JPH082572B2 - 超高分子量ポリエチレンポーラス体の製造方法およびその製品 - Google Patents

超高分子量ポリエチレンポーラス体の製造方法およびその製品

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JPH082572B2 JP2305598A JP30559890A JPH082572B2 JP H082572 B2 JPH082572 B2 JP H082572B2 JP 2305598 A JP2305598 A JP 2305598A JP 30559890 A JP30559890 A JP 30559890A JP H082572 B2 JPH082572 B2 JP H082572B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、超高分子量ポリエチレン材料の微粒子が融
着接合されることにより連通気孔が含まれた集合体とな
るような射出成形方法ならびにそのような射出成形方に
より製造される超高分子量ポリエチレンポーラス体に関
するものである。
（従来の技術） 射出成形機を用いて樹脂材料を溶融するとともに、溶
融された樹脂材料を金型キャビティ内に射出して所定形
状の成形品を得るようにされている射出成形法において
は、射出成形機のノズル先端から金型キャビティ内へ射
出させる樹脂の状態は液状である。この金型キャビティ
内へ射出された液状溶融樹脂を冷却固化させて成形品が
得られるため、この成形品は稠密な固体となっている。
したがって、通常の樹脂材料を使用する射出成形法で
は、樹脂微粒子の集合体で形成されるようなポーラス体
を成形することは困難とされている。
また、微粒子を混入した射出成形法としては、樹脂材
料にセラミック粉末および金属粉末に代表されるような
無機硬質粉末を混入させて射出成形を行う方法もある
が、このような方法によっても、得られる成形品は無機
硬質粉末が樹脂マトリックス中に介在するにすぎず、ポ
ーラス体とはならない。さりとて、前記無機硬質粉末を
残すことによって空孔を生成させようとすれば、このよ
うな成形品を高温で加熱し樹脂分を脱脂させなければな
らず樹脂材料によるポーラス体を得ることはできない。
ところで、射出成形法に適用される通常の樹脂材料と
異って超高分子量樹脂材料、例えば超高分子量ポリエチ
レンを材料として用いる射出成形法では、射出成形機の
ノズル部から金型キャビティ内へ射出される超高分子量
ポリエチレン材料は特異な流動挙動を示す。すなわち、
超高分子量ポリエチレン材料は射出時のせん断速度が或
る値（例えば５×103秒-1）以上となると、溶融した超
高分子量ポリエチレン材料が霧状に噴出されることにな
り、溶融したままで粉末状または綿状で射出されること
が確認されるとともに、このような射出時の挙動に対応
する射出成形手段が提案されている（例えば特開昭51−
81861号公報、特開昭57−169335号公報および特開昭61
−262113号公報）。
（発明が解決しようとする課題） 前述したような従来の技術において、特に超高分子量
ポリエチレン材料の射出成形法についてみれば、特開昭
57−169335号公報により開示される技術および特開昭61
−262113号公報により開示される技術は、共に高せん断
速度でもって金型キャビティ内に綿状で射出された超高
分子量ポリエチレン材料が射出終了後に強く圧縮される
ようになっている。その結果、溶融した綿状の超高分子
量ポリエチレン材料が所定形状となった金型キャビティ
に倣った形状に固化され稠密化することからポーラス体
の成形品は得られない。このことは超高分子量ポリエチ
レン材料を用いてポーラス体を作成する場合の第一の問
題点である。
また、特開昭51−81861号公報には、綿菓子状でキャ
ビティ内に充填された溶融樹脂は、この溶融樹脂の圧縮
を軽度に行えば成形品中には必然的に空隙が形成される
ことが記載されている。しかしこの技術内容は最も好ま
しい形態が多孔質歯車であることから、歯車は稠密な固
化実体であるとともに円盤体表裏面および中心孔部のよ
うな外面は平滑なものとなっている。したがって、特開
昭51−81861号公報により開示される技術内容における
超高分子量ポリエチレン多孔質体の内部に包含される気
孔は独立気孔が少くとも外面に開口する気孔ではない。
その結果、このような多孔質体では、気体または液体が
多孔質体の内部を透過して多孔質体の一面側から多面側
へ移動できず、フィルタまたはキャリヤとして有効なポ
ーラス体とはならないという問題点がある。
本発明は前述したような現況に鑑み、射出成形法によ
り超高分子量ポリエチレン材料を所定形状に成形すると
ともに、射出される超高分子量ポリエチレン材料の射出
時の溶融挙動を利用することにより透過性を有する超高
分子量ポリエチレンポーラス体とするための製造方法を
提案するものである。同時に前記製造方法により得られ
る超高分子量ポリエチレンポーラス体の提供を目的とす
るものである。
（課題を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成するために次のような構成を
要旨とする。すなわち、 射出成形機を用いて所要の形状が得られる金型キャビ
ティ内に超高分子量ポリエチレン材料を射出するに際
し、 （ａ） せん断速度５×104秒-1以上にて超高分子量ポ
リエチレン材料を金型キャビティ内へ射出する射出工程
および （ｂ） 金型キャビティの製品化容積をV0とし、この金
型キャビティ内に射出される超高分子量ポリエチレン材
料の製品化重量をG0とした場合のG0/V0の値が0.5〜0.9
となるように制御する制御工程 を有することを特徴とする超高分子量ポリエチレンポー
ラス体の製造方法となっている。
さらに前述されたような製造方法によって得られるも
ので、 成形体の内部に多数の空孔を有する超高分子量ポリエ
チレン多孔質体において、 射出成形機から高せん断速度をもって金型キャビティ
内に射出される超高分子量ポリエチレン材料の微小分割
が融着接合して成形体を形成するとともに、この成形体
を限定する各外面のうちの少くとも相対する二つの外面
間に連通する多数の連通気孔がその成形体内部に設けら
れる超高分子量ポリエチレンポーラス体であることを特
徴としている。
前述されたような超高分子量ポリエチレンのポーラス
体の製造方法にあっては、射出成形に用いられる金型キ
ャビティの容積が製品化容積V0以上に拡張された金型キ
ャビティに、製品化重量G0に相当する超高分子量ポリエ
チレン材料を射出し、然る後金型キャビディ容積を製品
化容積V0まで圧縮することおよび同じく射出成形に用い
られる金型キャビティの容積を予め製品化容積V0に設定
するとともに、この金型キャビティ内に超高分子量ポリ
エチレン材料を射出し、この射出される超高分子量ポリ
エチレン材料が製品化重量G0に相当する量に達した時に
射出を中断すること等は本発明方法における好適な態様
として挙げることができる。また、本発明方法に使用さ
れる射出成形機として、そのノズル部に開閉バルブが設
置された機種を適用し、このバルブの開閉度の制御によ
り射出成形機から金型キャビティ内への超高分子量ポリ
エチレン材料のバルブ部通過時のせん断速度を調節し、
さらに射出量調節または射出停止を行うことは前記態様
を一層好結果に行うことに貢献する。
本発明の超高分子量ポリエチレンポーラス体は、その
ポーラス体全体にわたって連通孔が分布して得られるも
のに加えて、 前記連通孔は、前記成形体外面および外面に接する成
形体表層部におけるよりも、この成形体中心部および中
心部に近い部分における方がその成形体の単位面積当り
の分布個数が大であることを特徴とする超高分子量ポリ
エチレンポーラス体も得られ、この様な態様のものは本
発明の超高分子量ポリエチレンポーラス体をフィルタま
たは特定関与物のキャリヤとして使用する場合のハンド
リングを容易とし至便なものである。
（作 用） 超高分子量ポリエチレンは分子量が非常に大きい故に
耐薬品性に優れており連通気孔を多数有するポーラス体
とされたものは、種種の物質を濾過するフィルタまたは
反応過程または処理過程中の特定関与物のキャリヤとし
て最適である。一方超高分子量ポリエチレンはその超高
分子量であるが故に成形性が悪く、通常の射出成形法で
は成形が不可能であることから射出成形機から溶融超高
分子量ポリエチレン材料を高せん断速度をもって金型キ
ャビティ内に噴霧状に射出し、金型キャビティを縮小し
て固体化を図ることが行われている。本発明はこの固体
化の段階において、超高分子量ポリエチレン材料の製品
化容積に相当するV0と同じく製品化重量に相当するG0と
に、金型キャビティの容積および超高分子量ポリエチレ
ン材料の射出重量をそれぞれ合致させつつ、しかもそれ
ぞれの値のG0/V0が0.5〜0.9の所定値となるように制御
することにより連通気孔を多数有する超高分子量ポリエ
チレンポーラス体を得ている。
第２図および第３図に示される説明図によれば、金型
キャビティ７が縮小される前のキャビティ７内での溶融
樹脂の状態は、微粒子超高分子量ポリエチレン30の集合
が疎の状態であるため、このまま冷却して成形品をとり
出しても脆いままである。射出完了直後の個個の超高分
子量ポリエチレン微粒子は溶融しているので、キャビテ
ィ７の容積を縮小すれば微粒子同士が接近，接触し、各
微粒子の溶融した表面が互に融着接合する。この時、拡
大して第３図に示されるようにキャビティ７内の微粒子
状超高分子量ポリエチレン30が互に融着接合している間
隙を連通気孔31として残しておかなければ成形品はポー
ラス体として機能しない。微粒子状超高分子量ポリエチ
レンの標準粒子径が200〜300μｍとされ、かつほぼ整粒
分布となることから、粒子間隙を連通気孔とすることは
キャビティ７の容積の縮小量を適度に制御することによ
り確実に行われる。
ポーラス体中に占める連通気孔の割合は次のようにし
て計算される。室温状態での超高分子量ポリエチレンの
密度は0.93g/cm3程度である。成形された後の製品化容
積をV0（cm3）とし、そのものの製品化重量をG0（ｇ）
とすれば連通気孔を含んだ製品化密度ρ０はG0/V0（g/c
m3）として計算される。すなわち、連通気孔の割合は ｛１−G0/（V0×0.93）｝×100（％） となる。成形される形状は所望のものであるから、最終
的にはV0は所定の値であり、連通気孔の割合を調整する
には最終的にはG0の値を制御すれば良いことになる。
また、超高分子量ポリエチレン材料が噴霧状に射出さ
れる直前のキャビティ７の容積をV1とすれば、V1と製品
化容積（キャビティ縮小後の容積）V0との割合V1/V0比
は大きい程全体に均質な粒度分布となるが、粒度分布の
疎密を生じさせた方が好都合なポーラス体ではV1/V0比
は１とることができる。V1/V0比が１である場合はキャ
ビティ７の容積縮小は不要であり、溶融状態の微粒子状
高分子量ポリエチレンの融着接合は射出充填度合いによ
り制御される。
（実施例） 次に本発明の実施の具体例につき図面を参照しつつ説
明する。
第１図に示されるのは、本発明に適用される超高分子
量ポリエチレンポーラス体を製造するための射出成形機
を模型的に表した説明図である。射出成形機のシリンダ
１中にはスクリュー２が内装され、このスクリュー２は
射出シリンダ３により押圧力が付与されシリンダ１内か
ら超高分子量ポリエチレン材料を射出する。射出成形機
の先端を形成するノズル５は、金型６のランナー開口部
に当接するとともにこのノズル５部に設けられたロータ
リーバルブ（閉塞弁）４により金型６のキャビティ７に
射出される溶融超高分子量ポリエチレン材料のバルブ部
通過時のせん断速度を調節するとともに、その射出量を
調節し、或いは射出を中断する構造となっている。な
お、超高分子量ポリエチレン材料をシリンダ１中に供給
するホッパ、シリンダ１を加熱するヒータおよびスクリ
ュー２を回転させる回転モータ等は図示が省略されてい
る。金型６は固定金型６′およびキャビティ７の容積を
可変とする可動金型６″を有し、固定金型６′にはキャ
ビティ７に通ずるゲート32が形成されている。このよう
な射出成形機に後述する各機能を有する制御装置10が付
設されている。以下、第１図に例示されるものにおい
て、11は前記射出シリンダ３のピストンロッド3aを介し
てスクリュー２の軸方向の動きと位置とを測定するスク
リュー位置検出器、12はスクリュー２のストローク設定
器、13はスクリュー２のストローク設定値とスクリュー
位置検出器11による実測値とを比較するための比較器、
14は前記比較器13からの信号によって制御される射出速
度設定器、15は前記比較器13からの信号によって制御さ
れる前記ロータリーバルブ４のバルブ開度設定器、20は
前記スクリューストローク設定器12・射出速度設定器14
・バルブ開度設定器15を備えた制御装置10からの指令信
号により油圧源21から射出シリンダ３への作動油供給量
を制御するための射出速度制御装置、18は前記制御装置
10の指令信号によって制御されるロータリーバルブ４の
駆動装置である。
前述されたような射出成形器を使用し、次に述べる条
件にて超高分子量ポリエチレンポーラス体の射出成形を
行った。
溶融樹脂温度250℃、金型温度70℃、射出時間90/100
秒、射出圧力2000kg/cm2、せん断速度５×104秒-1に設
定し、金型は直径95mm、厚さ６〜12mmのディスク形ポー
ラス体が成形体として得られる範囲の可動コア26を有す
る金型６を用いた。
超高分子量ポリエチレン材料として「ハイゼックスミ
リオン340M」（三井石油化学社製、メルトインデックス
0.01g/10min以下、極限粘度η16.7dl/g）を用いた。
前記超高分子量ポリエチレン材料を前記せん断速度の
ような高せん断速度で射出成形するのであるが、射出前
の金型６のキャビティ７は所望のポーラス体の容積より
も大きい容積を持った状態にある。すなわち、キャビテ
ィ７は圧縮装置22によって圧縮されていない状態とす
る。射出直前にはロータリーバルブ４を閉じられてお
り、ロータリーバルブ４を開くと同時に射出を開始し、
かつ予め設定された射出速度値でスクリュー２を前進さ
せる。このスクリュー２の移動は、差出速度設計器14に
設定された値にて、射出速度制御装置20を指令し、射出
シリンダ３を駆動し、所望のせん断速度をシリンダ１内
で溶融した超高分子量ポリエチレン材料に与えつつ射出
を完了させる。スクリュー２が予め設定された製品化重
量G0に相当する重量の超高分子量ポリエチレン材料が射
出された位置に達するとロータリーバルブ４を閉じる。
このロータリーバルブ４閉止時には金型６のキャビティ
７内における樹脂状態は、第２図に示されるように微粒
子状超高分子量ポリエチレン30が集合した状態となって
いる。なお、前記超高分子量ポリエチレンの射出量は、
予め設定されたスクリューストローク設定器12の値で、
スクリュー２が移動する量によって制御することが可能
である。すなわち、射出開始後はスクリュー２の移動を
スクリュー位置検出器11が検出し、スクリューストロー
ク設定器12によって設定された値と前記スクリュー位置
検出器11によって検出された値とを比較器13にて比較
し、両者の値が一致したとき射出速度制御装置20に指令
して、射出を中止する指令、並びにバルブ駆動装置18に
ロータリーバルブ４を閉じる指令を発している。第１図
に示される金型６の可動金型６″側におけるキャビティ
７形成部材としての可動コア26の背後には圧力室９が設
けられ、この圧力室９内に作動油を注入しておき、前記
制御装置10からの指令により作動する圧縮装置22によっ
てキャビティ７の容積は縮少可能となっている。
前述したようなキャビティ７内に射出されて微粒子の
集合状態となっている超高分子量ポリエチレン材料は、
この射出直後の状態からポーラス体の製品化容積までキ
ャビティ７が縮少されることによって、集合状態の溶融
微粒子は圧縮作用を受け、互に粒子表面層が融着接合す
るとともに融着接合した各微粒子間に空隙部が形成され
る。このような空隙部は成形品の冷却固化および型開き
によって外面に開口部を有して通ずるとともに内部に分
布する連通気孔となり、全体としても透過性を有するポ
ーラス体が得られるのである。
キャビティ７の容積縮少の限度は目的とするポーラス
体の製品化容積V0までであり、この状態に至るまでに射
出が完了された超高分子量ポリエチレン材料の製品化重
量が前記G0である。この実施例ではG0/V0の値が0.8とな
るように最終的な製品化容積V0に対し前記最終的な製品
化重量G0を制御した。G0/V0の値は0.9〜0.5の範囲が適
当で0.9を超えると超高分子量ポリエチレンの密度0.93
に近づき連通気孔が少くて透過性が不足し、0.5未満と
なると超高分子量ポリエチレン材料粉末のかさ比重に近
似し、得られるポーラス体が脆くなる傾向がある。ポー
ラス体がフィルタとして使われるときはG0/V0の値が0.7
〜0.9程度、キャリヤとして使われるときはG0/V0の値は
0.5〜0.7程度が好ましい。
本発明方法で得られるポーラス体40は第３図にその要
部が示されるように、相互に融着接合して、いわゆるボ
ンディング状態にある微粒子状超高分子量ポリエチレン
30と連通気孔31とが、ポーラス体40の全部にわたってほ
ぼ等しい割合で分布している状態のものが得られ易い。
しかし、超高分子量ポリエチレンポーラス体40の製造時
に用いられる金型６のキャビティ７の縮少工程におい
て、進達ストロークが異るデュアルタイプの可動コア26
を採用する等して、いわゆる二段圧縮を行うことにより
微粒子状超高分子量ポリエチレン30と連通気孔31との分
布比率をポーラス体40の各部によって異ったものとする
こともできる。第４図に示されるポーラス体40は、微粒
子状超高分子量ポリエチレンに対する連通気孔の分布比
率が、ポーラス体40の外面に近い部分と中央に近い部分
とで異っている。このポーラス体40は、成形体外面およ
び外面に接する成形体表層部が連通気孔少量部41となっ
ており、成形体中心部および中心部に近い部分が連通気
孔多量部42となっている。このような構成とされたポー
ラス体40は、所要の透過性を有するのみならず、中心部
に近い部分に比べて成形体表層部の機械的強度が優れ、
必要部に限って選択的に強度を向上させたものとなって
いる。その結果、本発明の超高分子量ポリエチレンポー
ラス体が、各種の液体または気体に対するフィルタとし
て用いられ、或いは酵素、触媒、イオンまたは吸着剤等
の特定関与物のキャリヤとして用いられる場合の作業
性、耐用性を高めることができる。
超高分子量ポリエチレンポーラス対を得るための溶融
樹脂の射出製品化重量G0の制御は、射出成形機のノズル
５に設けられたロータリーバルブ４の開閉によることが
有利であるが、ロータリーバルブ４が設けられていない
射出成形機による場合においても、製品化重量G0を射出
した後射出を即座に中断する方法としては、 ａ 射出前の可塑化計量値を一定とし、機械的スクリュ
ー前進位置まで射出する、 ｂ 所定ストローク射出した後、即座に射出圧力を低下
させ、射出を中断する、 ｃ 所定時間だけ射出した後、即座に射出圧力を低下さ
せ、射出を中断する、 ｄ 所定射出圧力まで射出した後、即座に射出圧力を低
下させ、射出を中断する、 等の種種な方法があり、これらの採用によっても本発明
は円滑に実施できる。
（発明の効果） 本発明の超高分子量ポリエチレンポーラス体の製造方
法は、 ａ 射出成形機を用いて製造できること、 ｂ したがって、溶融微粒子状超高分子量ポリエチレン
の粒子径が選択容易なこと、 ｃ したがって、連通気孔を生成し易く、かつ空隙率が
選択し易いこと、 等の効果を有し、得られるポーラス体において、 ｄ フィルタまたはキャリヤとして必須の透過性を有す
るとともに嵌込み枠等を使用しなくてもポーラス体とし
て優れた自立保形性を有する、 ｅ ポーラス体の外形寸法の機械的精度が優れている、 等の効果が著しく、産業上の利用性が大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は発明方法の具体的な一実施例を示す説明図、第
２図は金型キャビティ内に射出された微粒子状超高分子
量ポリエチレンの状態を説明する図、第３図は超高分子
量ポリエチレンポーラス体の組織説明図、第４図は超高
分子量ポリエチレンポーラス体の一実施例を示す説明図
である。 １……シリンダ ２……スクリュー ３……射出シリンダ ４……ロータリーバルブ ５……ノズル ６……金型 ６′……固定金型 ６″……可動金型 ７……キャビティ ９……圧力室 10……制御装置 11……スクリュー位置検出器 12……スクリューストローク設定器 13……比較器 14……射出速度設定器 15……バルブ開度設定器 18……バルブ駆動装置 20……射出速度制御装置 21……油圧源 22……圧縮装置 26……可動コア 30……微粒子状超高分子量ポリエチレン 31……連通気孔 32……ゲート 40……ポーラス体 41……連通気孔少量部 42……連通気孔多量部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:04 Ｃ０８Ｌ 23:00

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】射出成形機を用いて所要の形状が得られる
    金型キャビティ内に超高分子量ポリエチレン材料を射出
    するに際し、 （ａ） せん断速度５×104秒-1以上にて超高分子量ポ
    リエチレン材料を金型キャビティ内へ射出する射出工程
    および （ｂ） 金型キャビティの製品化容積をV0とし、この金
    型キャビティ内に射出される超高分子量ポリエチレン材
    料の製品化重量をG0とした場合のG0/V0の値が0.5〜0.9
    となるように制御する制御工程 を有することを特徴とする超高分子量ポリエチレンポー
    ラス体の製造方法。
  2. 【請求項２】前記金型キャビティの容積が製品化容積V0
    以上に拡張された金型キャティに、製品化重量G0に相当
    する超高分子量ポリエチレン材料を射出し、然る後金型
    キャビティ容積を製品化容積V0まで圧縮することを特徴
    とする請求項１に記載の超高分子量ポリエチレンポーラ
    ス体の製造方法。
  3. 【請求項３】前記金型キャビティの容積を予め製品化容
    積V0に設定するとともに、この金型キャビティ内に超高
    分子量ポリエチレン材料を射出し、この射出される超高
    分子量ポリエチレン材料が製品化重量G0に相当する量に
    達した時に射出を中断することを特徴とする請求項１に
    記載の超高分子量ポリエチレンポーラス体の製造方法。
  4. 【請求項４】前記射出成形機のノズル部に設けられるバ
    ルブの開閉度の制御により、この射出成形機から金型キ
    ャビティ内への超高分子量ポリエチレン材料のバルブ部
    通過時のせん断速度を調節し、さらに射出量調節または
    射出停止を行うことを特徴とする請求項２または３に記
    載の超高分子量ポリエチレンポーラス体の製造方法。
  5. 【請求項５】成形体の内部に多数の空孔を有する超高分
    子量ポリエチレン多孔質体において、 射出成形機から高せん断速度をもって金型キャビティ内
    に射出される超高分子量ポリエチレン材料の微小分割が
    融着接合して成形体を形成するとともに、この成形体を
    限定する各外面のうちの少くとも相対する二つの外面間
    に連通する多数の連通気孔がその成形体内部に設けられ
    ることを特徴とする超高分子量ポリエチレンポーラス
    体。
  6. 【請求項６】前記連通気孔は、前記成形体外面および外
    面に接する成形体表層部におけるよりも、この成形体中
    心部および中心部に近い部分における方がその成形体の
    単位体積当りの分布個数が大であることを特徴とする請
    求項５に記載の超高分子量ポリエチレンポーラス体。
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