JPS58217322A - 超高分子量ポリエチレンマット製品 - Google Patents

超高分子量ポリエチレンマット製品

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JPS58217322A
JPS58217322A JP57101183A JP10118382A JPS58217322A JP S58217322 A JPS58217322 A JP S58217322A JP 57101183 A JP57101183 A JP 57101183A JP 10118382 A JP10118382 A JP 10118382A JP S58217322 A JPS58217322 A JP S58217322A
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ultra
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polyethylene
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哲夫 金元
Koji Tanaka
公二 田中
Masatami Takeda
竹田 政民
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  • Shaping By String And By Release Of Stress In Plastics And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本・発明は、分子量100 万以上の超高分子量ポリエ
チレンの単結晶集合体から構成されたマット製品、及び
、このマット製品を押出し次いで延伸してなる高性能の
成形製品に関する。この成形製品はヤング率と破断強度
が極めて高く構造材等として好適に使用することができ
る。
一般に、高分子量ポリエチレン材料は延伸することによ
り分子構造を変化させ物性を向上させることができるが
、ポリエチレンの分子量が大きくなると、それにつれて
材料の延伸性が低下し高い倍率で延伸することが困難と
なり、このため延伸による材料物性の向上を十分に達成
することができなくなる。例えば、分子量5〜30万の
普通の高密度ポリエチレンの溶融成形物は延伸比35程
度まで延伸でき、延伸により成形品の物性が向上するが
、分子量100 刀身上の超高分子量、I? IJ工2
チレンの加熱加圧成形物は延伸比が5〜7と低く高倍率
で延伸を行うことが困難で、このだめ延・伸による物性
向上が達成できない。
、もつとも、超高分子量ポリエチレンの場合、濃度1%
以上のデカリン溶液を冷却水で急冷して得られるケ9ル
は、高倍率での延伸が可能で、とのケ9ルを延伸比40
・〜50倍で90〜130℃でニップ延伸すると、得ら
れた成形品はかなり良好な物性を示すようになる。しか
し、実用上物性向上は十分でない。
本発明者らは、超高分子量ポリエチレンに関し一層高性
能の成形品を得るべく研究を重ねた結果、急冷してケ゛
ルを作る上記技術と異なゆ、#度1%未満の溶液を徐冷
して単結晶集合体を析出させ濾過して得られたマット状
物が、4〜8倍に押出成形した場合低@(約20℃)で
も延伸できること、及び、高温(90〜135℃) で
は全延伸比100〜250という極めて高い倍率で押出
、延伸可能で、得られた成形品が後述のごとき驚異的に
優れた物性を示すことを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、粘度平均分子量100万以上の超
高分子量ポリエチレンを溶剤中で加熱溶解して得た濃度
1重量係未満の溶液を、該加熱の温度より低く、かつ実
質的にグルを生ぜず結晶を生せしめる温度条件下に置く
ことにより該ポリエチレンを単結晶集合体として析出さ
せ、次いで脱溶剤処理してマット状物を形成させてなる
、単結晶集合体から構成された超高分子量ポリエチレン
マット製品である。
さらに、本発明は、上記のマット製品を、70〜135
℃押出比4〜8で押出し、次いで90〜135℃全延伸
比100〜250  で延伸し一層なるヤング率110
 ギガ、Fスカル以上、破断強度3.5ギガ・ぞスカル
以上の超高分子量ポリエチレン成形製品である。
本発明においては、押出、延伸前の材料の結晶性を積極
的に増大させて、ケ゛ルを作らないようにする点に特色
があり、かくて単結晶集合体から構成されたマット状物
は、4〜8倍に押出“成形した場合低温延伸可能であり
、ま人高温延伸すると高弾性、高強度の成形品となる。
この成形品は全延伸比100〜250でヤング率110
 ギガA’スカル以上、破断強度3.5ギガパス力ル以
上を示し際立って高性能である。このことは、次表に示
す他の成形物との比較から明らかである。
第  1   表 # B:前記した超高分子量ポリエチ レンの加熱加圧成形物 # C:前記した超高分子量ポリエチ 本発明成形品の優れた物性は材料の特有な結晶状態と関
係があるが、同じ単結晶集合体からなるマット状物でも
普通の高密度ポリエチレンの場合には成形品にみるべき
物性向上が発現しない。
建築材料として広く使用されでいる炭素鋼はヤング率2
40 ギガ/Fスカル、破断強度0.6ギが・やスカル
であり、この鋼と対比すると、本発明成形品は、ヤング
率が上限で同等であり゛、強度が約6倍以上である。し
かも本発明成形品は鋼に比し密度が約1と軽いから、高
弾性、高強度の軽量材として極めて有用なものである。
本発明における超高分子量ポリエチレンは粘度平均分子
量100  刀身上である。粘度平均分子量は測定粘度
から下記式により算出されるものである。
〔η] = 6.20x10 ’ ・Mo・70式中〔
η〕:極限粘度。
M :粘度平均分子量 このような超高分子量ポリエチレン(市販品がある。)
を溶剤に加熱溶解して濃度1重量係未満の溶液が調製さ
れる。溶剤としては例えばドブカイ、キシレン、ノクロ
ロベンゼン、デカリン、テトラリンが挙げられ、単独溶
剤でも混合溶剤でもよい。溶解させるだめの加熱温度は
通常は使用溶剤の沸点温度であり約130℃以上である
。加熱溶解に当っては、ポリエチレンの劣化を防ぐだめ
酸化防止剤を添加したり不活性がス例えば窒素ガスを使
用するのが好ましい。
溶液の濃度は1重量係未満、好ましくは0.5重量%以
丁であり、1重量係以上の濃度にすると、徐冷の速度に
よってはケ゛ルを生ずることがあり所期の単結晶集合体
を生成させるのに不都合である。
この濃度の溶液から超高分子量ポリエチレンの単結晶集
合体を析出させる。そのためには、溶液を、前記溶解加
熱の温度より低く、かつ実質的にダルを生ぜず結晶を生
ぜしめる協度条件丁に置く。具体的には、溶液を、ケ゛
ルが生成しない程度の冷却速度で徐冷するか、又は結晶
が析出しつる一定温度に保持、する。
一定温度をどこに設定するかは、溶剤の種類、溶液の濃
度等により異なり、例えば0.2重量%キンレン溶液で
は約90″C以丁の一定温度に保持する。徐冷結晶化の
場合も等温結晶化の場合もケ゛ルの生成を避けることが
重要である。
、単結晶集合体の析出した懸濁液を脱溶剤処理、例えば
濾過、蒸発などに付してマット状物とする。このマット
製品は超高分子量ポリエチレン単結晶集合体から構成さ
れており、特有の結晶状態に基づき延伸性が顕著に向上
しており、このものを室温ないし135℃で4〜8倍に
押出し、その後90〜135℃で延伸した成形品は優れ
た物性を示す。また、前記4〜8倍に押出しだものは約
20℃の低温でも延伸可能であり、この場合には成形品
の大幅な物性向上は望めないものの、低温で延伸できる
ことは、これまで超高分子量ポリエチレンについて得ら
れなかった特性であり評価することができる。
さらに、本光明は、前記マット製品を70〜135℃押
出比4〜8で押出し、次いで90〜135℃全廷伸比1
00〜250 で延伸したヤング率110 ギガパスカ
ル以上、破断強度3.5ギガパス力ル以上の超高分子量
ポリエチレン成形製品である。ここに全延伸比とは、〔
押出比×延伸比〕の数値のことである。
押出は例えば固相押出などの常法で行うことができる。
固相押出は次のようにして行う。
まず、普通の高密度ポリエチレンを溶融成形して直径1
crns長さ10σのビレットを作り、このビレットを
縦方向に2分割して分割ビレットとし、その間に本発明
のマット製品を1枚又はそれ以上はさみ、これを高圧固
相押出装置によりダイス(例えば入口直径10mm、ダ
イス角20° 、出口直径5.7〜1.5 mm )を
通して押出をする。目的の押出物は、同時に得られる分
割ビレット(普通の高密度ポリエ千しン)の押出物と容
易に分離して取り出すことができる。
本発明においてはマットp 品カフ 0〜135℃、押
出比4〜8で押出されるが、押出圧は通常500〜35
00  気圧である。
押出は1度又は2度以上行うことができる。
2段押出すると、1段押出に比し後続の延伸における延
伸比が数倍にもなり全延伸比が増大し、ひいては成形品
の物性が大幅に向上し、好捷しい結果が得られるが、反
面それだけ手間がかかるので通常は1段押出が行われる
本発明において押出後に行われる延伸は、90〜135
℃ 全延伸比つまり〔押出比×延伸比〕100〜250
で行われる。延伸は二ッフ0延伸、ロール延伸等の常法
で行うことができるが、ニップ延伸は成形品に特に優れ
た物性を与えるので好適である。
次に、本発明を実施例により説明する。
実施例1〔マット製品の製造〕 粘度平均分子量210 万の超高分子量ポリエチレン(
ハイゼソクスミリオン240M 。
三井石油化学社製10.8r、酸化防止剤(2゜6−ノ
ーtert−ブチル−p−クレゾールとへブタアノルー
3.5−ノーtert−ブチル−ヒドロキノフェニル7
0ロピオネートの3対2混合物) o、oo4r  及
びキ/レン400rneを500−三角フラスコに入れ
、窒素ガス気流下で125〜135℃の沸点温度に加熱
して、濃度02重量係の溶液Aを得だ。この溶液Aを8
5℃のシリコンオイル中に約15時間、等温保持した。
単結晶集合体の析出した懸濁液をr紙で吸引濾過し、室
温で減圧乾燥して厚さ0.2 mmのマット状物を得た
このものを、後記実施例2におけると同様な方法により
、まず110℃、800気圧、押出比6で押出し、次い
で21℃、延伸比6.7(全延伸比42)で延伸したと
ころ、ヤング率73ギガノ9スカル、破断強度1.5ギ
ガノやスカルの成形品が得られた。このこと酸、本マッ
ト状物が低温延伸可能であることを示している。
実施例2〔成形品の製造〕 実施例1で得だマット状物の幅1ctn、長さ10mの
もの1枚を分割ビレット(普通の高密度ポリエチレン製
、直径1cm、長さ10crnのビレットを縦方向に2
分割したもの)にはさみ、入口直径10 mm−ダイス
角20°、出口直径4咽のダイスを通して、押出温度1
10℃°、押出圧800 気圧で押出した。押出比6の
押出物が得られた。この目的の押出物は、同時に押出さ
れた分割ビレットの押出物と容易に分離することができ
だ。
前記目的の押出物を長さ40解に切断し、ケ゛−ノ長1
0能となるようにチャックに固定し、温度■■変架装置
ついだ延伸装置(テンーノロン引張機)を用いて空気中
110℃、引張速度4祁/劃 でニップ延伸したところ
、延伸比38.8  (全延伸比233)の成形品が得
られた。成形品の物性はヤング率192 ギガ・ぞスカ
ル、破断強度4.5ギgAスカルであった。
実施例3 実施例1及び実施例2におけると同様にして、押出温度
110℃、押出圧800気圧、押出比6で押出を行った
後、延伸した。各実施例における延伸条件と、得られた
成形品の物性は下記第2表に示すとおりであった。
実施例4 実施例IKおける等温結晶化に代えて、次のように徐冷
結晶化を行った。すなわち、実施例1において125〜
135℃ の沸点温度に加熱して得られた溶液Aを室温
に放置することにより放置開始40分後89℃、3時間
後30℃、15時時間後温となした。
徐冷後、実施例1と同様に濾過、乾燥、押出を行ったの
ち下記第2表に示す延伸条件で延伸した。
得られた成形品の物性は同表に示すとおりであった。
下表は、実施例2〜4における押出後の延伸条件、並び
に得られた成形品の物性を総括して示しだものである。
第   2   表

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)粘度平均分子量100 万以上の超高分子量ポリ
    エチレンを溶剤中で加熱溶解して得だ濃度1重量係未満
    の溶液を、該加熱の温度より低く、かつ実質的にケ8ル
    を生ぜず結晶を生せしめる温度条件下に置くことにより
    該ポリエチレンを単結晶集合体として析出させ、次いで
    脱溶剤処理してマット状物を形成させてなる、単結晶集
    合体から構成された超高分子量ポリエチレンマット製品
  2. (2)粘度平均分子量100 万以上の超高分子量ポリ
    エチレンを溶剤中で加熱溶解して得た濃度1重量%未滴
    の溶液を、該加熱の温度より低く、かつ実質的にケ9ル
    を生ぜず結晶を生せしめる温度条件下に置くことにより
    該ポリエチレンを単結晶集合体として析出させ、次いで
    脱溶剤処理して単結晶集合体から構成されたマット状物
    を形成させ、これを、70〜135℃押出比4〜8で押
    出し、次いで90〜135℃全延伸1i100〜250
     で延伸してなる、ヤング率110 ギガツクスカル以
    上、破断強度3.5ギガ・やスカル以上の超高分子量ポ
    リエチレン成形製品。
JP57101183A 1982-06-12 1982-06-12 超高分子量ポリエチレンマット製品 Granted JPS58217322A (ja)

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