JPH0699470A - 超高分子量ポリエチレンの成形方法及び薄肉絶縁電線の製造方法 - Google Patents

超高分子量ポリエチレンの成形方法及び薄肉絶縁電線の製造方法

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JPH0699470A
JPH0699470A JP4253121A JP25312192A JPH0699470A JP H0699470 A JPH0699470 A JP H0699470A JP 4253121 A JP4253121 A JP 4253121A JP 25312192 A JP25312192 A JP 25312192A JP H0699470 A JPH0699470 A JP H0699470A
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JP
Japan
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molding
molecular weight
weight polyethylene
powder blend
thin
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JP4253121A
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Inventor
Masazumi Shimizu
正純 清水
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は成形精度、成形速度及び耐摩
耗性に優れた超高分子量ポリエチレンの成形方法及び薄
肉絶縁電線の製造方法を提供するものである。 【構成】 本発明はポリテトラフルオロエチレンのファ
インパウダー中に、パウダー状の超高分子量ポリエチレ
ンを体積比で最大70%まで配合したパウダーブレンド
を形成すると共に、該パウダーブレンド中に加工助剤を
添加して湿潤化させた組成物を形成し、該組成物をペー
スト押出加工法によって、所定形状に成形することを特
徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は成形精度及び成形速度の
優れた超高分子量ポリエチレンの成形方法及び薄肉絶縁
電線の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、自動車や電子機器等には多くの
絶縁電線が用いられているが、軽量小型化のためには被
覆層の厚さができるだけ薄い絶縁電線が要望されてい
る。しかしながら、この分野の絶縁電線には被覆層とし
てポリ塩化ビニルを主体とした樹脂組成物が用いられて
いるため、薄肉とした時の機械的強度、特に摩耗特性に
劣ることから0.35mm厚程度が薄肉化の限界であ
る。
【0003】そのため、最近では、従来のポリ塩化ビニ
ルを主体とした樹脂組成物に代わって耐摩耗性、耐衝撃
性に優れた超高分子量ポリエチレンが注目を浴びてい
る。
【0004】この超高分子量ポリエチレン(以下、略称
UHMWPEと呼ぶ)は分子量100万以上(800万
程度まで)のポリエチレンを指し、汎用プラスチックと
しての通常のポリエチレンとは区別して扱われる。この
レベルの超高分子量となると耐摩耗性、耐衝撃性共に工
業用プラスチックの中で最も優れることになり、エンジ
ニアリングプラスチックとして極めてユニークな材料と
なる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この超高分
子量ポリエチレンは、従来のポリ塩化ビニル等と比較し
て高分子量に起因する溶融粘度が極めて高いため、通常
のプラスチックで用いられる押出成形や射出成形が極め
て困難である。従って、この超高分子量ポリエチレンか
らなる薄肉絶縁電線は成形加工時の生産性が著しく悪い
といった問題点があった。
【0006】そこで、本発明は上述した問題点を有効に
解決するために案出されたものであり、その目的は成形
精度、成形速度及び耐摩耗性に優れた超高分子量ポリエ
チレンの成形方法及び薄肉絶縁電線の製造方法を提供す
るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第一の発明は、ポリテトラフルオロエチレンのファイ
ンパウダー中に、パウダー状の超高分子量ポリエチレン
を体積比で最大70%まで配合したパウダーブレンドを
形成すると共に、該パウダーブレンド中に加工助剤を添
加して湿潤化させた組成物を形成し、該組成物をペース
ト押出加工法によって、所定形状に成形することを特徴
とする超高分子量ポリエチレンの成形方法であり、第二
の発明は上記組成物をペースト押出加工法によって、所
定形状のパウダブレンド成形品を成形した後、該パウダ
ブレンド成形品をポリエチレンの融点以上で熱処理する
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。また、パウダー状の超高分子量ポリエチレンとポ
リテトラフルオロエチレンを配合したパウダーブレンド
を形成すると共に、該パウダーブレンド中に加工助剤を
添加して湿潤化させた絶縁組成物を形成し、該絶縁組成
物をペースト押出加工法によって、導体上に絶縁厚35
0μm以下に押出被覆することを特徴とする薄肉絶縁電
線の製造方法である。
【0008】本発明で用いる超高分子ポリエチレンと類
似の成形困難性を有する工業用プラスチックとしては、
ポリテトラフルオロエチレン(以下、略称PTFEと呼
ぶ)が挙げられる。このPTFEもUHMWPEと同様
分子量数百万位の超高分子量を有しており、溶融粘度も
1011〜1013poiseと大きいために溶融成形はで
きない。これに対して種々の成形方法が採られている
が、薄膜やチューブ、電線等に適用されているのは、フ
ァインパウダーのペースト押出法である。この方法はP
TFEファインパウダーに予め押出助剤を含浸、放置し
て湿潤PTFEとし、これを加圧成形してビレットを作
製する。このビレットを、ダイスをセットした加圧用シ
リンダに投入して加圧押出成形するものである。通常の
スクリュー押出成形のように連続成形ではなく、バッチ
成形だがPTFEの良好な塑性変形性のために成形の精
度はかなり良好である。しかし、UHMWPEを押出助
剤で湿潤させて、PTFEと同様なペースト押出成形を
行うことは極めて困難であることが分かった。成形は全
く不可能というわけではないが、UHMWPEに関して
は、既に三井石油化学が一軸押出成形及び射出成形の新
技術を開発している(白木武:プラスチックス,41
[3]99−104(1990))。一軸押出機の場
合、スクリューの圧縮比を従来の1/2と小さく、さら
に緩圧縮タイプとして背圧を減少させ相対的に推進力を
アップして閉塞状態を防止することによって高粘度とバ
ランスする押出状態を保持できる。丸棒の押出量で15
〜30Kg/h、剪断速度に換算して0.01〜1se
-1である。
【0009】また、射出成形は押出成形とは原理的に異
なるもので、剪断速度10sec-1以上のフラッシュフ
ロー(非連続流動状態)で行う。射出終了後の後圧縮で
欠陥部を消滅させることが特徴である。PTFEにこの
射出成形法を適用しても成形時の焼結が生じないため
に、うまくいかない。
【0010】押出成形法に関していえば、汎用プラスチ
ックの一般的な押出成形の剪断速度は数百sec-1であ
るから、100分の1以上の遅い成形速度であることが
分かる。これは正確に溶融粘度の差に起因している。さ
らに成形速度以外の欠点としては、成形精度においても
汎用プラスチックと比較してかなり劣るものと考えられ
るが、これは溶融粘度以外の要因も関係している。
【0011】本発明は超高分子量ポリエチレンをポリテ
トラフルオロエチレンのペースト押出法で検討した結
果、PTFEの場合と同じ圧力では押出成形できないと
いう知見に基づいている。
【0012】つまり超高分子量ポリエチレンを溶融粘度
に左右されない成形方法で押出成形できないか、それが
うまくいけば、汎用プラスチックの溶融押出成形に近い
成形速度が得られるのではにかという発想に基づいてい
る。しかし、UHMWPEの塑性加工性は予想に反し
て、PTFEよりかなり劣るという事実が判明したわけ
である。そこで、PTFEのファインパウダに適用され
るペースト押出法のペーストにUHMWPEを配合して
していき、PTFEのペースト押出法の場合とほぼ同じ
成形法が保持される限界点を調べた結果、PTFEの密
度が0.93g/cm3 とし、PTFEの密度を2.2
g/cm3 とした場合、体積比で7:3であることが分
かった。
【0013】この範囲内であれば、通常のPTFEファ
インパウダのペースト押出と全く同様な成形精度と成形
速度を得ることができる。
【0014】また、超高分子量ポリエチレンとは分子量
100万程度以上のものを繁用プラスチックである通常
のポリエチレンと区別していうもので耐衝撃性と耐摩耗
性が工業用プラスチックの中で最も優れている。しか
し、高分子量に起因する溶融粘度の高さのために、成形
性が極めて悪く、電線・ケーブルに応用された例は今の
ところない。実際、本発明のように機器配線用絶縁電線
に対して従来の押出法で検討してみると、押出成形の精
度及び速度の点で大きな困難のあることが分かった。
【0015】しかし、本発明者は耐摩耗性の優れた超高
分子量ポリエチレンをなんとか薄肉絶縁電線に成形でき
ないものかと鋭意検討した結果、超高分子量ポリエチレ
ンは単独では、PTFEで実用されているペースト押出
法の適用は難しいが、PTFEのファインパウダーとの
パウダーブレンドにすると、PTFEの良好な塑性加工
性に助けられて薄肉絶縁電線に成形できることを見出だ
したものである。
【0016】ポリテトラフルオロエチレンとはしては乳
化重合によって作られるディスパージョンより分離した
テイラフルオロエチレンのホモポリマーで、乳白色をし
たファインパウダーが必要である。この場合、超高分子
量のホモポリマーであるということが、PTFEの優れ
た塑性変形性を与えるのである。
【0017】超高分子量ポリエチレンとしては分子量1
00万以上のエチレンのホモポリマであることが必要
で、重量比で最低30%が必要である。また、加工助剤
としてはPTFEのペースト押出法に一般的に用いられ
るものの他にフロリナートという商品名で知られる不活
性液体を用いてもよい。
【0018】配合量はやはりPTFEのペースト押出法
において、PTFEに対して一般的に行われているレベ
ル、つまり全てパウダブレンドに対して10〜30%の
範囲でよいが、これはスムーズな押出成形が達成されれ
ばよいのであって特にこの範囲である必要はない。
【0019】最後に、本発明の効果を充分得るためには
成形後、材料として用いたポリエチレンの融点以上の温
度で、製品が設定温度に上昇してから、最短で約5分保
持する必要がある。この熱処理はブレンドに対して、特
性の向上に寄与する本質的変化(アロイ化)をもたらし
ているものと考えられる。
【0020】
【作用】本発明は上述したような構成であるため、第一
及び第二の発明では成形精度及び成形速度に優れた超高
分子量ポリエチレンからなるパウダブレンド成形品を得
ることができ、また、第三の発明では350μm以下の
極めて薄い絶縁厚で、汎用プラスチックでは得ることの
できない顕著な耐摩耗性を備えた薄肉絶縁電線を得るこ
とができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の一実施例を詳述する。
【0022】(実施例1)PTFEのファインパウダ
(ポリフロンF−104:ダイキン工業製品)35gに
UHMWPE(ハイゼックスミリオン340M:三井石
油化学工業製品)15gに対し、加工助剤としてフロリ
ナートFC−71(3M製品)8.8gを添加し、室温
で過剰な剪断が掛からないようにして充分、分散及び湿
潤させ、これを室温で一昼夜放置した後、フローテスタ
(島津製作所製品)のシリンダにピッタリ挿入できる寸
法の円柱状のビレットを加圧成形し、このビレットをフ
ローテスタによって温度120℃、荷重380Kgfで
押出し、1×4mmの断面を有するテープを作製した。
この際、PTFEファインパウダのペースト押出条件と
の相違は押出温度だけであり(PTFEの押出温度は6
0℃)、外観及び押出速度はほぼ同じであった。また、
この押出テープの組成は、体積比ではPTFE:UHM
WPE=1:1.05である。
【0023】次に、この押出テープをUHMWPEの融
点(146℃)以上の180℃で30分熱処理した後、
機械的特性を測定した結果、元のUHMWPE、つまり
ハイゼックスミリオン340Mのカタログ値とほぼ同じ
特性を示した。
【0024】さらに、この押出テープはPTFEの融点
まで安定した形状を示した。しかし図1に示すように、
DSCを調べるとUHMWPEの融点と思われるピーク
は約24℃低下していることが分かった、この事実から
UHMWPEはPTFEとの界面から強い影響を受けて
結晶成長しているが、PTFEのバルクとしての性質は
変わっていないものと考えられる。
【0025】これだけの事実ではその本質を明らかにす
ることは難しいが、本発明者はこの事実をPTFEの結
晶粒の表面にUHMWPEがエピタキシャル成長したも
のと考える。
【0026】尚、PTFEとPEとが互いにエピタキシ
ャル成長しうる事実はすでに知られている(T.Tak
ahasi,F.Teraoka and I.Tsu
jimoto:J.Macro−mol.sci.−p
hys.,B12(3),303〜315(197
6))。
【0027】次に、上記発明方法を用いた薄肉絶縁電線
について説明する。 (実施例2)ポリテトラフルオロエチレンとしてダイキ
ン工業製ポリフロンTFEファインパウダーF−104
(粒子径約500ミクロン)、また、超高分子量ポリエ
チレンとしては三井石油化学製ハイゼックスミリオン3
40M(分子量450万)をPTFE:UHMWPE=
1:1(重量比)で配合し、これらのパウダブレンドに
対して加工助剤として、3M製フロリナートFC−71
を重量比で15%添加して、過剰な剪断がかからないよ
うな方法で充分攪拌振とう後、ペースト押出用成形機の
シリンダーにピッタリ合うような大きさのビレットを成
形した。このビレットの形状は円柱状の円形断面の中央
に芯線を通すための孔が開けられた円筒状のものであ
る。
【0028】このビレットを材料として、図2に示すよ
うに外径0.72mmの軽圧縮軟銅撚線導体1上に、押
出の後加工の熱処理後の被覆層が200μmとなるよう
押出被覆して絶縁層2を形成して電線を作り、実施例1
の試料とした。なお、熱処理は180℃×30分に相当
する条件で行った。
【0029】摩耗試験は自動車用低圧電線の規格である
JASO−D−611のスクレープ(ブルード)試験に
準じた。すなわち、図3(A)に示すように試料である
電線を試験台3上にクランプ4で固定し、往復駆動試験
機5の左右に往復動する腕部材6の先端に固定したブル
ード7により電線の導体1周囲の被覆層2の表面に、エ
ッジ半径0.123mmの刃(ブレード)を当てる。こ
のブレード7は図3(B)に示すように、その先端部7
aは尖っており、上から510gの錘で加重している。
そして10mmのストロークを毎分60回の速さで左右
に往復させ、被覆層2が摩耗し、先端部7aが導体1に
接触するまでの回数を測定して、この回数から150回
以上耐えるものを合格とするものである。また、押出性
の評価は、押出作業性の良否及び得られた電線の目視観
察により行った。この結果、押出温度は120℃で、加
工性は良好であった。また、耐摩耗性は530回であ
り、充分な耐摩耗性を示した。
【0030】(実施例3)UHMWPEとして、ハイゼ
ックスミリオン145Mを用い、実施例2と全く同じ方
法で検討した結果、実施例2と同様に押出温度は120
℃で、加工性は良好であった。また、耐摩耗性は305
回であり、良好な耐摩耗性を示した。
【0031】(実施例4)UHMWPEとして、ハイゼ
ックスミリオン240Mを用い、実施例2と全く同じ方
法で検討した結果、実施例2と同様に押出温度は120
℃で、加工性は良好であった。また、耐摩耗性は412
回であり、良好な耐摩耗性を示した。
【0032】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、超
高分子量ポリエチレンの成形精度及び成形速度が向上す
るため、350μm以下の極めて薄い絶縁厚で、耐摩耗
性に優れた薄肉絶縁電線の生産性が向上する等といった
優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る試料を熱処理した際の特性を示す
グラフ図である。
【図2】本発明の薄肉絶縁電線を示す拡大断面図であ
る。
【図3】(A)は本実施例で用いた耐摩耗試験方法を示
す概略図である。(B)は耐摩耗試験機のブレード先端
部の形状を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
1 導体 2 絶縁体
───────────────────────────────────────────────────── 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 B29K 105:22 B29L 31:34 4F

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリテトラフルオロエチレンのファイン
    パウダー中に、パウダー状の超高分子量ポリエチレンを
    体積比で最大70%まで配合したパウダーブレンドを形
    成すると共に、該パウダーブレンド中に加工助剤を添加
    して湿潤化させた組成物を形成し、該組成物をペースト
    押出加工法によって、所定形状に成形することを特徴と
    する超高分子量ポリエチレンの成形方法。
  2. 【請求項2】 上記組成物をペースト押出加工法によっ
    て、所定形状のパウダブレンド成形品を成形した後、該
    パウダブレンド成形品をポリエチレンの融点以上で熱処
    理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。
  3. 【請求項3】 パウダー状の超高分子量ポリエチレンと
    ポリテトラフルオロエチレンを配合したパウダーブレン
    ドを形成すると共に、該パウダーブレンド中に加工助剤
    を添加して湿潤化させた絶縁組成物を形成し、該絶縁組
    成物をペースト押出加工法によって、導体上に絶縁厚3
    50μm以下に押出被覆することを特徴とする薄肉絶縁
    電線の製造方法。
JP4253121A 1992-09-22 1992-09-22 超高分子量ポリエチレンの成形方法及び薄肉絶縁電線の製造方法 Pending JPH0699470A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0791938A1 (fr) 1996-02-23 1997-08-27 Fileca-Foptica Procédé et installation de fabrication de câbles électriques isolés à revêtement mince
JP2007185931A (ja) * 2006-01-16 2007-07-26 Daikin Ind Ltd ポリテトラフルオロエチレン樹脂製中空成形体及びその製造方法
US10196577B2 (en) 2015-09-30 2019-02-05 Celanese Sales Germany Gmbh Low friction squeak free assembly

Cited By (4)

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