JPH04357012A - 超高分子量ポリエチレンフィルムの製造方法および製造装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超高分子量ポリエチレン
フィルムの製造方法および製造装置に関し、特に、従来
のインフレーションフィルム成形法によって得られるフ
ィルムに比して、肉厚が均一で両耳に折り跡がないため
、寸法精度の要求される用途に好適な超高分子量ポリエ
チレンフィルムを得ることができる方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】超高分子量ポリエチレンは、耐摩耗性、
自己潤滑性、耐薬品性等に優れており、この特性を利用
して各種用途が考えられている。ところで、従来、ロー
ル、パイプ、鋼管等の外周面を被覆して耐候性、耐薬品
性、耐久性等を付与するために、これらのロール、パイ
プ、鋼管等をフィルムに内挿した後、このフィルムを収
縮させて被覆することが行われている。このフィルムと
して、従来、テフロン製のものが用いられている。しか
し、テフロンのフィルムは耐摩耗性に難点がある。例え
ば、テフロンのフィルムは砂摩耗損量が超高分子量ポリ
エチレンの５倍もの値を示し、耐摩耗性に難点がある。 そこで、超高分子量ポリエチレンからなるフィルムが考
えられ、例えば、インフレーションフィルム成形法によ
り超高分子量ポリエチレンからなるフィルムを製造する
方法が提案されている。（特開昭６２−１２２７３６号
公報）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６２−
１２２７３６号公報に記載のインフレーションフィルム
成形法による方法においては、内部空気をシールする必
要があり、得られる円筒状のフィルムはピンチロールで
偏平状に折り畳まれて製造される。そのため、得られる
超高分子量ポリエチレンフィルムは、両耳に折り跡が残
っており、このフィルムをロール等に収縮被覆させると
折り跡が残ってしまう欠点があり、寸法精度の要求され
る用途には採用することが困難であった。。

【０００４】そこで本発明の目的は、従来のインフレー
ションフィルム成形法によって得られるフィルムに比し
て、肉厚が均一で両耳に折り跡がないため、寸法精度の
要求される用途に好適な超高分子量ポリエチレンフィル
ムを得ることができる方法、ならびにこの超高分子量ポ
リエチレンフィルムの製造方法に好適に用いることがで
きる装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、超高分子量ポリエチレンフィルムの製造
方法であって、極限粘度〔η〕が５．０ｄｌ／ｇ以上の
超高分子量ポリエチレンをスクリュー押出機に供給して
溶融、混練し、該スクリュー押出機のスクリューに連結
され、スクリュー押出機のスクリューの回転とともに回
転するインナーダイがアウターダイの内部に配設されて
なる、Ｌ／Ｄ比が少なくとも１０であるダイから、超高
分子量ポリエチレンの溶融物を連続して押出して円筒状
の粗成形物に成形した後、該円筒状の粗成形物を、前記
インナーダイに連結されたテーパーコアによって、最大
拡径部分の外径がインナーダイの外径の３倍以上になる
ように拡径させながら、スクリュー押出機における超高
分子量ポリエチレンの溶融物の押出速度の３倍以上の引
取速度で引き取る工程を有する超高分子量ポリエチレン
フィルムの製造方法を提供するものである。

【０００６】また、本発明は、前記製造方法に用いる装
置として、溝付シリンダーと該溝付シリンダーに内挿さ
れた圧縮比１〜２．５のスクリューとを有するスクリュ
ー押出機と、該スクリュー押出機のスクリュー先端に連
結され、スクリューの回転とともに回転するインナーダ
イおよび前記溝付シリンダーに連結されるアウターダイ
からなり、Ｌ／Ｄ比が少なくとも１０であるダイと、前
記インナーダイの先端に連結され、インナーダイの回転
とともに回転するシャフトと、該シャフトと同調回転せ
ず、最大外径が少なくとも前記インナーダイの直径の３
倍以上であり、かつ下流方向に５〜５０度の角度で拡径
しているテーパー成形部材とからなるテーパーコアと、
該テーパーコアによって成形された超高分子量ポリエチ
レンフィルムの折り幅の５０〜８０％のロール幅のロー
ルを備える引取機とを有する超高分子量ポリエチレンフ
ィルムの製造装置をも提供するものである。

【０００７】以下、本発明の超高分子量ポリエチレンフ
ィルムの製造方法および製造装置について、詳細に説明
する。

【０００８】本発明の方法の原料である超高分子量ポリ
エチレンは、エチレンを主成分とするものであり、例え
ば、エチレンの単独重合体、エチレンを主成分としエチ
レンと該エチレンと共重合可能な単量体との共重合体な
どが挙げられる。このエチレンと共重合可能な単量体と
しては、例えば、炭素数３以上のα−オレフィンなどが
挙げられる。

【０００９】この炭素数３以上のα−オレフィンとして
は、例えば、プロピレン、１−ブテン、イソブテン、１
−ペンテン、２−メチル−１−ブテン、３−メチル−１
−ブテン、１−ヘキセン、３−メチル−１−ペンテン、
４−メチル−１−ペンテン、１−ヘプテン、１−オクテ
ン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１
−ヘキサデセン、１−オクタデセン、１−イコセン等が
挙げられる。

【００１０】この超高分子量ポリエチレンは、粗成形物
の成形時にこの超高分子量ポリエチレンの溶融物が後記
のインナーダイとの共廻りによる捩れやインナーダイの
撓みによる偏肉を起こさず、肉厚の均一なフィルムが得
られる点で、極限粘度〔η〕が５．０ｄｌ／ｇ以上のも
のであり、好ましくは極限粘度〔η〕が８〜３０ｄｌ／
ｇのものである。

【００１１】以下、図１〜３に示す本発明の超高分子量
ポリエチレンフィルムの製造装置（以下、「本発明の方
法」と略す）の実施態様に基づいて、本発明の方法およ
び装置を詳細に説明する。

【００１２】図１に示す超高分子量ポリエチレンフィル
ムの製造装置は、スクリュー押出機１と、該スクリュー
押出機１に装着されたダイ２と、ダイ２に連設されたテ
ーパーコア部材３ならびに引取機４とを、必須要素とし
て有するものである。

【００１３】スクリュー押出機１は、図２に示すとおり
、溝付シリンダー５と、該溝付シリンダー５に内挿され
たスクリュー６とを有し、さらに原料である超高分子量
ポリエチレンを供給するホッパー７を有するものである
。

【００１４】溝付シリンダー５の内径は、所望の外径の
フィルムが得られるように適宜選択される。また、スク
リュー５は圧縮比１〜２．５、好ましくは圧縮比１．３
〜２．０のものが用いられる。このスクリューの有効長
さ（Ｌ／Ｄ）は、通常、２０〜２８程度である。スクリ
ューの圧縮部長さは、有効長さ（Ｌ／Ｄ）の２５〜８０
％程度てある。また、スクリューフライトピッチは、通
常、０．４〜０．８程度である。このスクリュー６の回
転数は、通常、１０〜５０ｒ．ｐ．ｍ．程度である。ま
た、ホッパー７は、粉体原料を取り扱う場合に、シリン
ダー内の空気のバックフローを容易にし、ホッパーブリ
ッジによる原料の落ち込み不良を防止できる点で、二段
ホッパーが好ましい。

【００１５】このスクリュー押出機１の周壁には、供給
される超高分子量ポリエチレンを溶融するために、加熱
バレル８が配設され、また、その加熱温度を調節するた
めに、水冷バレル９が配設されている。このスクリュー
押出機１における加熱温度は、通常、超高分子量ポリエ
チレンの融点以上３４０℃以下の温度、好ましくは１６
０〜３３０℃に調節される。

【００１６】このスクリュー押出機１に装着されるダイ
２は、インナーダイ１０とアウターダイ１１とから構成
され、アウターダイ１１内にインナーダイ１０が内挿さ
れている。インナーダイ１０はスクリュー押出機１のス
クリュー６の先端１２に連結され、スクリュー６の回転
とともに回転する。また、アウターダイ１１は、スクリ
ュー押出機１の加熱バレル８の先端１３に装着される。 このダイ２は、Ｌ／Ｄ比が少なくとも１０、好ましくは
２０〜５０であるものである。また、インナーダイ１０
は、スクリュー６の回転とともに回転するため、樹脂と
の滑りをよくする目的で、連結部からテーパー状に細く
し、途中で一定の外径にするとともに、表面にフッ素樹
脂を被覆したものが好ましい。このダイ２の外周壁には
、ダイ２中を移動する超高分子量ポリエチレンの溶融物
の温度を調節するために、電熱ヒーター１４が配設され
ている。このダイ２における加熱温度は、通常、１６０
〜２５０℃程度に調節される。

【００１７】本発明の製造装置において、ダイ２のイン
ナーダイ１０には、図３に拡大図を示すテーパーコア部
材３が連設されている。テーパーコア部材３は、インナ
ーダイ１０の先端１６に連結されているシャフト１７に
遊嵌されている。インナーダイ１０の先端１６に連結さ
れたシャフト１７は、スクリュー６に連結されているイ
ンナーダイ１０とともに回転する。このシャフト１７の
外径は、通常、インナーダイ１０の外径よりも細くした
ものであり、長さは、通常、１０〜５０ｃｍ程度である
。

【００１８】またテーパーコア部材３は、軸受１９によ
りシャフト１７に遊嵌され、シャフト１７と同調して回
転しないようにシャフト１７に装着されている。このテ
ーパーコア部材３は、ダイ２から押し出された粗成形物
を有効に拡径することができ、またこの拡径に際しての
テーパーコア部材と超高分子量ポリエチレンフィルムと
の間の摩擦抵抗を、成形作業を容易に行うことができる
範囲に調整することができる点で、シャフト１７の軸方
向に対して、通常、５〜５０度、好ましくは１０〜３０
度の角度に傾斜して形成されたテーパー部１５と該テー
パー部１５に連接する円筒状部２０とを有する。

【００１９】このテーパーコア部材３のテーパー部１５
と円筒状部２０の表面に、テフロン等のフッ素樹脂によ
るコーティングを施しておくと、超高分子量ポリエチレ
ン成形物との摩擦係数が低減し、成形を円滑に行うこと
ができるため、好ましい。

【００２０】このテーパーコア部材３において、軸方向
におけるテーパー部１５／円筒状部２０の長さの比は、
通常、０．２〜２程度、好ましくは０．５〜１．０程度
に形成される。また、テーパー部１５の最大外径、すな
わち円筒状部２０の外径は、引張強度に優れた薄肉フィ
ルムが得られるように、少なくとも前記インナーダイの
直径の３倍以上であり、好ましくは前記インナーダイの
直径の４倍以上、さらに好ましくは５〜７倍である。

【００２１】また、本発明の製造装置は、図１に示すよ
うに、引取機４を有するものである。この引取機４は、
超高分子量ポリエチレンフィルムの引取方向に直列に２
〜４対、好ましくは４対配設されているロール２１を有
するものである。このロール２１は、十分な引取力が得
られ、シワがなく均一で、しかも両耳に折り跡がないフ
ィルムが得られる点で、テーパーコア部材３によって成
形された超高分子量ポリエチレンフィルムの折り幅の５
０〜８０％、好ましくは７０〜８０％のロール幅のもの
が望ましい。

【００２２】本発明の方法は、この製造装置において、
まず極限粘度〔η〕が５．０ｄｌ／ｇ以上の超高分子量
ポリエチレンをスクリュー押出機１に供給して溶融、混
練し、ダイ２から超高分子量ポリエチレンの溶融物を連
続して押出して円筒状の粗成形物に成形した後、適正な
肉厚の良好なフィルムが得られるように、テーパーコア
部材３によって最大拡径部の内径がダイ２のインナーダ
イ１０の外径の３倍以上、好ましくは４倍以上、さらに
好ましくは５倍以上になるように拡径させる。このとき
、テーパー部１５の最大外径、すなわち円筒状部２０の
外径を、前記インナーダイの直径の５倍以上にした場合
には、インナーダイ１０の先端１６に連結されたシャフ
ト１７の連結部に近い位置に細孔を設け、この細孔から
圧縮空気を吹き込んで拡径を促進させることができる。

【００２３】拡径されて形成されたフィルムは、冷却槽
２２にて冷却されながら、引取機４によって引き取られ
る。この引取機４における引取速度は、粗成形物にたる
みが生ぜず、成形作業が容易であり、かつ超高分子量ポ
リエチレンフィルムが成形作業において、フィルム切れ
を起こさないため、安定して成形作業を行えるように、
スクリュー押出機における超高分子量ポリエチレンの溶
融物の押出速度の３倍以上、好ましくは３〜２０倍とな
るように調整される。

【００２４】引取機４により引き取られて得られる本発
明の超高分子量ポリエチレンフィルムは、チューブ状の
形態で得られる。このチューブ状の形態の超高分子量ポ
リエチレンフィルムは、そのままチューブ状のフィルム
として使用に供してもよいし、また、切断機（図示せず
）により、１か所を切り開いて展開し広幅で折り跡のな
い二軸配向フィルムとして使用に供してもよい。この切
断機は、例えば、カッター刃等の常用の装置を用いるこ
とができる。また、得られる二軸配向フィルムを刃物で
流れ方向に帯状に細長く分割して延伸テープの原糸とし
て用いることもできる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて本発明をさら
に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限
り、これらの実施例に何ら制約されるものではない。

【００２６】（実施例１） 図１に示す構造を有し、各部の仕様が下記：スクリュー
外径　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３０ｍ
ｍφスクリュー有効長さ（Ｌ／Ｄ）　　　　　　２２フ
ライトピッチ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１８ｍｍ一定スクリュー圧縮比　　　　　　　　　　
　　　　　　　　１．８であるスクリュー押出機、 パイプダイ長さ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
７５０ｍｍダイ出口アウターダイ内径　　　　　　　　
　　２０ｍｍφダイ有効長さ（Ｌ／Ｄ）　　　　　　　
　　　　　３７．５インナーダイ外径　　　　　　　　
　　　　　　　　　　１５ｍｍであるダイ、さらに、イ
ンナーダイ先端に連結され、シャフトに対して１５／１
００（１１．７度）の角度で拡径し、最大外径６０ｍｍ
φ、長さ１１０ｍｍであるテーパー部と、外径６０ｍｍ
φ、長さ２００ｍｍの円筒状部とからなり、表面にフッ
素樹脂コーティングが施されているテーパーコアを備え
、また、冷却水槽、および外径１５０ｍｍφ、幅６５ｍ
ｍのゴムロールを４対有するロール式引取機、ならびに
巻取機を有する超高分子量ポリエチレンフィルムの製造
装置を用いて、超高分子量ポリエチレンフィルムを製造
した。

【００２７】この製造装置に、〔η〕：１５．４ｄｌ／
ｇ、融点：１３６℃および嵩比重：０．４３ｇ／ｃｃで
ある粉末状の超高分子量ポリエチレンを供給し、水冷バ
レル（Ｃ１　）、３ゾーンに分割された加熱バレル（Ｃ
２　，Ｃ２　，Ｃ３　）の設定温度をそれぞれ２０℃、
２９０℃、３３５℃および３３５℃とし、ダイ部の３ゾ
ーン（Ｄ１　，Ｄ２　，Ｄ３　）の設定温度をそれぞれ
２３０℃、１８０℃、１６８℃とし、スクリュー回転数
１０ｒｐｍで溶融、混練しながら、押出速度１５ｃｍ／
ｍｉｎで円筒状の粗成形物を押出し、ダイ出口に設置し
た刃物で円筒状の粗成形物を切開しながら、冷却水槽を
通し、４対のゴムロールが２０ｃｍ／ｍｉｍの速度で回
転する引取機に誘導した。そののち、粗成形物の切開を
止めて、テーパーコアのテーパー部に沿ってパイプ状に
拡径させた。次に、拡径された粗成形物をテーパコアの
円筒状部でパイプ状の粗成形物が冷却固化するように、
円筒状部の先端から２００ｍｍを冷却水槽に浸入させ、
引取機の引取速度を２ｍ／ｍｉｎに調整し、両耳に折り
跡がない、厚さが５５μｍの超高分子量ポリエチレンフ
ィルムを得た。

【００２８】得られた超高分子量ポリエチレンフィルム
を、下記の方法にしたがって、引張試験に供し、また熱
収縮率を測定した。

【００２９】引張試験 下記試験条件下に破断点抗張力（ＴＳ：ｋｇ／ｃｍ２　
）と伸度（ＥＬ：％）を縦方向（ＭＤ）と横方向（ＴＤ
）について求めた。 試験片形状　　　　　　　　ＪＩＳ　　Ｋ６７８１チャ
ック間隔　　　　　　８６ｍｍ 引張速度　　　　　　　　　　２００ｍｍ／ｍｉｎ温度
　　　　　　　　　　　　　　２３℃

【００３０】熱収
縮率 エアーオーブンにて１３０℃で１時間加熱後、２３℃で
２４時間経過した後の縦方向（ＭＤ）と横方向（ＴＤ）
の収縮率を、下記式にしたがって求めた。熱収縮率（％
）＝｛（加熱毬の寸法−加熱後の寸法）／加熱前の寸法
｝×１００

【００３１】（実施例２）テーパーコアのテーパー部の
最大外径を７５ｍｍφとし、幅９０ｍｍのロールを有す
る引取機を用い、引取速度を１．５ｍｍ／ｍｉｎにした
以外は、実施例１と同様にして、両耳に折り跡がない、
厚さ５８μｍの超高分子量ポリエチレンフィルムを得、
引張試験に供し、また熱収縮率を測定した。結果を表１
に示す。

【００３２】（比較例１）テーパーコアのテーパー部の
最大外径を４０ｍｍφとし、幅５０ｍｍのロールを有す
る引取機を用い、引取速度を４ｍ／ｍｉｎにした以外は
、実施例１と同様にして両耳に折り跡がない、厚さ４０
μｍの超高分子量ポリエチレンフィルムを得、引張試験
に供し、また熱収縮率を測定した。結果を表１に示す。

【００３３】（比較例２）超高分子量ポリエチレンの代
わりに、〔η〕：３．５ｄｌ／ｇ、密度：０．９５０ｇ
／ｃｃ、嵩比重：０．３８ｇ／ｃｃの汎用ポリエチレン
樹脂の粉末（三井石油化学工業（株）製、ハイゼックス
８０００ＦＰ）を用い、水冷バレル（Ｃ１　）、３ゾー
ンに分割された加熱バレル（Ｃ２　，Ｃ２　，Ｃ３　）
の設定温度をそれぞれ２０℃、２１０℃、２３０℃およ
び２３０℃とした以外は、実施例１と同様にしてポリエ
チレンフィルムの製造を試みたが、樹脂の溶融粘度が低
いため、パイプ状の粗成形物がインナーダイの回転に伴
って共廻りしてしまい、フィルムが製造できなかった。

【００３４】（比較例３）原料超高分子量ポリエチレン
として、〔η〕：３２ｄｌ／ｇ、密度：０．９２９ｇ／
ｃｃ、嵩比重：０．４０ｇ／ｃｃの超高分子量ポリエチ
レンの粉末（三井石油化学工業（株）製、ハイゼックス
ミリオン６３０Ｐ）を用いた以外は、実施例１と同様に
してフィルムの製造を試みたが、樹脂の溶融粘度が高過
ぎるため、テーパーコアにおいて粗成形物が破断してし
まい、フィルムに拡径できなかった。

【００３５】（比較例４）幅１００ｍｍのロールを有す
る引取機を用いた以外は、実施例１と同様にして超高分
子量ポリエチレンフィルムを製造し、引張試験に供し、
また熱収縮率を測定した。

【００３６】（比較例５）幅４５ｍｍのロールを有する
引取機を用いた以外は、実施例１と同様にして超高分子
量ポリエチレンフィルムの製造を試みたが、引取力がテ
ーパーコアで拡径するときの摩擦抵抗に抗しきれず、フ
ィルムが製造できなかった。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【発明の効果】本発明の方法によれば、従来のインフレ
ーションフィルム成形法によって得られるフィルムに比
して、肉厚が均一で両耳に折り跡がないため、寸法精度
の要求される用途に好適な超高分子量ポリエチレンフィ
ルムを得ることができる。特に、超高分子量ポリエチレ
ンは、耐摩耗性、自己潤滑性、耐薬品性に優れるもので
あり、特に耐摩耗性の点でフッ素樹脂を凌駕するもので
あるため、本発明の超高分子量ポリエチレンフィルムは
、耐久性に優れるものである。そのため、本発明の超高
分子量ポリエチレンフィルムは、各種のロール、パイプ
、鋼管等の被覆用フィルムとして好適に用いることがで
きる。さらに、本発明の超高分子量ポリエチレンフィル
ムの製造装置は、前記超高分子量ポリエチレンフィルム
の製造方法に好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超高分子量ポリエチレンフィルムの製
造方法の主要工程を説明する図。

【図２】本発明の超高分子量ポリエチレンフィルムの製
造装置の主要部を説明する模式断面図。

【図３】本発明の超高分子量ポリエチレンフィルムの製
造装置のテーパーコアを説明する図。

【符号の説明】

１　　スクリュー押出機 ２　　ダイ ３　　テーパーコア部材 ４　　引取機 ５　　溝付シリンダー ６　　スクリュー ７　　ホッパー ８　　加熱バレル ９　　水冷バレル １０　　インナーダイ １１　　アウターダイ １２　　スクリュー６の先端 １３　　溝付シリンダー５の先端 １４　　電熱ヒーター １５　　テーパー部 １６　　インナーダイ１０の先端 １７　　シャフト １９　　軸受 ２０　　円筒状部 ２１　　ロール ２２　　冷却槽

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　超高分子量ポリエチレンフィルムの製
   造方法であって、極限粘度〔η〕が５．０ｄｌ／ｇ以上
   の超高分子量ポリエチレンをスクリュー押出機に供給し
   て溶融、混練し、該スクリュー押出機のスクリューに連
   結され、スクリュー押出機のスクリューの回転とともに
   回転するインナーダイがアウターダイの内部に配設され
   てなる、Ｌ／Ｄ比が少なくとも１０であるダイから、超
   高分子量ポリエチレンの溶融物を連続して押出して円筒
   状の粗成形物に成形した後、該円筒状の粗成形物を、前
   記インナーダイに連結されたテーパーコアによって、最
   大拡径部分の外径がインナーダイの外径の３倍以上にな
   るように拡径させながら、スクリュー押出機における超
   高分子量ポリエチレンの溶融物の押出速度の３倍以上の
   引取速度で引き取る工程を有する超高分子量ポリエチレ
   ンフィルムの製造方法。
2. 【請求項２】　　前記超高分子量ポリエチレンフィルム
   の製造方法に用いる装置であって、溝付シリンダーと該
   溝付シリンダーに内挿された圧縮比１〜２．５のスクリ
   ューとを有するスクリュー押出機と、該スクリュー押出
   機のスクリュー先端に連結され、スクリューの回転とと
   もに回転するインナーダイおよび前記溝付シリンダーに
   連結されるアウターダイからなり、Ｌ／Ｄ比が少なくと
   も１０であるダイと、前記インナーダイの先端に連結さ
   れ、インナーダイの回転とともに回転するシャフトと、
   該シャフトと同調回転せず、最大外径が少なくとも前記
   インナーダイの直径の３倍以上であり、かつ下流方向に
   ５〜５０度の角度で拡径しているテーパー成形部材とか
   らなるテーパーコアと、該テーパーコアによって成形さ
   れた超高分子量ポリエチレンフィルムの折り幅の５０〜
   ８０％のロール幅のロールを備える引取機とを有する超
   高分子量ポリエチレンフィルムの製造装置。