性樹脂の溶融物は、その溶融せる熱可塑性樹脂に
   超音波振動を付与する形式の剪断成形作業に供された場
   合に、改良された加工性を有していることを特徴とする
   熱可塑性樹脂製品。 １２、前記熱可塑性樹脂がスチレン系重合体又はポリオ
   レフィンであり、その際に前記ポリオレフィンは２〜６
   個の炭素原子を有する単量体からできており、そして前
   記剪断成形作業が押出成形又は射出成形であり、そして
   前記超音波振動の周波数が約１０，０００〜約４０，０
   ００Ｈｚである、請求項１１に記載の熱可塑性樹脂製品
   。 １３、前記剪断成形作業時、前記熱可塑性樹脂の流動方
   向に対して４５度もしくはそれ未満の実質的に長手方向
   で超音波振動を付与し、かつ前記加工性の改良は前記熱
   可塑性樹脂溶融物の流量の改良である、請求項１２に記
   載の熱可塑性樹脂製品。 １４、前記押出成形作業はダイを利用するものであり、
   前記超音波振動は前記ダイに対して付与され、前記実質
   的に長手方向の超音波振動は前記流動物に対して約１５
   度もしくはそれ未満の角度で加えられ、前記超音波振動
   は約１５，０００〜約２５，０００Ｈｚであり、前記ス
   チレン系重合体はポリスチレンであり、そして前記ポリ
   オレフィンはポリエチレン又はポリプロピレンである、
   請求項１３に記載の熱可塑性樹脂製品。