JPH0516211A - 超高分子量ポリエチレンチユーブの製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内径の寸法精度に優れた超高分子量ポリエチ
レンチューブを得ることができる方法およびその方法に
好適に用いることができる製造装置。 【構成】 超高分子量ポリエチレンをスクリュー押出機
で溶融して、ダイから押出して円筒状の粗成形物に成形
し、該円筒状の粗成形物を、少なくともインナーダイ外
径より細い内径規制コアに接触するように、押出速度の
１．１倍以上の引取速度で引取りながら縮径させるとと
もに、該内径規制コアの長手方向の中間部分において超
高分子量ポリエチレンが冷却固化を開始するようにする
工程を含む超高分子量ポリエチレンチューブの製造方
法、およびその製造装置。

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
チューブの製造方法およびその製造装置に関し、特に、
内径の寸法精度に優れた超高分子量ポリエチレンチュー
ブを得ることができる方法およびその方法に好適に用い
ることができる製造装置に関する。

【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、低温衝撃強度、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。例え
ば、超高分子量ポリエチレン製のチューブは、粉粒体の
輸送管、低温冷媒用チューブ、自動車用のコントロール
ケーブルライナー等に用いられている。

【０００３】この超高分子量ポリエチレンからなるチュ
ーブの製造は、従来、圧縮成形による方法や超高分子量
ポリエチレンの丸棒を機械研削する方法などによって行
われている。しかし、これらの方法では、不定長のパイ
プが得られないばかりでなく、コストがかかり、経済的
に製造することが困難であった。

【０００４】そこで、超高分子量ポリエチレン製フレキ
シブルチューブを製造する方法として、超高分子量ポリ
エチレンをスクリュー押出機で溶融し、マンドレルがス
クリューの回転に伴って回転するＬ／Ｄが５以上のチュ
ーブダイから溶融押出成形する方法が提案されている。
（特公平２−３１２７０号公報）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特公平２−３
１２７０号公報に記載の方法は、粗成形物を引取機で引
伸しながら縮径するものであり、引取速度を調整するこ
とによって目標寸法のチーュブが得られる。さらに外径
を規制するサイザーを用いることもあるが、内径を正確
に規制できる方法でないため、得られる超高分子量ポリ
エチレンチューブは内径の寸法精度のバラツキが大きい
ものであった。例えば、長手方向に一定間隔で測定され
た内径寸法のパラツキが平均値に対して±１〜４％あ
り、内径の寸法精度に優れた超高分子量ポリエチレンチ
ューブを得ることができなかった。

【０００６】そこで本発明の目的は、内径寸法のバラツ
キが平均値に対して±１．０％以下である内径の寸法精
度に優れる超高分子量ポリエチレンチューブを得ること
ができる方法を提供し、さらにこの方法に好適に用いる
ことができる製造装置を提供することにある。

【０００７】

【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チューブの製造
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、アウターダイと該アウターダイの内部に
配設されたインナーダイとからなり、該インナーダイが
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、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、少なくともインナー
ダイ外径より細い内径規制コアに接触するように、押出
速度の１．１倍以上の引取速度で引取りながら縮径させ
るとともに、該内径規制コアの長さ方向の中間部分にお
いて超高分子量ポリエチレンが冷却固化を開始するよう
にする工程を含む超高分子量ポリエチレンチューブの製
造方法を提供するものである。

【０００８】また、本発明は、前記超高分子量ポリエチ
レンチューブの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、外径が少なくと
も前記インナーダイの直径より小さく、前記ダイから押
出された粗成形物が引取によってチューブに縮径して接
触する部位から先端までが同一外径に形成された内径規
制部材とを有する内径規制コアと、前記内径規制コアの
長手方向の中間部以降において超高分子量ポリエチレン
を強制冷却する手段とを有する超高分子量ポリエチレン
チューブの製造装置を提供するものである。

【０００９】以下、本発明の超高分子量ポリエチレンチ
ューブの製造方法およびその製造装置について、詳細に
説明する。

【００１０】本発明の超高分子量ポリエチレンチューブ
の素材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。

【００１１】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−エイコセン等
が挙げられる。

【００１２】この超高分子量ポリエチレンは、チューブ
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、肉厚の均一なパイプ状の粗成
形物が得られる点で、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である。

【００１３】以下、本発明の方法の詳細について、図１
〜３に示す本発明の超高分子量ポリエチレンチューブの
製造装置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。

【００１４】図１に示す超高分子量ポリエチレンチュー
ブの製造装置は、基本的にスクリュー押出機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
された内径規制コア３と、チューブを冷却する水槽４
と、引取機５と、巻取機６とを有するものである。

【００１５】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７と、該溝付シリンダー７に内挿さ
れたスクリュー８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９を有するものであ
る。

【００１６】溝付シリンダー７の内径は、所望の外径の
チューブが得られるように、後段の外径規制部材の内径
と対応して、適宜選択される。この溝付シリンダー７の
長さ（Ｌ／Ｄ）は３〜１０、好ましくは５〜８である。
また、溝付シリンダー７には、シリンダーの内周面に下
流方向に向かって直線的に８〜１２本の溝が等間隔に刻
設されている。溝の断面形状を、角形もしくは半円形と
すると、押出機内における超高分子量ポリエチレンの溶
融物の推進を円滑にすることができるため、好ましい。

【００１７】また、スクリュー８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％程度である。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８の回転数は、通常、１０〜３０
ｒ．ｐ．ｍ．程度である。

【００１８】また、ホッパー９は、原料が粉体である場
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込み不良を防止できる点
で、二段ホッパーが好ましい。

【００１９】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加熱溶融するために、
電熱ヒーターを有する加熱バレル１０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１１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３４
０℃以下の温度、好ましくは１６０〜３３０℃に調節さ
れる。

【００２０】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１２とアウターダイ１３とから構成さ
れ、アウターダイ１３内にインナーダイ１２が内挿され
ている。インナーダイ１２はスクリュー押出機１のスク
リュー８の先端１４に連結され、スクリュー８の回転と
ともに回転する。また、アウターダイ１３は、スクリュ
ー押出機１の加熱バレル１０の先端１５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１２
は、スクリュー８の回転とともに回転するので、内部を
流通する超高分子量ポリエチレンとの滑りを良くするた
めに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、加熱ヒーター１６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。

【００２１】本発明の製造装置において、ダイ２のイン
ナーダイ１２には、図３に拡大図を示す内径規制コア３
が連設されている。内径規制コア３は、インナーダイ１
２の先端１７に連結されているシャフト１８と、該シャ
フト１８に遊嵌されている内径規制部材１９とを有す
る。インナーダイ１２の先端１７に連結されたシャフト
１８は、スクリュー８に連結されているインナーダイ１
２とともに回転する。このシャフト１８の外径は、通
常、２．０〜２０ｍｍ程度で、インナーダイの外径より
も小さく、長さは、通常、２００〜５００ｍｍ程度であ
る。

【００２２】また内径規制部材１９は、軸受２０により
シャフト１８に遊嵌され、シャフト１８と同調して回転
しないようにシャフト１８に装着されている。この内径
規制部材１９の長さは、通常、１５０〜４５０ｍｍ程度
であるが、引取速度を速くして細いチューブを製造する
のに応じて、長くすれば、得られるチューブの内径の寸
法が安定するので、好ましい。

【００２３】この内径規制部材１９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からなる粗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。

【００２４】また、本発明の製造装置は、図１に示すよ
うに、引取機５を有するものである。この引取機５は、
超高分子量ポリエチレンチューブの引取方向に直列に２
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、真円度に優れたチューブが得られる点で、ロールの
表面に製品チューブに対応した溝を刻設してあるもの
が、好ましい。

【００２５】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
内径の良好なチューブが得られるように、適宜選択され
た内径規制コア３の中間部に粗成形物が接触するよう
に、引取速度を適正に設定して縮径させる。また、この
内径規制部材１９の断面外形を適宜選択すれば、その断
面外形に応じた断面内形を有する異型チューブを製造す
る事も可能である。例えば、内径規制部材の断面外形が
矩形、楕円等の形状を有する内径規制コアを使用すれ
ば、断面内形が矩形、楕円等の形状である異型チューブ
を製造することもできる。

【００２６】本発明の方法においては、内径規制コアに
よる成形に際して、内径のバラツキが小さいチューブが
得られるように、内径規制コア３によって成形されるチ
ューブが内径規制コア３の内径規制部材１９の中間部に
おいて冷却固化を開始するように調整される。この冷却
固化の開始点が内径規制部材１９の中間部に位置するよ
うにする調整は、ダイ２における粗成形物の押出速度、
引取機による引取速度あるいは空気または水による冷却
を施す位置を適宜選択することにより、行うことができ
る。例えば、内径規制部材１９に接触しながらチューブ
が引き取られるときに、内径規制コア３の先端が冷却水
槽４に浸入されるように冷却水槽４を配設すれば、チュ
ーブの冷却が十分に行われるため、好ましい。

【００２７】縮径されて形成されたチューブは、さらに
冷却水槽４にて冷却されながら、引取機５によって引き
取られる。この引取機５における引取速度は、粗成形物
が所定の内径になるように適宜選択された内径規制部材
１９の長手方向の中間部で接触するように調整される。

【００２８】引取機５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チューブは、巻取機６によ
り、所要の長さに巻き取ることができる。この巻取機６
は、例えば、脱着可能なドラムを有する常用の装置を用
いることができる。

【００２９】本発明の方法によって得られる超高分子量
ポリエチレンチューブは、通常、外径（Ｄ）３．５ｍｍ
以上、肉厚（ｔ）０．１ｍｍ以上のものであり、圧縮応
力などによる変形が予防できるという点で、外径（Ｄ）
３．５〜２５ｍｍ、肉厚（ｔ）０．２〜４ｍｍのものが
好ましい。また、この外径／肉厚（Ｄ／ｔ）の比は３５
以下であり、優れた剛性を保持する点で、６〜１５であ
るものが好ましい。

【００３０】本発明の超高分子量ポリエチレンチューブ
は、内面の肌が滑らかで、内径寸法のバラツキが平均値
に対して±１．０％以下のものである。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を挙げ、
本発明を詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超え
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。

【００３２】（実施例１）図１に示すチューブの製造装
置と同じ構成を有し、各部の仕様が下記のとおりである
装置を用いて超高分子量ポリエチレンチューブを製造し
た。 押出機：スクリュー外径 ３０ｍｍφ スクリュー有効長さ（Ｌ／Ｄ） ２２ フライトピッチ １８ｍｍ スクリュー圧縮比 １．８ ダイ：ダイ長さ ７５０ｍｍ ダイ出口におけるアウターダイ内径 ２０ｍｍφ ダイ有効長さ（Ｌ／Ｄ） ３７．５ インナーダイ外径 １５ｍｍφ インナーダイ先端に連結された内径規制コア：アルミニ
ウム金属で一体成形された、円筒状の内径規制部材を有
し、表面がテフロンコーティングされている。 内径規制部材：外径 ５ｍｍφ 長さ ３５０ｍｍ さらに、この装置は、超高分子量ポリエチレンの粗成形
物を冷却する冷却水槽、ロール式引取機および巻取機を
有する。

【００３３】この装置に、超高分子量ポリエチレン
（〔η〕：１５．１ｄｌ／ｇ、融点：１３６℃、嵩比
重：０．４３ｇ／ｃｃ）の粉末樹脂（三井石油化学工業
（株）製、ハイゼックスミリオン２４０Ｍ）を供給し、
水冷バレル（Ｃ₁ ）、および３ゾーン（Ｃ₂ ，Ｃ₃ ，Ｃ
₄ ）に分けた加熱バレルにおける温度を、それぞれ２０
℃、２９０℃、３３５℃および３３５℃に調整し、また
３ゾーン（Ｄ₁ ，Ｄ₂ ，Ｄ₃ ）に分けたダイの温度をそ
れぞれ２３０℃、１８５℃および１６８℃に調整し、ス
クリュー回転数１２ｒｐｍ、押出速度１８ｃｍ／ｍｉｎ
で粗成形物を押出成形した。押出される円筒状の粗成形
物を冷却水槽に通し、３５ｃｍ／ｍｉｎの速度で回転す
るロールを備えるロール式引取機に誘導した後、引取速
度を徐々に速くして粗成形物を縮径し、円筒状の内径規
制部材の長手方向の中間部で粗成形物が内径規制部材と
接触するように引取速度を調整した。最終的な引取速度
は１．８ｍ／ｍｉｎであった。

【００３４】次いで、内径規制コアの先端から１０ｃｍ
までが冷却水に浸入するように、冷却水槽の位置を調
整、固定し、チューブの製造を続け、外径６．５ｍｍ
φ、内径５．０ｍｍφの超高分子量ポリエチレンチュー
ブを得た。

【００３５】得られた超高分子量ポリエチレンチューブ
の内径寸法のバラツキを、下記の方法にしたがって測定
した。結果を表１に示す。

【００３６】内径寸法の測定 超高分子量ポリエチレンチューブを、約２０ｃｍの長さ
に鋭利な刃物で斜めに切断しながら連続して２０本の試
料を採取した。得られた試料について、それぞれの一端
部の内径を、ピンゲージ（（株）アイゼン製）を用いて
１／１００ｍｍ単位で測定し、内径の平均値とバラツキ
を計算した。

【００３７】（比較例１）押出機から得られる粗成形物
を、内径規制コアを使用せず、そのまま冷却水槽の入口
に設けた６．５５ｍｍφの外径規制サイザーによって成
形した以外は、実施例１と同様にして外径６．５ｍｍ
φ、内径５．０ｍｍφの超高分子量ポリエチレンチュー
ブを製造し、その内径寸法のバラツキを測定した。結果
を表１に示す。

【００３８】

【００３９】

【発明の効果】本発明の方法によれば、内径の寸法精度
に優れる超高分子量ポリエチレンチューブを得ることが
できる。得られる超高分子量ポリエチレンチューブは、
超高分子量ポリエチレンの有する優れた耐摩耗性、自己
潤滑性、低温衝撃強度、耐薬品性を生かして、穀物、鉱
石、プラスチック等の粉粒体の空気輸送チューブ、ある
いは冷媒として用いられる液体窒素の輸送チューブ、ま
た、自動車、モーターボート、自転車等のコントロール
ケーブルライナー、搬送ラインのガイドレールカバー等
にも好適に用いることができる。特に、コントロールケ
ーブルライナーとして不良率の低減、性能向上が期待で
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チューブの
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チューブの
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チューブの
製造装置の内径規制コアを説明する図。

【符号の説明】

１ スクリュー押出機 ２ ダイ ３ 内径規制コア ４ 冷却水槽 ５ 引取機 ６ 巻取機 ７ 溝付シリンダー ８ スクリュー ９ ホッパー １０ 加熱バレル １１ 水冷バレル １２ インナーダイ １３ アウターダイ １４ スクリュー８の先端 １５ 加熱バレル１０の先端 １６ 加熱ヒーター １７ インナーダイ１２の先端 １８ シャフト １９ 内径規制部材 ２０ 軸受け ２１ ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 23:22 4Ｆ

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チューブの製造
   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、 アウターダイと該アウターダイの内部に配設されたイン
   ナーダイとからなり、該インナーダイがスクリュー押出
   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、Ｌ／Ｄ比が少なくとも１
   ０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、少なくともインナーダイ外径よ
   り細い内径規制コアに接触するように、押出速度の１．
   １倍以上の引取速度で引取りながら縮径させるととも
   に、該内径規制コアの長手方向の中間部分において超高
   分子量ポリエチレンが冷却固化を開始するようにする工
   程を含む超高分子量ポリエチレンチューブの製造方法。
2. 【請求項２】 超高分子量ポリエチレンチューブの製造
   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、外径が少なくとも前記インナーダイの直径より小
   さく、前記ダイから押出された粗成形物が引取によって
   チューブに縮径して接触する部位から先端までが同一外
   径に形成された内径規制部材とを有する内径規制コア
   と、 前記内径規制コアの長手方向の中間部以降において超高
   分子量ポリエチレンを強制冷却する手段とを有する超高
   分子量ポリエチレンチューブの製造装置。