JPH0857936A - 可塑性材料の押出成形方法および押出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 押出成形物の物理的特性を均一にする。 【解決手段】 押出成形の金型と成形物とが相対的に回
転するように構成する。回転は連続したものでも振動で
もよく、回転の仕方や程度を制御することによって、成
形物の特性を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可塑性材料の押出
成形方法および押出成形装置に関し、特に、例えば管の
ような押出成形プラスチック製品の均一性を改良するた
めの可塑性材料の押出成形方法および押出成形装置に関
する。本発明の特定の実施態様においては、成形された
多孔性可塑性材料の製造方法及び装置が提供される。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般
に、管状の可塑性材料の管状押出成形は、マンドレルと
シリンダーとを含んで構成される金型手段によって行わ
れ、マンドレルとシリンダーとは、概ね管状の導管を形
成し、溶融ポリマーがこの導管を通って所望の寸法に形
成される。マンドレルは、通常、複数の開口部を有する
板に固定されており、この開口部は溶融ポリマーを流出
させるとともに、成形金型に移る時に溶融ポリマーの混
練・剪断が最大になるように、押出機本体内部に背圧を
発生させる役割をも果たす。これは、成形物の最終的な
機械的特性を最適化する。

【０００３】ブレーカプレートと呼ばれる板は、通常、
複数の孔または開口部を備えていて、その孔から押し出
された直後に、押出物は複数のストランドとなる。成形
物を成形するためには、ブレーカプレートを出たストラ
ンドを互いに融合させなければならない。押出工程が良
好に行われない場合、この溶融物の分離とその後の融合
とが最終成形物の欠陥の原因になりうることは、当業者
により認識される。

【０００４】特に、架橋物質の押出成形においては、こ
のことが、より重大な問題となる。架橋物質の押出工程
の主たるものでは、架橋物質を、例えば、ブレーカプレ
ート等を含む成形金型に供給して、材料が加圧下でブレ
ーカプレートを通過することにより、ブレーカプレート
を通過する時に内部温度を上昇させる効果を有する材料
自体の内部作用が生じるようにする。

【０００５】架橋物質は架橋が開始されるしきい値より
も低い温度でダイ装置に供給されて、前記しきい値より
も高い温度で出てくる。こうして、必要な熱の発生を伴
って、ブレーカプレートを通過した材料の架橋が始ま
る。最大の均一性を得るためには、ブレーカプレートか
らでた材料のストランドを、ブレーカプレート通過後で
あって、架橋が起きる前に溶融する必要がある。この後
に生じる架橋は、材料全体を均一な特性にすることがで
きる。

【０００６】しかしながら、ブレーカプレートを通過し
て、金型の成形部分に入るときに、材料の温度が十分に
高くなっていない場合、ストランドは融合するものの、
隣接する溶融ストランド間に必要な架橋が得られない。
このため、成形された物質の機械的特性は、押出方向に
沿った異方性を示し、線状の欠陥が生じる可能性があ
る。

【０００７】可塑性材料を、内部作用させて、ゴム状粘
稠度を示すレベルまで材料の温度を上昇させ、前記状態
調整された材料をブレーカプレートのようなオリフィス
を通過させて、材料を分離ビーズ或いは離散粒子に形成
した後、前記粒子を、成形金型を通過させて、相互に接
着させて前記可塑性材料の多孔性形状成形物を形成す
る、ことを含んで構成される方法によると、可塑性材料
から多孔性形状の成形物を形成した結果生じる別の問題
点がある。

【０００８】従来の方法では、成形物の孔の分布や大き
さを制御するのは困難であり、特に、ブレーカプレート
のオリフィスの寸法によって制限される。また、上述し
た方法の何れにおいても、材料は最終の押出成形材料中
に明白に存在するストランドや粒子に形成されてしま
う。多数のストランドや粒子が材料中に残っていると、
物理的特性の不均一を生じる結果となる。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、成形物の多孔性の程度を自由に制御できる可塑性材
料の押出成形方法および押出成形装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本発
明は、オリフィス手段を含む押出成形金型手段を可塑性
材料が通過して押出成形物を成形し、押し出された材料
の物理的特性の均一性を向上させる可塑性材料の押出成
形方法であって、前記金型手段と押出物とを、一方が他
方に対して相対的に回転運動を行わせ、押出成形物の物
理的特性の均一性を向上させることを特徴とする可塑性
材料の押出成形方法を提供する。

【００１１】更に、本発明は、可塑性材料を成形ステー
ションに供給する手段と、前記材料の温度を押出成形が
開始できるレベルまで上昇させる手段と、オリフィス手
段を含み、前記材料を成形する金型手段と、を含んで構
成される可塑性材料の押出成形装置であって、前記相対
的回転手段が、前記金型手段と押出物との間で作動し、
押出成形の間に、金型手段と押出物との間の相対的な回
転によって押出成形物の均一性を増大させるように配置
されて設けられることを特徴とする可塑性材料の押出成
形装置を提供する。

【００１２】これにより、溶融物は金型手段から押し出
された後に剪断され加工されて、押出成形後の温度に影
響を与え、均一性を向上させる。金型手段と押出物との
間の相対的な回転は、一方の他方に対する軸回りの単純
な連続回転でもよく、或いは一方の他方に対する角度振
動でもよい。連続回転の場合、一分間に１〜20回転の割
合が有効である。

【００１３】振動は効果的な手段である場合には、振動
は一分間に10〜 200サイクルの割合で、角度10°〜 170
°にわたる弧を描くのが望ましい。回転の程度や種類は
合成樹脂の性質や種類および合成樹脂製品成形物に要求
される最終的な性質に依存する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例とし
て、押出物が金型手段に対して回転する場合を説明す
る。この場合、金型手段の成形部が、金型手段、オリフ
ィス手段又はブレーカプレートに対して回転して、金型
手段の成形を行なう部分が、オリフィス手段を出た押出
物に対応した回転をさせる。これは、シリンダとマンド
レルによる金型構造の場合には、金型マンドレルは固定
したままで外側のシリンダを回転させることにより達成
できる。押出成形すると、ポリマーのシリンダ内側壁面
への接着は、マンドレルへの接着よりも強いと考えら
れ、結果として、シリンダの回転は押出物に対応した回
転をさせることになる。

【００１５】この効果として、ブレーカプレートを出た
ストランドは、粉砕され、均一にされて、その結果、視
覚的・物理的に、ほとんど認識できない。例えば、多孔
性パイプの押出成形の場合、本発明によって、押出成形
された最終的なパイプの表面領域や厚さ全体に亘ってよ
り均一な多孔性が得られるだけでなく、回転や振動の周
波数を変えることによって多孔性構造を変化させること
もできる効果が得られる。

【００１６】本発明の別の実施の態様では、より大きな
振幅の振動を与えることにより、間隙率の高い製品がで
きるのに対し、短い振動を与えることにより間隙率の小
さいパイプができる。また、本発明の別の実施の態様に
おいては、マンドレルが回転するか、または、オリフィ
ス手段が回転する構成としてもよい。或いは、これらの
組合せた場合には、その運動は全て相対的な運動とな
り、押出成形される特定材料にふさわしい全体的な相対
運動を生じるのに効果がある。

【００１７】本発明の多孔性材料の製造においては、材
料は、本発明の金型手段を通過する前に、高温加圧下に
維持して、状態調整される。材料の温度を上昇させる内
部作用は、材料自体の加熱を伴ってもよく、温度を上昇
させる材料の内部作用の目的は、材料全体を確実に実質
的に均一に加熱することである。また、材料の内部作用
は、例えば、まず圧縮チャンバー内で達成され、チャン
バー内で達成される最大圧力を制御するためにバルブ手
段を設けてもよい。作業期間での急激な温度上昇は、溶
融物の剪断によって、少なくとも部分的に達成される。
さらに、材料がオリフィス手段やブレーカプレートを通
過するにつれて、材料は塑性変形し歪むので、付加的な
剪断力が生じ、これによって、続く工程においては確実
に、材料全体が実質的に均一な温度になる。

【００１８】本発明による多孔性押出成形品の製造過程
で使用される可塑性材料は、理想的には、ガラス転位温
度よりやや低い温度まで加熱したときに実質的にゴム状
特性及び／又は粘着特性を示し、ある程度まで架橋物質
として作用する。この材料の状態調整と内部作用は、材
料をその上昇温度に保つと同時に、易流動性溶融や化学
的な劣化や酸化の起きる温度より低く保つこともできる
効果がある。

【００１９】このような材料を、本発明によるオリフィ
ス手段を通過させると、材料内に生じた剪断歪みは、急
激な温度上昇を引き起こし材料の状態を変化させる。オ
リフィスは、材料を複数の小さな離散粒子に効果的に粉
砕する。この材料の粒子はこれらの接触点で相互に実質
的に接着するとともに、金型の中で融合して連続の成形
品を形成する。ブレーカプレートを通過した直後に形成
された成形品は、相互に粘着するのに充分な能力を有す
るので、流れて均質溶融物を形成することはない。

【００２０】この結果、例えば層状物、パイプ、棒、又
はシートのような成形品ができ、それらは凝集した離散
粒子となり、多孔性を有する。押出物と本発明による金
型手段との間の相対的な回転は、離散粒子の線やストラ
ンドの乱れを起こし、結果として前記粒子はより完全に
混合されて極めて均質な多孔性を有する成形物が作られ
る。オリフィス手段またはブレーカプレートは複数の分
離したオリフィスを有する構成であってもよい。結果と
しての材料の多孔性の程度はオリフィス手段内のオリフ
ィスの寸法に依存し、オリフィス手段は単一のプレート
であってもよく、組み合わせて使用される一枚以上のプ
レートであってもよい。ブレーカプレートと複数のオリ
フィスのアレイを備えたスクリーンとの組合せでもよ
い。

【００２１】相対回転工程の振動のレベルを変化さ、も
って多孔性の程度を制御する。これに加え、多孔性の均
一性の程度もまた、オリフィス手段とブレーカプレート
との物理的寸法で制御することができる。微孔性の製品
の粒子を特に微小な寸法にするには、適宜なプレートの
組合せを、押出成形用に設計された金型内に通せばよ
い。金型が溶融温度と実質的に等しい温度であれば、ポ
リマーの流れは、金型を通過すると、比較的小さな背圧
を受ける。この点に関し、オリフィス手段を通過したポ
リマーのストランドは接着するが、これらの間には空間
が残っているので、間隙率の高い材料が得られる。ブレ
ーカプレートの下流の形成金型の回転は、このような状
態を修正するのに役立つ。

【００２２】しかしながら、押出成形の間に、流れる粒
子に有効な圧縮をかけるように金型が設計されていれ
ば、より強く圧縮された、緻密で、ごく僅かな間隙率の
成形品になる。金型温度の制御により、付加的制御を行
ってもよい。金型をより高い温度にすると、背圧がほと
んどないので、より間隙率の高い材料になる。スクリー
ンをブレーカプレートと組合せて用いた場合、このスク
リーンは粒子の寸法を制御するのに役立つ。あるいは、
過大な材料用に別のオリフィスを設けてもよい。このス
クリーンはブレーカプレートの前又は後に設けてもよい
し、また、前後の両方に設けてもよい。また、複数のブ
レーカプレートアッセンブリを用いた場合、スクリーン
は個々のブレーカプレートアッセンブリの間や、アッセ
ンブリ内のプレートの間に配置される。典型的なスクリ
ーンはスチールメッシュで形成される。

【００２３】本発明は、" HOSTALEN GUR 412 "の商品名
で市販されているような超高分子量ポリエチレンから多
孔性材料を製造するのに特に有用であることが認識され
ている。 この材料は優れた耐蝕性、耐薬品性をもつの
で、濾過作業において、確実に、有効なより長い耐久性
を提供する。この材料は、通常、粉末形状で供給され、
粉末のかさ密度は約 0.2〜0.5g/cc であり、-250〜90℃
の温度範囲内において連続した耐久性で使用できる。

【００２４】本発明のより好ましい実施の態様におい
て、超高分子量ポリエチレンの分子量は300 万〜700 万
の範囲内である。超高分子量ポリエチレンは約136 ℃を
越える温度まで加熱され、背圧 4〜17kg/cm²でオリフィ
ス手段を通過する温度140 〜160 ℃の範囲内に保持され
るとよい。本発明の方法によって提供される多孔性の効
果を補助するために、発泡剤を用いてもよい。本発明に
用いられる典型的な発泡剤としては、"NITROSAN"の商品
名で市販されているアゾジカルボンアミド（１，１−ア
ゾビス−ホルムアミド）がある。このような発泡剤の存
在により、金型から成形物が引き出される時に、成形工
程の間の多孔性を維持することができる。材料の粒子は
成形工程中に、最適の多孔性を得られるように接着され
る。このため、粒子は潰し過ぎずに接触させて接着する
ことが要求される。発泡剤を添加することによって、成
形工程において、材料の粒子集合物の間隙に僅かな正の
圧力が生じて、前記間隙の充分な開放性を維持して、間
隙率を改良する役割を果たす。

【００２５】添加する発泡剤の量は、主として実験によ
って決定されるが、過剰な添加は部分的な発泡物品を生
じる。0.1 〜5 重量％の範囲の割合が好ましく、0.15〜
0.5重量％の範囲の量がより好ましい。超高分子量ポリ
エチレンと中分子量ポリエチレンとの混合はよい組合せ
であり、60〜95％の超高分子量ポリエチレンと残りが中
分子量ポリエチレンとの混合が有効であることがわか
る。

【００２６】可塑性材料用の溶剤部分は、オリフィス手
段を通過することによる成形後の粒子間の接着を補助す
るために、材料の内部作用の前または最中に、材料内に
入れられる。可塑性材料の溶剤またはオリゴマーの存在
によって、オリフィスを通過したあとの可塑性材料の成
形と多孔性がさらに補助される。可塑性材料に適した溶
剤が使用でき、本技術分野でよく知られたどんな溶剤で
もよい。

【００２７】本発明の別の態様では、架橋材料が成形さ
れる場合、押出成形前にポリマー材料中に架橋剤を入れ
てもよい。ポリエチレン用の典型的な架橋剤は、例え
ば、シクミルペルオキシドのような過酸化物であるが、
可塑性材料用のよく知られた架橋剤でもよい。架橋剤の
目的は材料が金型手段を通過した後に架橋を達成するこ
とにある。ブレーカプレートを通過した材料の内部作用
によって、有効な架橋が開始するしきい値より高い温度
上昇があり、そして、一旦開始すると、架橋反応は発熱
反応として続く。

【００２８】本発明の方法を施される前の可塑性材料
は、また、例えば、"IRGANOX" という商品名で市販され
ているα−トコフェロールやビスフェノールのような酸
化防止剤部分を含有していてもよい。しかし、発泡剤、
溶剤および架橋剤の使用は選択的な構成成分にすぎず、
最終的な押出成形品の特性の調整を補助するにすぎない
ことは言うまでもない。

【００２９】本発明は、また、架橋性、多孔性、かつ微
孔性の可塑性材料と、本発明の方法で製造される時にこ
れらの材料から作られる製品とを含む。ブレーカプレー
トを通過する材料から生じる熱は、架橋反応を開始する
ものであり、有効な架橋は、離散粒子の形成直後、また
は金型の成形部分内の粒子の形成後に開始する。

【００３０】微孔性材料の製造では、ポリマーは状態調
整の間高温に維持される。そして、温度が約190 ℃で
も、ポリマーは部分的に結晶化すると考えられる。ブレ
ーカプレートの微細な孔を材料が通過すると、温度は急
激に上昇し、ポリマーはこの微細な孔を通過する際に強
く圧縮される。ポリマーはこの孔を通過すると急激に膨
張して、離散粒子を形成し、多孔性となる。発泡剤や溶
剤に対して、この急激な膨張が増幅されて、最終的に成
形された材料の多孔性を増大する。ブレーカプレートの
オリフィスが充分大きければ、可塑性材料は真っ直ぐに
流れるだけである。各オリフィスの寸法が小さくなる
と、多孔性は増大する。オリフィスを通過した後の材料
の成形もまた、最終成形物に影響を与える。オリフィス
を通過した材料はフィラメント状または繊維の形状であ
る。金型の成形部分が充分大きい開口部をもっていれ
ば、それらのフィラメント状または繊維状の材料は真っ
直ぐに流れる。開口部の寸法が小さくなるとすぐに、金
型内部は充満し、不織布状繊維形状の材料が緩く詰まっ
た連続したロッドになる。

【００３１】金型が円錐形の場合、押出物内の繊維状ス
トランドの圧縮が達成され、繊維自体が多孔性であるこ
とと、繊維の圧縮により製品がさらに多孔性になること
がわかる。多孔性材料の製造は、高いメルトフローイン
デックスを持たない材料で良好に行われることがわか
る。たとえば、200 ℃の超高分子量ポリエチレンはゴム
状粘稠度を持ち、固着しない。このような材料が一旦オ
リフィス手段を通過すると、融合することはない。

【００３２】本発明の本質は、上記の方法で製造された
多孔性材料又は架橋材料或いは両材料のストランドや繊
維を粉砕することである。多孔性材料に関する限り、短
い振動が微孔性を生じるのに対し、大きな振幅は大きな
孔を作り出す。

【００３３】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面に従って説明
する。図１は、本発明の一実施例によるダイ装置の断面
図である。ダイ装置は、金型キャリア１を含んで構成さ
れ、該金型キャリア１は、適宜な物理的状態の加熱され
た可塑性材料を金型に供給する射出成形装置のバレルに
取付けられるように形成される。金型キャリア１は、そ
の端部10で射出成形装置のバレルを並置し、中央通路11
が溶融材料を供給するための前記バレルと連通する。中
央通路11は、中央ガイド12の回りで分かれて、符号２で
示されるブレーカプレートダイ装置の領域に進む環状断
面を有する円錐形状の通路15を規定する。ブレーカプレ
ートダイ装置２は環状のブレーカプレート20を含んで構
成される。ブレーカプレート20は、リング状オリフィス
21を内部に有して、押出金型手段を構成する先細りの円
錐台形状通路22と連通する。円錐台形状通路22は、マン
ドレル４の外周面と円筒状形成部材３の内周面とで規定
される管状通路24に進む。円筒状形成部材３は、図示し
ない駆動手段に駆動されるように形成されて、マンドレ
ル４の長手方向軸回りを連続して回転するか、一振動周
期で回転する。駆動手段は、円筒状形成部材３を１分間
に約１〜30回転の割合で回転させることができるか、ま
たは10〜170 °又は180 °に亘る弧を描いて1 分間に約
10〜200 回振動させることができる。

【００３４】どんな所定の材料でも、上記のような装置
を用いた多孔性パイプの押出成形においては、短い振動
では微孔性を生じ、より大きな振幅ではより大きな間隙
率を生じる。本実施例に用いる成形材料の例として、非
常に低いメルトインデックスをもつポリエチレンに中又
は高メルトインデックスポリマーを少量加えたポリマー
を調合したものがあげられる。具体的には、80重量％の
超高分子量ポリエチレンと20重量％の中重量ポリエチレ
ンを混合したものを、上述の押出成形機に供給すると、
実質的に均一な物理的構造の押出材料が得られる。円筒
状形成部材３の回転なしの実験を繰り返して、サンプル
を比較した。強い光球にかざしてみると、構造の違いが
容易に観察できる。また、各サンプルのパイプを同一長
さに切断し、一方の開口端部を手で塞ぎ、もう一方の開
口端部から空気を吹き込んで２つのサンプルの相対的な
多孔性の差をテストした。円筒状形成部材３を振動させ
て作ったパイプが全体を通してより強い抵抗を示したの
で、微細孔構造を有することが推定される。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の可塑性材
料の押出成形方法および押出成形装置によれば、多孔性
材料や架橋材料のストランドが均一に粉砕され、これが
成形されることによって最終的に均一な多孔性を有する
成形物が得られるという効果がある。

【００３６】また、金型の回転数や振動の角度を調節す
ることによって、成形物の間隙率を制御できるという効
果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の金型の断面図。

【符号の説明】

１ 金型キャリア ２ ブレーカプレートダイ装置 ３ 円筒状形成部材 ４ マンドレル 11 中央通路 12 中央ガイド 15 円錐台状の通路 20 ブレーカプレート 21 リング状オリフィス 22 円錐台形状通路 24 管状通路

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】押出成形機の押出成形金型手段に設けられ
   たオリフィス手段を、可塑性材料を通過させて押出成形
   物を成形することを含んで構成される可塑性押出成形物
   の物理的特性の均一性を向上させる可塑性材料の押出成
   形方法であって、 金型手段と押出成形物とが、一方が他方に対して相対的
   な回転運動を行なうように制御されることを特徴とする
   可塑性材料の押出成形方法。
2. 【請求項２】前記相対的な回転運動が、連続して行われ
   るものであることを特徴とする請求項１記載の可塑性材
   料の押出成形方法。
3. 【請求項３】前記相対的な回転運動が、角度振動である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の可塑性
   材料の押出成形方法。
4. 【請求項４】前記相対的な回転運動が、１分間に約１〜
   20回転の間で生じるものであることを特徴とする請求項
   ２記載の可塑性材料の押出成形方法。
5. 【請求項５】前記相対的な回転運動が、１分間に約10〜
   200 サイクルの振動周波数で、かつ角運動が約10〜170
   °間の振動振幅であることを特徴とする請求項３記載の
   可塑性材料の押出成形方法。
6. 【請求項６】押出成形物の回転が、オリフィス手段の下
   流にある成形部の回転により達成され、該成形部は押出
   成形物と均質に接触することを特徴とする請求項１〜５
   のいずれか１つに記載の可塑性材料の押出成形方法。
7. 【請求項７】前記成形部は、管状の押出成形物を形成す
   るためのシリンダとマンドレル金型とを含んで構成さ
   れ、前記シリンダは前記マンドレルに対して回転運動を
   行なうことを特徴とする請求項６記載の可塑性材料の押
   出成形方法。
8. 【請求項８】押出成形機の押出成形金型手段に設けられ
   たブレーカプレートを可塑性材料を通過させて、離散粒
   子の押出成形物を形成し、該押出成形物をシリンダとマ
   ンドレルとを通過させて、多孔性管状押出成形物を成形
   することを含んで構成される可塑性多孔性管状押出成形
   物を製造する可塑性材料の押出成形方法であって、 金型手段と押出成形物とが、一方が他方に対して相対的
   な回転運動を行なうことを特徴とする可塑性材料の押出
   成形方法。
9. 【請求項９】前記相対的な回転運動が、シリンダの角度
   振動により達成されることを特徴とする請求項８記載の
   可塑性材料の押出成形方法。
10. 【請求項10】前記シリンダの振動の周波数及び／又は振
    幅を変化させて、多孔性構造を変化させることを特徴と
    する請求項９記載の可塑性材料の押出成形方法。
11. 【請求項11】押出成形温度まで可塑性材料の温度を上昇
    させる温度上昇手段と、 オリフィス手段を含んで材料を成形する金型手段と、 を含んで構成される、可塑性押出成形物の物理的特性を
    改良する可塑性材料の押出成形装置であって、 オリフィス手段の下流に相対的回転手段を設け、該相対
    的回転手段は金型手段に対する押出成形物の回転が生じ
    るように作動することを特徴とする可塑性材料の押出成
    形装置。
12. 【請求項12】前記オリフィス手段が、複数の開口部を備
    えたブレーカプレートであることを特徴とする請求項11
    記載の可塑性材料の押出成形装置。
13. 【請求項13】前記金型手段が、管状成形物を成形するた
    めのシリンダとマンドレルとを有すること、また、前記
    相対的回転手段が、シリンダをマンドレルに対して相対
    的に回転させるように形成されることを特徴とする請求
    項11または請求項12記載の可塑性材料の押出成形装置。
14. 【請求項14】前記相対的回転手段が、角度振動運動を起
    こすように形成されることを特徴とする請求項11〜請求
    項13のいずれか１つに記載の可塑性材料の押出成形装
    置。