JPH0471829A - 超高分子量ポリエチレンの成形方法 - 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〕 本発明は溶融粘度が高く、耐摩耗性、耐衝撃性に優れ、
かつ摩擦係数の小さい超高分子量ポリエチレンの成形方
法に関し、詳しくは、超高分子量ポリエチレンフィルム
またはシート（以下単にシートという）から簡単な方法
で、緻密な超高分子量ポリエチレンの成形体、特に厚肉
の成形体を容易に得ることができる方法に関する。

［従来技術］ 超高分子量ポリエチレンは耐摩耗性に優れ、各種物体と
の界面における摩擦係数が小さいことから、各種摺動部
品やホッパーの内貼り、あるいはスラリーや粉体の移送
用バイブ等に利用されている。

しかし、超高分子量ポリエチレンは溶融粘度が非常に高
いために、緻密な超高分子量ポリエチレンからなる厚肉
成形体や任意形状の円筒体等を精度よく製造することが
難しいか、大規模な装置を必要とし、上述のような利用
価値があるにも拘らず充分な対応がなされていないのが
現状である。

例えば、緻密で均質な超高分子量ポリエチレン製バイブ
、エルボ等の中空製品は、ラム押出成形法、プレス成形
法、鍛造成形法または焼結成形法等で製造され、製造設
備が大規模化し、油圧設備等に実大な投資を必要とする
ため、より簡便な成形法が要求されている。

上記の成形法等はスラリー移送用バイブ等に利用される
比較的薄肉の円筒体を製造するのには不適であり、しか
も多品種の成形品を得るには膨大な設備が必要となり、
対応しきれないのが現状である。

また、薄肉の超高分子量ポリエチレン製バイブの成形法
として、本件出願人は先に特開昭６２−１３８２１４号
公報において、超高分子量ポリエチレンのシートまたは
多孔質シートを、円筒状異変形体の外周に巻回して型に
嵌合し、型を加熱しながら異変形体を膨張もしくは変形
させてシートを型に加圧密着させることによって溶融緻
密化させる方法を提案した。しかし、この成形法では加
圧力を７０ｋｇ／ｃｍ２程度まで上げても内部空気の脱
気に限界があり、かつ長時間加圧しなければならないば
かりでなく、内部に気泡のない緻密な超高分子量ポリエ
チレン製円筒体が容易に得られない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は従来の上記課題を解消するためになされたもの
で、その目的とするところは、超高分子量ポリエチレン
粉末から緻密な超高分子量ポリエチレン製円筒体、バイ
ブ、チーズ、容器等の成形体、あるいは前記厚肉成形体
等の比較的薄肉から厚肉の成形体に加工したときでも機
械的強度がよい、均質な成形体や少量多品種の成形品を
容易に、簡単な設備で製造することが可能な成形方法を
提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、
先ず超高分子量ポリエチレン粉末をその融点以下または
融点以上で加圧成形してなる一次成形体を作成し、さら
にその成形体を超高分子量ポリエチレン自らの熱膨張に
よる加圧力を利用し、かつ真空中で溶融緻密化すること
により非常に緻密で、均質な超高分子量ポリエチレン成
形体を容易に得ることができることを見出し、本発明に
到達した。

すなわち本発明は、超高分子量ポリエチレンフィルムま
たはシートを複数層積層し、該超高分子量ポリエチレン
の熱膨張を規制して、真空中て溶融緻密化することを特
徴とする超高分子量ポリエチレンの成形方法である。

本発明で用いられる超高分子量ポリエチレンは、分子量
が約１００万以上のポリエチレン単独重合体、エチレン
と少量のα−オレフィン、例えばプロピレン、ブテン−
１、ヘキセン−１，４−メチル・ペンテン−１、オクテ
ン−１等との共重合体であるエチレン−α−オレフィン
共重合体等であって、１３５℃デカリン溶液における極
限粘度が８ｄｌ／ｇ以上のものであると耐摩耗性、耐衝
撃性に優れているので好ましい。

本発明のシートの製造方法としては、超高分子量ポリエ
チレン粉体を熱プレス等でシート等に成形してもよいが
、一般的には厚肉円筒体（インゴット）からスカイブし
たシートが使用される。

また該−吹成形体は必ずしも均質な成形体である必要は
なく、多孔質体でもよい。

上記シートの厚みは通例１００〜７００μ１１望ましく
は１５０〜５００μ■の範囲で選択される。上記厚みが
１００μ■未満では厚肉成形体を製造する際に積層する
成形体の枚数が多くなり、効率か悪い。また７００μ国
を超えるものは、取扱い難い場合がある。

本発明で用いるシートまたはフィルムは、超高分子量ポ
リエチレンのみの単層でもよいが、これに基材を積層し
て多層体としてもよい。また、超高分子量ポリエチレン
層と基材層の間に接着層を設けてもよい。

本発明においては、上述のように単層の超高分子量ポリ
エチレンシートの外周に必要ならば接着層を介して他の
基材層を巻回して、あるいは予め多層化したシートを用
い、超高分子量ポリエチレンシートを多層化することも
できる。

ここに用いられる基材としては、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリスチレン等
の同種または異種の熱可塑性樹脂、合成ゴム、天然ゴム
等のゴム類、クロス、アルミニウム箔等の金属箔が挙げ
られる。

これら基材層と超高分子量ポリエチレン層との間に設け
られる接着層は、通例エポキシ系接着剤、ウレタン系接
着剤等の接着剤、アクリル酸、無水マレイン酸等の不飽
和カルボン酸またはその誘導体で変性されたポリオレフ
ィン系樹脂等を用いることか好ましい。

上記シートは複数層積層または巻回され、上述のように
、超高分子量ポリエチレンの熱膨張を規制するために、
例えば超高分子量ポリエチレンよりも小さな熱膨張係数
を有する材料で被覆する方法、あるいは雌雄の金型を利
用し、雌金型内に帯状体またはシートを複数層重ね、雄
金型を嵌合セットして成形する方法等が採られる。

該超高分子量ポリエチレンよりも小さな熱膨張係数を有
する材料としては、ガラス繊維、炭素繊維、スチール繊
維、アルミナ繊維、アラミド繊維等の無機、金属、有機
繊維を織成もしくは複合化した織布またはシート等が挙
げられ、具体的には、ガラスクロス、アラミド織布、金
属箔もしくはテープ等が好ましい。また上記材料は通気
性を有するものであると特に好ましい。

また金型としては鋳鉄、鋼、銅、黄銅、アルミニウム、
ニッケル等の金属、四フッ化エチレン樹脂等の合成樹脂
あるいはそれらを複合した材料等が挙げられる。

このようにセットされた被成形体は、真空状態で溶融緻
密化される。

上記加熱時の雰囲気は真空中で行われ、真空度が高い方
か短時間で充分に脱気されるので望ましく、絶対圧力４
００ｍｍＨｇ以下の状態が好ましい。雰囲気を真空にす
る手段も特に制限されず、加熱手段の付いた真空容器等
が一般に使用される。また、雰囲気を真空状態にするの
は加熱の前または後、あるいは同時であってもよい。

また、上記加熱温度は超高分子量ポリエチレンの融点以
上で熱分解しない範囲の温度であれば良いが、加熱時の
熱劣化を考慮すると融点以上〜２５０℃、特に融点以上
〜２００℃で加熱することが好ましい。加熱方法も特に
制限はなく、芯体の内部で加熱媒体を循環させる方法、
バンドヒーター、高周波加熱手段等で外部から加熱する
方法等の一般的な方法が採用される。

さらに、真空中における加熱時間も、金型の形状、耐熱
性芯体の大きさ、超高分子量ポリエチレンシートの積層
数、巻回数、耐熱性材料の巻回張力等によって異なるか
、超高分子量ポリエチレンを溶融緻密化するのに充分で
あれば良い。

以上の本発明の製造法によると、ストレートや異形のパ
イプ、チーズ、エルボ等の継手、円筒状容器等の薄肉か
ら厚肉まで種々の超高分子量ポリエチレンの緻密な成形
体を超高分子量ポリエチレンシートから簡便な装置で連
続的にかつ容易に製造できる。

なお、本発明においては、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて、高、中、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン
、ポリアミド、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化
ビニル等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹
脂等の熱硬化性樹脂、合成ゴム、無機・有機充填剤、酸
化防止剤、紫外線吸収剤、架橋剤、染料、帯電防止剤、
顔料等の通例の添加剤等を超高分子量ポリエチレンに適
宜配合しても差し支えない。

［作　用］ 本発明においては、超高分子量ポリエチレン粉体から固
相状態においても容易に緻密な成形体が製造できる。

すなわち、本発明においては、超高分子量ポリエチレン
自らの熱膨張を利用し、例えば耐熱性芯体と超高分子量
ポリエチレンよりも小さな熱膨張係数を有する材料で超
高分子量ポリエチレンの熱膨張を規制することにより加
圧状態となり、がっ周囲の雰囲気か真空であるために内
部の空気が各帯状体間等から効率よくほぼ完全に抜ける
ため、複雑な超高分子量ポリエチレン成形体であっても
充分に溶融緻密化される。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明をよ
り詳細に説明する。

第１図は本発明の製造法を実施するための装置の一例を
示す概略図である。

第１図において、１は超高分子量ポリエチレンシートを
巻回した円筒体、２は耐熱性芯体、３はガラスクロス、
４は真空容器、５は真空ポンプ、６は冷却器、７は熱電
器、８は真空メーター　９は温度メーター、ｌＯは加熱
媒体を示す。

実施例１ 厚さ　１００μ、幅３００■の超高分子量ポリエチレン
（商品名：白石タフタレックス、日本石油化学■社製）
フィルムを、表面にテフロンコーティング（図示せず）
した鋼製の耐熱性芯体２（外径１２０ａ＋ｗ）にロール
状に巻回した。次いてガラスクロス３をその上から巻き
付けて固定した後に真空容器４内にセットした。真空容
器４に真空ポンプ５、冷却器６、熱電器７、真空メータ
ー８、温度メーター９を接続した後、真空容器４内を絶
対圧力４００　ｍｍ１１ｇに保ち、加熱媒体１０を加熱
して１７０℃で緻密化した。

そして真空状態のまま冷却した後、得られた超高分子量
ポリエチレン円筒体１を耐熱性芯体２ごと真空容器４か
ら取り出し、ガラスクロス３をとり、耐熱性芯体２を抜
き取った。内径１２０■、外径３２０ｍｍ、長さ　３０
０■の超高分子量ポリエチレンの円筒体１か得られた。

得られた円筒体１から試験片を作成し、引張強さ（降伏
点）、引張強さ（破断点）および引張破断点伸び率を測
定した（試験法、＾ＳＴＭ　Ｄ　８３８準拠）。

その結果を第１表に示す。

第　　１　　表 引張強さ（降伏点）　Ｋｇ／ｃｍ２２３０引張強さ（破
断点）　Ｋｇ／　ｃｍ２４１５引張破断点伸び率　　％
　　　　４２０本実施例で得られた超高分子量ポリエチ
レン製円筒体は、内部に気泡が全く存在せず、充分に緻
密化されていた。そして、その物性は従来のラム押出し
成形法で得られるものと同等であった。

［発明の効果］ 本発明の製造法によると、充分な物性を有する緻密な超
高分子量ポリエチレン製円筒体を非常に簡単な装置で容
易にかつ安価に得ることが可能となる。しかも、本発明
の製造法では種々の寸法並びに形状の円筒体を簡便に製
造することがてきる。

例えば、本発明の製造法によると超高分子量ポリエチレ
ンシートから充分緻密なインゴット等の厚肉円筒体を得
ることか可能となる。

また、本発明の製造法によれば、スラリー移送用パイプ
等の薄肉円筒体等も超高分子量ポリエチレンシートまた
は多孔質シートから容易に得ることが可能であり、得ら
れる円筒体は非常に緻密である。

そして、本発明の製造法に必要な設備は、付帯設備費等
を含めても例えばプレス成形機の１１５程度で設置可能
であり、極めて安価である。

さらに、本発明の製造法の場合、超高分子量ポリエチレ
ンのシートを耐熱性芯体に巻回する際にボイドや異物の
目視および除去が可能であり、ボイドや残留応力等の発
生が防止される。

従って本発明は、緻密な超高分子量ポリエチレンからな
るインゴット、パイプ等の円筒体の製造法として好適に
用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造法を実施するための装置の一例を
示す概略図である。 １、超高分子ｊｌポリエチレンシートを巻回した円筒体
、２．耐熱性芯体、３ニガラスクロス、４゜真空容器、
５．真空ポンプ、６．冷却器、７：熱電器、８．真空メ
ーター　９：温度メーター１０、加熱媒体。 特許出願人　日本石油化学株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超高分子量ポリエチレンフィルムまたはシートを複
   数層積層し、該超高分子量ポリエチレンの熱膨張を規制
   して、真空中で溶融緻密化することを特徴とする超高分
   子量ポリエチレンの成形方法。 ２、前記真空が絶対圧力４００ｍｍＨｇ以下である請求
   項１に記載の超高分子量ポリエチレンの成形方法。