JPH0248911A - 超高分子量ポリエチレンの成形型 - 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】 産業上の利用分野 この発明は超高分子量ポリエチレンの成形型に関する。

この明細書において、「超高分子ごポリエチレン」ｔよ
る用語は、分子量か粘度法でｄｐ１定して約５０万以上
、光散乱法で４ｐＩ定して２００万以上を示すポリエチ
レンをいうこととする。

従来の技術 超高分子量ポリエチレンは、一般のポリエチレンや他の
プラスチックに比べて、耐摩耗性、耐雨撃性、耐ストレ
スクラツキング性、耐寒性等の点で優れており、さらに
低摩擦係数、耐水性、無毒性、消音特性等もよいことか
ら、広範な用途が期待されている。しかしこの種のポリ
エチレンは、加熱溶融時の粘度が高いため、通常の押出
成形法や射出成形法に適合しにくく、丸棒や小型成形品
を除いて、大型成形品は圧縮成形法で製造されている。

最近、この種の合成樹脂の圧縮成形法として、予成形品
を製造する第１工程と、予成形品から板状物製品を製造
する第２工程とからなる２段圧縮成形法が行われている
。従来、２段圧縮成形法を行なう圧縮成形機は、第３図
に示す構造のものであった。まず第１工程の圧縮成形機
（５１）は、同図（イ）に示すように、加圧機構を備え
た上側の雄型（５２）および下側の雌型（５３）と、こ
れらの間に設けられた複数の中間型（５４）とよりなり
、中間型（５４〉は上部に雌型状の凹部（５５）を有し
、かつ下部に雄型状の凸部（５６）を有する。

この圧縮成形機（５１）において、雌型（５３）および
各四部（５５）内に樹脂配合物粉末を所要量仕込む。つ
いで雌型（５３）と雄型（５２）を加圧機構により上下
から約１００ｋｇ／Ｃ１１２の圧力で常温にて５〜１０
分間加圧保持し、予成形品を得る。ついで、この予成形
品を型から取出し、第２工程に移す。この場合予成形品
は崩壊しやすいので、十分に注意して取扱う必要がある
。第２工程の圧縮成形機（６１）は、第３図（ロ）に示
すように、第１工程の圧縮成形機（５１）と同型である
が、雌型（６３）および中間型（６４）の四部（６５）
の各周壁部と、雄型（６２）および中間型（６４）の凸
部（６６）とに、それぞれ独立に、蒸気ないし冷水を通
す複数の熱媒通路（６７）　（ｅ８’）が設けられてい
て、適時加熱ないし冷却できるように構成されている。

この圧縮成形機（６１）において、雌型（６３）、雄型
（６２）および中間型（６４）を予め２００〜２２０℃
に加熱し、雌型（６３）および凹部（６５）に予成形品
を挿入し、圧力２０〜５０　ｋｇ／　Ｃｍ”で加熱下に
加圧し、完全に溶融させる。加圧時間は板圧２０ｍｍの
場合１時間程度である。ついで熱媒通路（６８）に冷却
水を通して樹脂の表裏両面部を冷却して溶融物を固化し
、板状成形品を得る。このとき圧力を１．００　ｋｇ／
　ｃａ＋２に上げる。また成形品の側部は表裏両面部よ
り緩慢に冷却する必要があるため、１５０℃に冷却され
た時に、熱媒通路（６７）に蒸気を通して側部を加熱し
、温度が１２０℃になるまで降下速度を遅らせる。つい
で成形品を常温まで冷却し、圧力を１００　ｋｇ／　ｃ
＋ｎ２に保つ。また第３図（ハ）は第２工程の成形機の
変形を示すもので、この場合加圧成形機（７１）はホッ
トプレス機構になっており、加圧機構を備えた上下熱盤
（７２）（７３）と、これらの間に設けられた複数の中
間熱盤（７４〉と、各熱盤間に配された多数の金型（７
５）とよりなる。そして金型（７５）は上型（７６）と
下型（７７）と１対の側枠（７８）とよりなり、やはり
加熱ないし冷却できるように構成されている。成形条件
は前記の場合と同じである。この変形の場合、金型費用
の点では経済的であるが、成形回数が増すにつれて金型
に反りを生じるため、金型の更新時期を早める必要があ
る。また成形型は熱媒通路等を備えているので、成形品
の取出しが困難であった。

発明が解決しようとする問題点 これら従来の２段圧縮成形法の場合、結晶性樹脂が溶融
後固化するに際し、主として結晶化に伴って極めて大き
な体積変化を生じ、また伝熱性が極めて低いため、成形
物に所望の物理的性質をもたせるには、第２工程の金型
として、加熱および冷却できるものが必要であり、また
成形品の密度を増すには２００〜２２０℃といった高温
加熱と約１００　ｋｇ／　ｅｌｎ２といった高圧力に耐
え得る耐久性に富んだ複雑な機構の成形設備が必要とな
る。また第１工程で得た予成形品は、崩壊しやすいため
取扱いに＜＜、第２工程で得た成形品を型から取出すの
も容易ではない。

この発明は、上記のような諸問題をすべて解決すること
を企図してなされたものである。

問題点を解決するための手段 この発明による成形型は、後述する超高分子量ポリエチ
レンの成形方法の第２工程において使用されるものであ
って、周囲に立上り状の止枠（２７）を有する枠付き基
板（２２）と、同基板（２２）上に配された底板（２３
）と、該底板（２３）の周縁部上に配された成形厚規定
用の囲枠（２４）と、該囲枠（２４）の上方に配された
予成形品押圧用の頂板（２５）とよりなり、上記囲枠（
２４）は、少なくとも内面部が断熱材よりなる直線棒体
（２９）　（３０）が底板（２３）の各辺部上にそれぞ
れ独立に配されたものである。

はじめに、超高分子量ポリエチレンの成形方法について
説明する。

この成形方法は、超高分子量ポリエチレンまたは充填材
を含む超高分子量ポリエチレンよりなる配合物粉末を、
５ｋｇ／Ｃｌ１１２以上の圧力下に１４０℃以上の温度
で加圧加熱して、表面部分が焼結した予成形品を得、つ
いでこれを加圧下に常温まで冷却する第１工程と、予成
形品を５ｋｇ／ｃＩ１１２以上の圧力下に、予成形品を
可塑化せしめる温度で、加圧加熱して所要厚さの成形品
を得、ついでこれを加圧下に常温まで冷却する第２工程
とよりなる超高分子量ポリエチレンの成形方法である。

また第１工程の変法として、同配合物粉末を常温下に１
８０℃以上の温度で加熱して、表面部分が焼結した予成
形品を得ることもできる。

第１工程において、超高分子量ポリエチレンよりなる配
合物は、ガラス繊維、炭素繊維、ガラスピーズ、グラフ
ァイト、モリブデンバラバカ−ボンブラック等の無機系
充填剤を含んでいてもよい。また同配合物には、必要に
応じて通常の抗酸化剤が含められている。

第１工程の加圧加熱法において、表面部分が焼結した予
成形品を得るには、圧力は５ｋｇ／ｃｍ２以上で、温度
は１４０℃以上であることを要する。圧力が５　ｋｇ／
　０ｍ２未満では、予成形品の密度が低すぎて伝熱性が
乏しく予成形品が壊れるおそれがある。ただし圧力を著
しく高圧たとえば１００　ｋｇ／　ｃ１１＋２に上げて
も、特に優れた予成形品が得られるわけではない。設備
費等を考慮すると、５〜５０ｋｇ／ｃＩ１１２が好適で
ある。また温度が１４０℃未満では、焼結が生じない。

ただし温度が高すぎると、樹脂の低分子化をきたすので
、１４０〜１６０℃が好ましい。加圧加熱時間および冷
却時間は、予成形品の厚さ、成形装置の構造、圧力およ
び温度により決定される。

こうして第１工程によって、表面部分が焼結された予成
形品が得られる。これはクラックや割れのない崩壊しに
くいものであって、取扱い、運搬、積重ね等が極めて容
易である。

第１工程で用いる成形装置の代表例を第１図に示す。

成形型（１）は、基板（２）と、基板（２）上に配され
た底板（３）と、底板（３）の周囲に配された囲枠（４
）と、囲枠（４）向上部に配された樹脂粉体押圧用の頂
板（５）と、頂板（５）上に配されたクツション材（６
）とよりなる。

基板（２）は周囲に立上り状枠（７）を有し、これによ
って成形型から洩れた樹脂粉末が飛散しないようになっ
ている。１０００ｉｍＸ２００１０００ｉ　２　（１ｍ
ｎ＋の成形品の場合、底板（３）および頂板（５）は、
いずれも厚さ４ｒａｍであって、鏡面仕上げになってい
る。囲枠（４）の有効面積は１０００ｎ＋ＩＩＸ　２０
．００ａ＋ｒＡであり、高さは６０ｍａ＋であり、囲枠
（４）内に仕込まれた配合物粉末の嵩高さより高い。頂
板（５）およびクツション材（６）は囲枠（４）の内部
にはまり込む大きさとなされている。クツション材（６
）は厚板状であって、ガラス繊維で強化された耐熱ゴム
で構成され、厚さは１８ＩＩＩＩ１１である。

このような構造の第１工程の予成形品の成形型（１）は
、多段式ホットプレス機（８）で加熱加圧せられる。同
プレス機（８）は加圧機構を備えた上下熱盤（９）（１
０）と、これらの間に設けられた複数の中間熱盤（１１
）とよりなり、各熱盤（９）（１［））（Ｉｆ）はそれ
ぞれ水蒸気、冷水等の熱媒を通す複数の熱媒通路（１２
）を有していて、適時加熱ないし冷却できるように構成
されている。

第１工程の変法すなわち常圧加熱は、通常、オーブンで
行なわれる。この場合温度が１８０℃以上に限定される
のは、やはり表面部分が焼結した予成形品を得るためで
ある。そして温度が高すぎると、やはり樹脂の低分子化
をきたすので、１８０〜２００℃が好ましい。加熱時間
はやはり予成形品の厚さ、成形装置の構造、圧力および
温度により決定される。加熱後の予成形品は、常温まで
放冷される。

第２工程において、圧力が５　ｋｇ／　ｃｍ２以上に限
定される理由は、５ｋｇ／ｃｒａ２未満では、予成形品
の密度を上げて伝熱性をよくし内在する空気を追出して
可塑状の予成形品を規定厚さに圧縮することができない
からである。ただし圧力を著しく高圧たとえば１００　
ｋｇ／　ａｍ２に上げても、特に優れた予成形品が得ら
れるわけではない。設備費等を考慮すると５〜２０ｋｇ
／ｃ１１２が好適である。温度は圧力との関係で変化す
るが、特定圧力下に予成形品を可塑化せしめる温度であ
り、通常１６０℃以上である。ただし温度が高すぎると
、樹脂の低分子化をきたすので、１６０〜２２０℃が好
ましい。冷却時の圧力は、樹脂の体積変化に追随するよ
うに、加熱時よりも上昇され、通常１０〜４０　ｋｇ／
　Ｃｍ２である。

加圧加熱時間および冷却時間は、やはり予成形品の厚さ
、成形装置の構造、圧力および温度により決定される。

こうして予成形品を加圧加熱することにより、内在する
空気が追出されて、所望の成形品が得られる。

実　　施　　例 つぎに、この発明の実施例として、第２工程で用いる成
形装置の代表例を第２図に示す。

成形型（２１）は、周囲に立上り状の止枠（２７）を有
する枠付き基板（２２）と、同゛基板（２２）上に配さ
れた底板（２３）と、該底板（２３）の周縁部上に配さ
れた成形厚規定用の囲枠（２４）と、該囲枠（２４）の
上方に配された予成形品押圧用の頂板（２５）とよりな
る。

底板（２３）の下側および頂板（２５）の上側には、ガ
ラス繊維で強化された耐熱ゴムよりなる薄板状のクツシ
ョン材（２Ｂ）　（２８）がそれぞれ配されている。た
だし、これらクツション材（２６）　（２８）は必ずし
も必須なものではない。底板（２３）および頂板（２５
）はいずれも厚さ４ｍｍであって、やはり鏡面仕上げに
なっている。予成形品の面積が１０００＋ａｍＸ２００
０ｒＡｍで成形品の厚さが２０１ＩＩｌである場合、成
形厚規定用の囲枠（２４）の高さは２０ｍ１１である。

同囲枠（２４）は互いに独立した１対の長直棒体（２９
）と１対の矯直棒体（３０）とからなり、各直棒体は、
横断面正方形（２０ｍｎ＋Ｘ２０ＩＩｌ１ｍ）のアルミ
ニウム製本体（３１）と、これの内面に装着された厚さ
１０ｍｍの断熱層（３２）とからなる。断熱層（３２）
はガラス繊維で強化されたエチレン・プロピレン・ター
ポリマー・ゴムよりなる。断熱層（３２）の材質は、上
記ゴムのほか、弗素ゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム
、アスベスト等であってもよい。囲枠（２４）を構成す
る４本の直棒体は、予成形品の各側面に接するとともに
、止枠（２７）との間に５〜１０ＩＩＩＩｌの小間隙を
有していて、予成形品の加圧加熱に伴う外方膨出によっ
て、止枠（２７）まで移動してこれに止められるように
なっている。なお、各直棒体は予成形品との間に所要の
小間隙を有し、止枠（２７）の内面に接するように配さ
れていてもよい。

このような構造の第２工程の合成樹脂板製品の成形型（
２１）は、やはり多段式ホットプレス機（８）で加熱加
圧せられる。同プレス機（８）は加圧機構を備えた上下
熱盤（９）（１０）と、これらの間に設けられた複数の
中間熱盤（１１）とよりなり、各熱盤（９）　（ｔｏ）
　（１１）はそれぞれ水蒸気、冷水等の熱媒を通す複数
の熱媒通路（１２）を有していて、適時加熱ないし冷却
できるように構成されている。

使用例１ 第１図に示す成形装置において、１０００ｍｍＸ２００
０＋ｎｎｍＸ２Ｏｆｆ１の成形品を得る場合、有効面積
１０１００Ｏ＋Ｘ２０００ｍｍれで高さ６０ｍｍの囲枠
（４）内に、超高分子ポリエチレン（ヘキスト社製商品
名ホスタレンＧＵＲ４１２）と市販の抗酸化剤０．ＩＰ
ＨＲとからなる配合物を高さ４７ｍｍまで仕込んだ。仕
込物を圧力１０ｋｇ／ｅｎｄ２で温度１６０℃で３０分
間加圧加熱し、ついで同圧力で３０分間冷却した。こう
して表面部分が焼結した厚さ４ｆｆｉＩ１１の予成形品
を得た。

ついで予成形品を成形型（１）から取出して、第２図に
示す成形装置に移し、圧力５　ｋｇ／　Ｃｍ２で温度１
８０℃で５５分間加圧加熱した。この状態では成形品は
高さ２０ｆｆｌＩ１１の囲枠（２４）から１〜２１１ｆ
ｆｌ突出していた。ついで温度が１５０〜１２０℃に下
がる間、圧力を２０　ｋｇ／　Ｃｍ２に徐々に上げた。

この状態では成形品の高さは囲枠（２４）と同じ高さに
なった。ついで成形品を圧力２０　ｋｇ／　Ｃｍ２で常
温まで冷却した。こうして厚さ２０ａｍの板状成形品を
得た。この成形品を縦横に切断して内部を調べたところ
、気泡や巣が全く認められず、全体に均一な成形がなさ
れていた。また表面にも陥没によるスポット状のひげや
反りがなく、焼による着色も認められなかった。

使用例２〜７ ガラスｍ１！、炭素繊維、ガラスピーズ、グラファイト
、モリブデンパウダー　カーボンブラックを、樹脂に対
してそれぞれ１０重量％別々に添加した配合物を用いて
、使用例１の操作を繰返した。

ｉ）られた成形品は、使用例１で得られたものとほぼ等
しい物性を有していた。

発明の効果 この発明は以上のとおり構成されているので、つぎの効
果が奏される。

ａ）　この発明による成形型は、周囲に立上り状の止枠
（２７）を有する枠付き基板（２２）と、同基板（２２
）上に配された底板（２３）と、該底板（２３）の周縁
部上に配された成形厚規定用の囲枠（２４）と、該囲枠
（２４）の上方に配された予成形品押圧用の頂板（２５
）とよりなるものであるので、コンパクト化が可能であ
り、したがって多段式ホットプレス機の使用により成形
品の生産性の向上を果すことができる。

ｂ）　この発明による成形型は、熱媒通路等を有しない
割型であるので、金型コストの点で有利であり、また型
からの成形品の取出しも容易になし得る。

Ｃ）さらに成形型の囲枠（２４）は、少なくとも内面部
が断熱材よりなる直棒体（２９）（３０）が底板（２３
）の各辺部上にそれぞれ独立に配されたものであるので
、これによって加熱後の成形品の周縁部を保温すること
ができる。そのため別個に周縁部保温用の加熱装置を設
ける必要がなく、この点でも設備費の低減が果せる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）（ロ）はこの発明の第１工程で用いる成形
装置の代表例を示す垂直断面図、同図（ハ）は同図（イ
）上の（Ａ）−（Ａ）線に沿う矢視図、第２図（イ）（
ロ）は同図第２工程で用いる代表的な成形装置の代表例
を示す垂直断面図、同図（ハ）は同図（ハ）は同図（イ
）上の（Ｂ）−（Ｂ）線に沿う矢視図、第３図（イ）（
ロ）（ハ）は従来の成形装置を示す縦断面図である。 （２２）・・・基板、（２３）・・・底板、（２４）・
・・囲枠、（２５）・・頂板、（２７）・・・止枠、（
２９）（３０）・・・直棒体、（３２）・・・断熱層。 以上 特許出願人　　筒中プラスチック工業株式会社第１図 （ハ） 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周囲に立上り状の止枠（２７）を有する枠付き基板（２
   ２）と、同基板（２２）上に配された底板（２３）と、
   該底板（２３）の周縁部上に配された成形厚規定用の囲
   枠（２４）と、該囲枠（２４）の上方に配された予成形
   品押圧用の頂板（２５）とよりなり、上記囲枠（２４）
   は、少なくとも内面部が断熱材よりなる直線棒体（２９
   ）（３０）が底板（２３）の各辺部上にそれぞれ独立に
   配されたものである、超高分子量ポリエチレンの成形型
   。