JPH085078B2 - 超高分子量ポリエチレンから成形品を製造する方法 - Google Patents

超高分子量ポリエチレンから成形品を製造する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、粉末状超高分子量ポリ
エチレン(PE-UHMW) から成形品を製造する方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超高分子量ポリエチレンとは、低圧法に
よって得られ、そして少なくとも 1×106 g/mol 、特に
2.5×106 g/mol 〜 1×107g/mol以上の粘度計測法で測
定された平均モル分子量を有する直鎖状ポリエチレンで
あると解される。前述の分子量の決定のために使用され
た方法は、例えば“CZ-Chemishe Technik 4(1974),129
以降" に記載されている。
【０００３】PE-UHMW はポリエチレンの中で特別な位置
を占めるものである。PE-UHMW はそれに多様の利用可能
性を開く、際立っている一連の物理学的な特徴を有して
いる。他の材料と比較して、その高い耐磨耗性、その低
い摩擦係数及びその優れた強靱性は特に強調することが
できる。その上、多数の化学薬品に対して著しく安定し
ている。
【０００４】その有利な、機械的、熱的及び化学的性質
のため、PE-UHMW はその様々な利用分野において高価値
の特殊な材料として採用されてきた。その実例には繊維
工業、機械製造、化学工業及び鉱業がある。
【０００５】しかし超高分子量ポリエチレンの多様の適
用可能性には、その加工においての困難に基づく限界が
ある。つまり低分子量型のポリエチレンとは反対に、超
高分子量生成物は、その極度に高い溶融粘度のためプレ
ス成形機及びスクリュー- あるいはラム押出成形機によ
ってしか加工できない。多くの場合、プレス成形- 及び
押出成形加工は、切削によって所望の成形部品を製造し
なければならない半製品しかもたらさない。
【０００６】PE-UHMW から固体の物品を製造する方法は
ドイツ特許出願公開第 2425396号明細書に記載されてい
る。そこでは、粉末状の使用材料から出発し、その粒子
は 0.8よりも小さい分布関数 (これはある数の粒度間隔
の場合の粒子数を数えることによって算出できる) にお
いて 100μm よりも小さい平均粒度を有する。この粉末
は、ポリエチレンの結晶質融点以下の温度において、少
なくとも 140kg/cm2の圧力の下で固体の予備成形品にプ
レス成形される。圧力を開放した後、結晶質融点よりも
高い温度の下でこの予備成形品を焼結する。重合プロセ
スからの超高分子量ポリチレンは通常 100μm を超える
サイズの粒子を含むので、この加工方法においては出発
材料を適当な処置、例えば微粉砕によって細かく砕く必
要がある。公知の加工方法の更なる欠点は成形品が均質
に充分に可塑化しない点にある。それ故、成形品は使用
する温度に依存して焼結工程の間に延び得る。この現象
は予備成形品がプレス成形機の外で焼結されることに原
因がある。この結果、物理的性質は再現できないもので
あり、そして非常にばらつきがある。更に成形品の厳密
な寸法安定性は保証されない。
【０００７】少なくとも 100万の分子量を持つ粉末状ポ
リオレフィンから成形品を製造する他の方法がドイツ特
許第 2634535号の対象である。この粉末状重合体は 150
〜250 ℃、好ましくは 190〜210 ℃において、雄型によ
ってゆるく閉められた型中でゴム弾性の状態にされる。
次いで直ぐさま型中で、第一段階において 2.5〜25N/mm
2 の加圧の下で少なくとも 2分間、次いで第二段階にお
いて40〜100N/mm2の加圧の下で少なくとも 1分間圧縮
し、次いで型中でこの成形品を無加圧状態で冷却させ
る。この方法は実施において十分に証明されているが、
しかし簡単な幾何学的形態の成形品の製造しか可能とし
てない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】それ故、本発明の課題
は公知方法の欠点及び限界を伴うことなしに、超高分子
量ポリエチレンから複雑な形の成形品でさえ製造できる
方法を提供することである。特に、完全に均質であり、
かつ同一の一般的な物理的性質を有する製品を提供する
という要求を満足させるべきである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は粉末状超高分子
量ポリエチレンから成形品を製造する方法によって前述
の課題を解消した。本発明は、雄型によってゆるく閉め
られた型中で、無加圧状態または 0.5MPa までの加圧の
下において 160〜280 ℃に加熱され、次いで 4〜20MPa
の加圧の下において室温に冷却されることに特徴があ
る。
【００１０】該新規方法は、様々な及び更に要求の多い
幾何学的形態の成形品をPE-UHMW から製造することを可
能にする。この成形品は均質性及び寸法安定性が高いこ
とが特徴である。
【００１１】出発材料としては、その製造法に関わらず
全種類の粉末状超高分子量ポリエチレンが適している。
したがって、元素周期系の 1〜3 族の有機金属化合物と
共に元素周期系の 4〜6 族の遷移金属の存在下でチーグ
ラー法に従ってエチレンを重合することによって得られ
る重合体が加工できる。しかし同様に、クロムオキシド
及びアルキル金属を含む担持触媒の存在下でガス相にお
いて、無水でかつ酸素を含まないエチレンから製造され
る超高分子量ポリエチレンも使用できる。特に注目すべ
きことは、合成で生じた粒度の状態で重合体を使用する
ことができるということである。平均粒度は、重合方法
に依存して約 100〜400 μm になるが、しかしそれ以下
またはそれ以上のものもあり得る。
【００１２】本発明による方法は簡単な手順で行うこと
ができる。この粉末状重合体は、適当であるが気密に載
せられてはいない雄型でゆるく閉められている任意の形
の型中に充填される。この方法段階においては、雄型は
粉末に 0.5MPa までの低い圧力 (接触圧) しか与えな
い。次いで型中の粉末は 160〜280 、好ましくは 220〜
250 ℃の温度に加熱される。この工程は、プレス成形機
中で直接行うことができ、その際上側及び下側プレス面
から熱供給が行われる。しかし、加熱可能な型も使用で
きる。更に、加熱は別の装置中で、例えば電気炉中で行
うことも可能である。粉末堆積物状態では、熱伝導度が
悪いために、縁部から型の内部に向かって温度が下がる
という結果を伴う温度勾配が生ずる。完成したプレス成
形品が不均一性であることを避けるために、粉末堆積物
の全ての部分の温度が前記で述べられている範囲内にあ
るように注意しなければならない。過熱、また局部的狭
所の過熱も避けるべきであり、そうすれば材料が熱的に
損害を受けることはない。不活性ガス- 、例えば窒素雰
囲気を維持することによって加熱したPE-UHMW の酸化損
害を避けることができる。加熱時間は粉末の嵩容積及び
成形品の幾何学的形態に依存する。固有の融点ではな
く、結晶溶融範囲 (約 130〜135 ℃) を有す超高分子量
ポリエチレンは加熱によって粘弾性の状態に変化する。
ゆるく閉められた雄型の重量は、成形材料の十分な脱ガ
スと共に粉末堆積物の多少の圧縮をもたらす。
【００１３】加工温度が 160〜280 ℃、特に 220〜250
℃に到達したら直ぐに型中の重合体を 4〜20、好ましく
は 8〜14MPa の圧力の下に置く。使用される圧力は、特
に加工される重合体の量及び成形品の幾何学的形態に依
存する。多量の重合体量の場合及び互いに非常に異なる
肉厚の領域から構成される形の場合には、比較的高い圧
力を使用しなければならない。一定の圧力の下で雄型が
型中でその最終状態をとるまで、加工温度を維持する。
この段階は一般に 1〜5 分の範囲内で終了する。今度
は、圧力を維持しながら成形品を室温にまで冷却する。
冷却は周囲をとりまく空気と熱交換することによって行
うことができるが、上側及び下側プレス面中で、または
型中で冷媒を使用することによって速めることができ
る。冷却時間は、成形品の大きさ及び熱交換のやり方に
よる。
【００１４】加圧下冷却の前の全ての方法段階において
は、所望の成形品の製造に必要な量の材料を工程におい
て補足しなければならない場合には、型に粉末状PE-UHM
W を後から補充することが可能である。この場合、粉末
状ポリエチレンの堆積物体積が、それから製造される完
成成形品の体積の約 2〜2.5 倍大きいことを考慮に入れ
なければならない。言うまでもなく、新たに導入される
粉末は最初に使用されたものと同様に、同一の熱による
及び加圧による処理に委ねなければならない。しかし、
型を満たすのに必要とされる量で粉末重合体を連続的に
後配量供給できる部屋に型を予め入れて置きそして 1回
の加工工程で粉末がプレス成形されるようにストローク
工程を調節するのが有利である。冷却された物品は完全
に可塑化されており、かつ空隙がなく、これは簡単に離
型することができる。
【００１５】本発明による方法は超高分子量ポリエチレ
ンからプレス成形によって寸法通りの成形品を製造する
ことを可能にする。多大な費用のかかる材料のそぎ取り
後加工が必要ない。可塑化された成形品の加圧操作はほ
んのわずかな時間しか必要としないので、そのプレス成
形能力が効率よく利用できる。その上、加熱後に室温に
おいて加圧処理を行うことができ、要するにこの処理に
はわずかなエネルギーしか消費されない。該新規加工方
法は何回ものプレス成形、または自動の加工法を利用す
ることにより高い生産率を保証する。これは任意の形状
の成形品の製造に適している。例えば、ポンプ用ケーシ
ング、ポンプ用羽根車及び遮断要素などの複雑に成形さ
れた機械部分、例えば化学用装置の名のものを高い品質
で製造することができる。しかし、従来にはポリオレフ
ィンブロックを切ることによってしか得ることができな
かった、約10mm及びそれ以下の厚さのプレートがPE-UHM
Wから製造することができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粉末状超高分子量ポリエチレンから成形
    品を製造する方法において、該重合体をプレス成形機
    中、雄型によってゆるく閉められた型中で無加圧状態ま
    たは0.5MPaまでの圧力の下で 160〜280 ℃まで加熱し、
    次いで 4〜20MPa の圧力の下で室温に冷却することを特
    徴とする上記方法。
  2. 【請求項２】 超高分子量ポリエチレンを 220〜250 ℃
    に加熱することを特徴とする請求項 1の方法。
  3. 【請求項３】 不活性ガス雰囲気下で加熱を行うことを
    特徴とする請求項 1または 2の方法。
  4. 【請求項４】 プレス成形機中で、8 〜14MPa の圧力の
    下で重合体を冷却することを特徴とする請求項 1〜3 の
    方法。
JP5304332A 1992-12-11 1993-12-03 超高分子量ポリエチレンから成形品を製造する方法 Expired - Fee Related JPH085078B2 (ja)

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