JPS6046227A - 高分子材料の押出成形方法 - Google Patents

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】 本発明は高分子材料の押出成形方法及び装置に関する。

本発明の目的は高分子材料の押出成形において、従来大
きな困難を伴う為に実質的に実施不可能であったところ
の、高い粘弾性状態で高分子材料を押出成形することを
可能にする為の方法及び装置を提供する事にある。

押出成形グイ内を、加熱可塑化された高分子材料か流動
する場合、高分子材料内部には、流速分１１ノ（剪断速
度）を伴ったいわゆる粘性流動が生じる（第１図１−１
）。このグイ内流動の形態は、−１に２つの因子によっ
て支配される。１つは、高分子−材料自体の粘弾性であ
り、もう１つは、グイ内表面と高分子材料との接触面に
おける壁面抵抗である。

高粘りを性状態の高分子材料がグイ内を流動する場合１
通常は粘性流動の形態をとる為高分子材料内部に大きな
剪断応力が発生し、また、大きな壁面抵抗が生じる。こ
の結果、高粘弾性状態で押出成形を行なうと流動抵抗が
著しく大きくなる。それに打勝って押出ができたとして
も材料内の不均一な剪断応力分布又は歪により、メルト
フラクチャーや剪断破壊等の不良現象が極めて発生しゃ
すいという問題点がある。

上記の問題点を解決するには、高粘弾性状態の高分子材
料の流動形態をプラグフローの形態（第１図１−２）に
する必要がある。これを実現させる為に主に２通りの方
法が従来とられてきた。１つはダイ内表面と高分子材料
との界面に潤滑膜を形成させて壁面抵抗を軽減させる方
法であり、もう１つは、極めて低速度で押出成形したり
、又はラム押出しする事で、材料内の剪断速度を小さく
する方法である。しかし、これらの方法も未だ十分な解
決策となっておらず、多くの問題を抱えている。

前者において、グイ内の潤滑膜形成は、潤滑性能に優れ
た固体潤滑剤をダイ内表面に被覆するか、或いは液状の
潤滑剤を、グイ内に設置されたスリマ）・や連通孔を有
した多孔質体を通じて、ダイ内表面と高分子材料との界
面に圧入する事により行なわれている。しかしながら、
固体潤滑剤被覆では、潤滑性能が不十分である事、被覆
の寿命が短い等の問題点がある。また、潤滑剤の液膜形
成においては、グイ内に均一な潤滑剤液膜を形成させる
事が実質的に困難を極めており、この不均一な潤滑剤液
膜が流れにくい粘弾性状態にある高分子材料の不均一な
流動を誘発してしまう。この為、均一・な潤滑剤液膜を
形成させる為に、グイ内に設置する潤滑剤を圧入する部
品に多くの工夫がなされている（ＵＳＰ２５！１１７５
５３．　ｔｌｓＰ２Ｂ８８１５３）がこれらはグイ構造
が複雑であると同時に未だその効果は十分ではない。又
、潤滑剤液膜の不均一さを軽減させるために、ダイ内表
面を荒くするという方法がＵＳＰ４０Ｂ？２２２に記載
されているがこれでは不十分である。

一方、後渚の、低速度の押出成形は経済性、生産性の面
で大きな問題点を抱えており、ラム押出しではそれら問
題点に加え、連続的な成形が困難であるという問題点を
有している。

本発明者らは、上記の解決問題点を解決し、高い粘弾性
状態で高分子材料を押出成形する方法を検討した結果、
本発明に至った。

本発明は、高分子材料の高い粘弾性状態での押出成形に
おいて、そのグイ内流動形態をプラグフローの形態（第
１図１−２）とする為の押出成形方法を提供し１、高い
粘弾性状態での高分子材料の押出成形を実施可能なもの
とするものである。

すなわち、本発明によれば加熱により軟化又は／及び可
塑化された高分子材料を、押出成形グイの冷却固化ゾー
ン２を通過せしめて実質的に変形が不可能な粘弾性状態
とし、次いで該高分子材料を押出成形ダイの予備加熱ゾ
ーン３を通過させて実質的に変形が可能な粘弾性状態に
した後に成形ゾーン４へ送り成形することを特徴とする
高分子材料の押出成形方法、並びに、押出機１のヘッド
に押出成形ダイを接続した押出成形装置であって、押出
成形ダイか、高分子材料を所望の形に賦形する為の成形
ゾーン４と押出機１の間に、通過する高分子材料を冷却
固化して実質的に変形が不可能な粘弾性状態とするため
の冷却固化ゾーン２と、該冷却固化ゾーン２で冷却され
た高分子材オニ１を加熱して実質的に変形が可能な粘弾
性状態にして成形ゾーン４へ送るための予備加熱ゾーン
３を配置してなることを特徴とする押出成形装置が提供
される。本発明の作用は次のように推測される第２図は
、第４図に示す装置のように冷却固化ゾーン２及び後続
する予備加熱ゾーン３をグイ内に配置した場合の、該ゾ
ーンにおける流動形態の変化を推Ｘ１ｌｌ　Ｌだもので
ある。軟化温度以上に加熱された高分子材料は、冷却固
化ゾーン４を通過しなからタイ壁面との熱交換により冷
却されるとともに、（２−１）で示した様にその流動形
態が変化（ａ＋ｂ＋ｃ−＋ｄ　）Ｌ、少なくとも冷却固
化ゾーン４の終端部においては、変形が不可能な粘弾性
状態で、プラグフローに準じた流動形態ｄでタイ内を流
動する事になる。また、ｄの状態の高分子材ネ゛ｌは、
その断面形状全体で前方からの高分子材料の流動と押出
圧力とを均一に受ける事により、不均一な流動を抑制し
、後方の高分子材料へ均一にプラグフローと圧力を伝達
する事が可能になると考えられる。さらに、本発明の押
出成形方法の定常状態では、ｄの状態の高分子材料の前
方及び後方のグイ内流動、すなわち、グイ内全域のグイ
内流動がプラグフローに準じた流動形態に変換されると
推測される（第２図２−２）。

また、冷却固化ゾーン２を通過した高分子材料は予備加
熱ゾーン３で表層部から徐々に加熱される。この為、予
備加熱ゾーン３を通過する高分子材料内部の粘弾性にお
いて、表層部より中心部の方が高いという状況が生まれ
る事が予想される。

予［ｆｉ加熱ゾーン３の終端及び成形ゾーン４を通過す
る高分子材料は、変形が可能な粘弾性状態となっていれ
ばよく、その内部に粘弾性分布を伴なっている状態であ
ってもあるいは均一な粘弾性状態であっても、問題はな
い。該粘弾性分布を伴なっている場合、予備加熱ゾーン
３及び成形ゾーン４における高分子材料の流動形態は第
２図（２−２）ｅ′、ｆ′で示した様に表層部の流動が
先行した流動形態となる事が考えられ、この流動形態の
方が好ましい場合もある。

さらに、第４図に示すように成形ゾーン４に後続して第
２の冷却固化ゾーン５を押出成形グイ内に配置する事が
好ましい。この第２の冷却固化ゾーン５には冷却時に成
形品内に発生する不均一な歪の発生を防止する為の徐冷
が必要な場合には、徐冷ゾーンを内在する事ができる。

第２の冷却固化ゾーン５は前述の冷却固化ゾーン２と同
様に、高分子材料を冷却して実質的に変形が不可能な粘
弾性状態とし、この結果、該ゾーンの高分子材料は、前
述の冷却固化ゾーン２の場合と同様な効果を示し、本発
明の押出成形をより安定なものとする。又、この場合成
形品をグイ出口から直接固体状態で得る事ができる。

以」二の事から明らかなように、本発明の押出成形方法
によれば、押出成形グイ内の高分子材料の流動を、プラ
グフローの形態とする事が可能であり、粘性流動に基因
する流動抵抗の大部分を除去する事ができる事により、
高い粘弾性状態で高分子材ネ１を押出成形する事を可能
にする。

未発明の押出成形グイにおいて、成形ゾーン４の形状は
所望の形状が選択できる。又、その形状を適当に選択す
る事により、後述の押出配向成形も可能である。又、成
形ゾーン４の前方に配置された冷却固化ゾーン２及び予
備加熱ゾーン３または、後方に配置された第２の冷却固
化ゾーン５の流路断面形状は、成形ゾーン４での変形抵
抗を不必要に増大させない範囲で任意の形状とすること
ができるが、冷却固化ゾーン２及び５を通過する高分子
材料が実質的に変形が不可能な粘弾性状態となる為、押
出方向に断面積変化がなく、かつ成形ゾーン４の始端（
冷却固化ゾーン２に対応）または、終端（冷却固化ゾー
ン５に対応）の形状と実質的に同一の形状である事が好
ましい。但し、通過する高分子材料の熱膨張・熱収縮を
考慮した若干の断面積変化をつける事は本発明の押出成
形方法には有効である。

押出機ｌから供給される軟化温度以−１−の高分子材料
は、冷却固化ゾーン２に導かれる前に、冷却固化ゾーン
２の流路断面形状に予備成形される事が好ましく、この
為、押出機ｌと冷却固化ゾーン２との間に気密に接続さ
れた予備成形ゾーン６を配置する事が好ましい。また、
この予備成形ゾーン６では、その流路形状変化及び断面
積変化を小さくし、高分子材料の変形抵抗をｊ＼さくす
る事が好ましい。

また、成形ゾーン４を通過した成形品内の若干の不均一
な歪の除去及び／又はアニール効果を施す為に成形ゾー
ン４の後方の任意の位置に熱処理シーンを押出成形ダイ
内に配置６する事も可能である。

又、高分子材料を軟化温度以上かつ溶融流動しない状態
で押出機１から押出成形グイ内に更給する場合、必要に
応じて、押出機１と冷却固化シーン２との間に、押出圧
力下で軟化温度以上の高分子材料か、少なくともその粒
子間の界面で接着するのに十分な長さを有した、接着ゾ
ーンを配置する事ができる・ 又、本発明の押出成形方法の押出成形ダイの後方には、
通常の押出成形で用いられている、引取ロール、冷却ロ
ール、艶付はロール、ブレーキロール等のロール装置や
、冷水、冷風または温水、温風を吹きつける温度調整装
Ｍが必要に応じて使用される。

本発明に適用できる高分子材料とは、粉末、ペレ７）、
粒状等の、押出機１へ供給可能な形状を有しているもの
で、また、加熱する事により軟化し、かつ、軟化した状
態で圧力を加える事により少なくともその粒子間の界面
において融着する高分子材ねであればよく、必ずしも熱
可塑化成形性である必要はない。すなわち、ポリエチレ
ン、ポリプロピ１／ン、ポリスチレン、ポリメチルメタ
クリレート等の熱可塑性樹脂をはじめ、ポリアミド、ポ
リエステル、ポリヵーボネーＩ・、ポリフェニレンオキ
サイド等の熱可塑性エンジニアリングプラスチック、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレー
ト、ＡＢＳ樹脂等の超高分子φ体、ポリ塩化ビニル、ポ
リ塩化ビニリデン、ポリアセタール等の溶融流動温度下
で熱分解又は熱劣化しゃすい熱可塑性樹脂、成形中、あ
るいは成形前に架橋反応等の化学反応により増粘化する
高分子材料、発泡剤を含んだ高分子材ネ′１等が使用で
きる。

本発明に適用できる押出機１，１′は、上記高分子材料
を所要の圧力で定量的に吐出し、がっ。

軟化温度以上の状態で押出成形ダイへ供給できるすべて
の装置が使用可能である。たとえば、通常の熱可塑性樹
脂に使われている単軸スクリュ一式押出機やギヤポンプ
等の流体の輸送能力が主体である装置ゆ二軸スクリュ一
式押出機やフィードシーン部分のバレルに溝をつけた単
軸スクリュ一式押出機等の固体の輸送能力が主体である
装置等である。

本発明でいう「軟化温度」とは、結晶性高分子材才゛１
の場合にはその結晶融点又は結晶化温度を表し、また、
非結晶性高分子材料の場合にはガラス転移温度を表わし
ている。

本発明でいう「高分子材料が実質的に変形が不１′ＩＴ
俺な粘弾性状態」とは、本発明の押出成形方法を実施し
た場合に、グイ内の冷却固化ゾーン２および５を通過す
る高分子材料において、その内部に粘性流動が実質的に
生じていない時の高分子材料の粘弾性状態かあるいはそ
れ以上の高い粘弾性状ＩＬをいう。該状ＩＥは、粘弾性
、機械的強度、金属壁面との摩擦抵抗等の高分子材料固
有の特性の温度、圧力、時間依存性と成形条件（温度、
圧力、時間、グイ内壁面抵抗の程度等）等によって決ま
るものであり、巾に高分子材料の軟化温度のみに規定さ
れるものではない。

冷却固化ゾーンの冷却固化とは、中に該ゾーンを通過す
る高分子材料をその軟化温度以下に冷却して固化させる
という意味だけではなく、その意味も含めて、該ゾーン
を通過する高分子材料を少なくとも成形条件下で粘性流
動し難いような高い粘弾性状態とさせるということを意
味している。

また、「変形が可能な粘弾性状態」とは、ダイ内の成形
ゾーン４を通過する高分子材料が成形ゾーン４の形状変
化に追随して、粘性流動は生じないところの弾性変形お
よび／又は粘性流動が生じるところの流動変形する車が
可能な粘弾性状態をいう。この状態も、高分子材料固有
の特性の温度、圧力、時間依存性と成形ゾーン４の形状
及び成形条件等によって決まるものである。従って高分
子材料および／又は成形条件によっては、高分子材料が
同じ温度状態にあっても、それが冷却固化ゾーン２およ
び５を通過する場合には「変形が不可能な状態ｊとなり
、それが成形ゾーン４にあれば「変形が可能な粘弾性状
態」となる事もある。

本発明においても、グイ内表面と高分材刺との接触面に
おける壁面抵抗を軽減する事が有効に作用する。

本発明では壁面抵抗を軽減する為に、下記の５つの方法
を提供する。

■　押出成形グイ内の表面を、潤滑性能に優れた固体で
被覆する方法。

■　押出成形グイ内において、グイ内表面と高分子材料
との界面に潤滑剤液膜を形成させつつ押出成形する方法
。

■　押出成形グイ内において、成形時に、高分子材料の
成形時の粘度より低く　１０００ポアズ以上好ましくは
高分子材料の成形時の粘度の１７１０以下で１０００ポ
アズ以上の熱可塑性樹脂（低粘度熱可塑性樹脂）を該高
分子材料に被覆しつつ押出成形する方法。

■　押出成形グイ内において、成形時に、高分子材料よ
りも滑り性能の高い熱可塑性樹脂（高滑性熱可塑性樹脂
）を該高分子材料に被覆しつつ押出成形する方法。

■　■〜■のいずれかを２つ以」二組合せる事により押
出成形する方法。

■の潤滑性能に優れた固体とは、ポリテトラフルオロエ
チレン等の成形温度で軟化しない各種フッ素化炭化水素
重合体が良好に使用できる。工業材料、２６、Ｎｏ、Ｅ
ｉ、　９７等に記載されているテフロック加工でグイ内
表面を被覆する事は、成形中の耐摩耗性が良く、本発明
には特に良好に使用できる。

■の潤滑剤液膜を形成させる事は、前述のように均一な
潤滑剤液膜形成が極めて困難であるという大きな問題点
を抱えているのが現状である。しかしながら、本発明で
は、潤滑剤をグイ内に圧入する為の簡単な構造の部品を
用い、これを通じてグイ内に潤滑剤を圧入するだけで、
グイ内表面と高分子材料との界面に均一な潤滑剤液膜が
形成される事が判明した。すなわち、本発明によりグイ
内の高分子材料がプラグフローの形態をとるようにタイ
内流動が制御された場合には、潤滑剤液膜も均一に形成
させる事ができ、この結果、本発明をより容易に実施す
る事ができるようになる。

（第３図３−１．３−１′）。本発明に述べる潤滑剤と
は押出成形温度以下で液体又は固形分が分散した液状の
ものであり、流動パラフィン、ポリジメチルシロキサン
等の各種シリコーン油、ステアリン酸、ステアリン酸金
属塩等の各種脂肪酸及びこの金属塩、各種界面活性剤、
これらの各流体の混合物の他、一般に使用されている潤
滑剤が使用できる。

また、潤滑剤を圧入する部品は、せまいスリット状ある
いは焼結金属等の微細な連通孔を有する多孔質体、焼結
体を用いたものが使用できる。

■の低粘度熱可塑性樹脂及び■の高滑性熱可塑性樹脂で
高分子材料を被覆した場合には、グイ内の流動は第３図
（３−２）（３−２′）及び（３−３）（３−３′）の
ようになり、高分子材料自体はプラグフローの形態とな
る事が容易になる。

特に熱可塑性樹脂層内に先行して流動する部分が存在す
る事が好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、高分子材ネ
：１の押出成形時の成形条件下、特に温度条件下で、高
分子材料と熱可塑性樹脂との粘性及び滑り性能を比較す
る事により、すべての熱可塑性樹脂の中から選択するこ
とができる。特に、成形時の成形ゾーン４の成形条件下
で選定する事が好ましい。たとえば、ポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ
を高分子材料として本発明の押出成形をする場合に、熱
可塑性樹脂としてポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレ
ン（ｐｐ）等のポリオレフィンが有効である。ＰＥやＰ
Ｐ等のポリオレフィンは、ＰＭＭＡ、　ＰＳ、　ＡＢＳ
ばかりでなく、他の高分子材料と比べ、低粘性あるいは
／及び高滑性を有しており、本発明の押出成形を行なう
際の高分子材料を被覆する熱可塑性樹脂として有効であ
る。

本発明の押出成形方法において、壁面抵抗を軽減する目
的は、■の方法、すなわち上記の■〜■いずれかを２つ
以上を組み合わせる事により特に有効に達成する事がで
きる。グイ内を固体潤滑剤で被覆し及び／又は潤滑剤液
膜を形成しつつ、かつ、低粘度または／及び高滑性の熱
可塑性樹脂を高分子材料に被覆しつつ、本発明の押出成
形方法を実施すると、そのダイ内流動は、第３図（３−
４）（３−４′）に示すようになり、高分子材料自体は
プラグフローの形態をとることが極めて容易になり、同
時に、押出成形も容易に安定する。

また、上記■及び■の方法において、高分子材才゛］を
被覆する熱可塑性樹脂に潤滑性に優れた添加剤を配合す
る車により低粘度化または／及び高滑性化すると有効で
ある。特に該熱可塑性樹脂からブリードしやすい添加剤
を配合すると、グイ内表面と高分子材料との界面に流体
膜を形成させる事が可能となり、ダイ内流動を第３図（
３−４）（３−４′）の流動形態とすることがより容易
になる。

添加剤としては、ポリジメチルシロキサン等の各種シリ
コーン油、ステアリン酸及びステアリン酎金属塩等の各
種脂肪酸及びその金属塩、各種界面滑性剤、これらの混
合物等、熱可塑性樹脂に配合する事により熱可塑性樹脂
を低粘度化または／及び高滑性化させるすべての添加剤
が使用できる。また配合した後に熱可塑性樹脂からブリ
ードしやすい添加剤や低分子化合物等も有効である。

また、本発明において、壁面抵抗を軽減させる目的で高
分子材料を被覆する熱可塑性樹脂は、成形品の表面に存
在する事になるため、表面の熱可塑性樹脂を成形品から
、剥離する必要が生じる。

この場合、高分子材料と熱可塑性樹脂との相溶性を考慮
して、熱可塑性樹脂を選択すれば問題は生じない。また
、この剥離によれば、成形品の表面に付着した潤滑剤も
同時に除去され、洗浄工程が不必要になるというメリッ
トを与える。

」１記した壁面抵抗を軽減する為の手法は１本発明の押
出成形において、押出成形ダイ全域において施すことが
好ましい。固体潤滑剤のグイ内被覆は、例えば、押出成
形グイ製作時に、そのダイ内表面全体に施すことが好ま
しい。第４図〜第７図に潤滑剤圧入用部品７を有する装
置を例示する。

潤滑剤液膜な形成させる為の潤滑剤圧入用部品７は、必
要に応じて押出成形グイ内の任意の位置に配置する事が
できるが、特に押出機１と冷却固化ゾーン２との間およ
び／又は、成形ゾーン４の前および／又は成形ゾーンの
中に配置する事が好ましい。低粘度および／又は高滑性
の熱可塑性樹脂による高分子材料の被覆は、押出機１と
冷却固化ゾーン２との間に、被覆用の押出ダイ８を気密
に配置し、押出機１とは別に少なくとも１台以上の押出
機によって該熱可塑性樹脂を該被覆用押出ダイ８へ供給
する事により行なうことができる。該被覆用押出ダイ８
は、押出成形グイ内に前述の予備成形ゾーン５が配置さ
れている場合は予備成形ゾーンの後方に配置される事が
好ましい（第６図）。

４−記した方法で壁面抵抗を軽減させた本発明の押出成
形方法において、高分子材ネ１１、又は低粘度および／
又は高滑性熱可塑性樹脂で被覆された高分子材料の押出
成形グイ内でのグイ内流動形態の変化は、基本的には第
２図で示されたものと同じであるが、グイ内のほぼ全域
にわたって、高分子材料のグイ内流動をプラグフローの
形態とする為に、壁面抵抗を軽減させた本発明の押出成
形方法は特に有効である。

第４図では潤滑剤９の液膜を形成しつつ、シート成形を
行なう装置である。潤滑剤９の液膜が不要な場合は、潤
滑剤圧入部品を取りはずすか、潤滑剤９の供給を止めれ
ばよい。この場合、押出ダイから吐出される成形品の表
面には潤滑剤９が付着している為、該潤滑剤を洗浄又は
除去する装置１３を必要に応じて使用する。

第５図は、低粘度および／又は高滑性熱可塑性樹脂を高
分子材料に被覆しつつ、かつ、潤滑剤液膜を形成しつつ
、シート成形を行なう装置である。

この場合、成形品は該熱可塑性樹脂および潤滑剤で被覆
されており、必要に応じて、該被覆を成形品から剥離す
る装置１５が使われる。又、この場合、潤滑剤の洗浄工
程を省くことができるというメリットがある。

第６図は、本発明の押出成形方法により、パイプを成形
する装置である。

第７１−は、２つの押出機ｌ及び１′から、異種の高分
子材ネ゛１を供給するｉｌＱにより、サンドライ、。

チ４１１１１造を有したシートを成形する為の装置であ
る。

第５図、第６図、第７図において、押出機１８は紙詰；
■および／又は高滑性熱可塑性樹脂を供給し、被覆用ダ
イ８を通じて高分子材料に被覆する為のものである。ま
た、１￥１滑剤滑剤用入用７は液状の潤滑剤をグイ内に
圧入する際に使われる部品である。

本発明により、従来、困難性を伴っていた次に示すよう
な押出成形等を実施可能にする事ができる。

ｌ　高分子材料を押出グイ内で押出圧力を用いて実質的
に弾セ１変形させることにより、少なくともｌ軸方向に
分子配向および／又は結晶配向した成形品を成形する為
の押出配向成形 ２　溶融温度以上でも極めて高い粘弾性を有している為
に従来効二Ｖ的な押出成形が困難であったところの重＝
１１１分子；＋ｉ：　１００万以上の超高分子量重合体
ウエンジニアリングプラスチック等の高粘弾性高分子材
料の押出成形 ３　発泡成形において、従来１発泡適性粘度領域がせま
い為に、発泡体の成形が困難であった高鉛、子材料の押
出発泡成形 ４　溶融流動が容易な温度条件下で、熱分解および／又
は熱劣化しやすい高分子材料を、実質的に熱分解および
／又は熱劣化しない低温度条件下で成形する為の押出成
形 ５　その他、高分子材料を高い粘弾性状態で押出成形す
ることが、品分７材料の性質１．必要であったり、高分
子材料の高付加価値化の為に必要な場合の押出成形方法 本発明による押出配向成形の例として、２輔配向シート
の成形について説明する。

第４図および第６図において、押出機ｌで加熱軟化され
た高分子材料は予備成形ゾーン５で、成形品の肉厚に配
向倍率を乗じた厚みのシートに予備成形された後、壁面
抵抗を軽減させるための手法が施される。この後、冷却
固化ゾーン２を通過しながら、冷却固化されて実質的に
変形が不可能な粘弾＋Ｉ状態となりプラグフローの形態
のグイ内流動となる。成形ゾーン４において、高分子材
料は弾性状態でプラグフローする事により均一な弾に１
変形を受けて２軸配向シートに成形される。続く第２の
冷却固化ゾーン５で、冷却固化されて２４１１１配向が
固定された後、グイ出口から送り出される。この際、２
輔配向させる力は押出機からの押出圧力による。

２輔配向させる為の成形ゾーン４の形状が、第８図に示
した様な、押出方向に沿って、厚さは減少すると同時に
巾が広がる形状である場合に同時２軸配向成形が行なわ
れる。また、２軸配向成形を行なう際の成形ゾーン４の
形状については、特公昭５７−１４！３７５や特公昭５
７−３０８５４に報告された形状のものが本発明に適用
できる。

また、成形ゾーン４の形状を適当に選釈すれば縦あるい
は横方向に１軸に配向したシート、パイプｈ＜′、の成
形品や、所望の縦、横の配向度バランスをイ１した２　
＋ｋｂに配向したシート、パイプ等の成形品を成形する
事が可能である。

押出成形に限らず、分子配向成形又は結晶配向成形を行
なう場合、変形時における高分子材料は、内部の分子間
流動を極力抑えて弾性変形が可能な粘弾性状態である事
が必要である。すなわち、分子配向成形又は結晶配向成
形を押出成形により行なう場合、本発明の押出成形方法
が極めて適している。

押出機のヘッドに気密に接続された押出成形グイ内で連
続的に２軸配向させる押出成形方法は。

本発明者らの知る限りでは特公昭５７−３０６５４で報
告されているだけである。特公昭５７−３０６５４には
、本発明の押出成形方法の特徴である冷却固化ゾーンに
ついての記載は全くなく、本発明者らの実験によれば、
冷却固化ゾーンの示す効果、イ′１川があって、初めて
２輔配向成形が可能である事が判明した。

本発明の方法による２輔配向成形は厚肉の成形品、好ま
しくは１ｍｍ厚以上、更に好ましくは１．５ｍｍ厚以上
の成形品の成形に適している。特に厚肉シート、パイプ
の２　Ｍｌ＋配向成形品の成形に適している。

本発明の方法により、任意の延伸倍率の配向成形品が摺
られるが、延伸による効果等から１．５倍から１０倍（
厚み比）の延伸倍率が好ましい。

次に、本発明による超高分子量重合体の押出成形の例と
して、超高分子量ポリエチレンの押出成形について説明
する。

重量平均分子部、が１８０万以上の超高分子量ポリエチ
レンの成形品は、耐魔耗性、潤滑性、ｌ１ｌｌｔ衝撃性
、耐化学薬品性、吸音性等に優れている。しかし成形加
］二性が悪く、これまで満足な成形品が得られていない
。例えば、粉末の圧縮成形、ラム押出成形、カレンダー
成形等で成形されている。本発明の押出成形法は高粘弾
性状態の樹脂の効率的な押出成形が可能であり、超高分
子量のポリエチレンの高粘弾性体を良好に押出すことが
できる。

本発明の成形法及び成形装置は、従来成形が困難であっ
たポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂をはじめ
各種の超高分子量体の成形に適している。

超高分子量ポリマーを押出ダイ中を粘性流動させようと
すると、非常に大きな押出圧力を必要とし、粘性流動状
態で高圧力の押出圧力をかけるとメルトフラクチャーお
よび剪断破壊等も発生して良好な押出成形品が得られな
い場合が多い。

本発明によれば、超高分子量ポリエチレンをはじめとし
た超高分子量重合体のグイ内流動をプラグフローおよび
／又は滑動の形態とする事ができるため、成形品内に不
均一な歪のない良好なシーＩ・、パイプ、異形品等の成
形品を得る事ができる。

次に本発明により、発泡体を押出成形する場合を説明す
る。

押出成形により発泡体を成形するには、これまで発泡剤
が均一に分散した適度な粘度の高分子材料を、成形ダイ
より大気中に押出す事により成形されている。

発泡成形に適した粘度領域があり、この領域で押出すこ
とが必須であると云われてきた。適度な粘度領域より低
粘度になると１発泡ガスが発泡セルを破り大気中に逃げ
、高粘度になると押出ダイからの押出が困難になり、且
つ発泡ガスによる発泡力が働かなくなる。

ポリスチレン等では、温度による粘度変化がゆるやかで
あり、適度に温度を調節すれば粘度を発泡成形の適性領
域にもってゆくことができる。しかし、ポリプロピレン
、ポリエチレン等の粘度変化が急な高分子材料では温度
調節により粘度を発泡適性領域にもってゆくことは困難
と云われてきた。

これまでポリプロピレン、ポリエチレン等の温度による
粘度変化を緩やかにするため、電子線のｊｊ（＋　９４
、化学架橋剤の添加等による分子間架橋等の方法が用い
られ、架橋されたポリエチレン等が発泡成形に用いられ
てきた。

しかし、この様な架橋反応は加工費の増大等植種の問題
を含み、架橋反応を行わないで押出発泡成形を安定して
行う方法が要求されている。

種々検討の結果、本発明の成形法及び成形装置が押出発
泡成形に非常に適していることを発見した。すなわち、
本発明の方法を用いると、従来。

押出が困難であった高粘度状態の高分子材料の押出が可
能であり、多量の発泡剤を含有する高粘度高分子材料を
大気圧雰囲気、あるいは減圧雰囲気に押出すことにより
良好に発泡押出発泡成形ができる。

高粘度状態での押出が容易にできるため、高分子材料の
温度調節を均一化する領域を長くすることができ、温度
を均一化できる結果、均一な良好な発泡体が得られる。

更に低温度にして発泡が起らない程度の高粘度状態で押
出すと、発泡剤が高分子材料中に溶解した発泡用高分子
材料が得られる。物理発泡剤を多量に含浸させた発泡用
高分子材料ペレットの製造に良好である。沸点の低い物
理発泡剤、軟化温度の高い高分子材料等の発泡用樹脂の
製造はこれまで困難であり、この問題を解決している。

更に本発明は従来押出発泡成形では困難であった様な、
発泡倍率が５０倍以上の超高発泡成形にも応用できる。

すなわち高分子材料の粘度を大きくした状態で押出せる
ため、従来より多量の発泡剤を配合した状態で安定して
押出すことができ、高Ｒ泡倍率の発泡体の押出成形がで
きる。

更に、本発明において、熱処理ゾーン１７で発泡に適正
な粘弾性とし、続く冷却ゾーン１８で表層部だけを冷却
しながら発泡させれば、表面が平滑な発泡成形品を得る
事が可能である。

又、本発明に従った発泡成形においても、ダイ内表面と
高分子材料との接触面における壁面抵抗を軽減させる事
は特に有効である。

発泡押出成形を第９図、第１０図、第１１図を用いて説
明する。

第９図はポリエチレン、ポリプロピレン等の結晶性高分
子材料と、ポリスチレン等の非結晶性高分子材料の粘度
と温度の関係を示すグラフである。図で明らかな様に結
晶性高分子材料は発泡適性粘度域で急速に粘度が変化す
るため、発泡適性粘度にする温度域Ｈが非常に小さい。

これに対し非結晶性高分子材料の発泡適性温度域Ｇは太
きく、従って発泡成形が容易である。本発明は発泡適性
温度域が小さい高分子材料の押出発泡成形に特に良好に
使用できる。

第１０図は発泡シートを成形する装置を示している。発
泡前を含有する高分子材料（本発明では結晶性高分子材
料が特に好ましい）を押出機１で加熱軟化或いは加熱可
塑化した予備成形ゾーン６で厚肉のシート状とした後冷
却固化ゾーン２に送られる。冷却固化された高分子材料
は予備加熱ゾーン３及び成形ゾーン４を通過する際に所
望のサイズのシートに成形されると同時に高分子材料全
体を均一に発泡適性粘度状態に調整される。さらに、必
要があれば、成形ゾーン４の後に熱処理ゾーン１７を配
置する。この結果、押出された発泡剤を含有した高分子
材料はダイの外で発泡体となる。

第１１図は、ダイ内で発泡させて表面平滑な発泡シーＩ
・を成形する装置を示している。第５図の時と同様に成
形ゾーン４を通過した発泡剤を含んだ高分子材料は、冷
却固化ゾーン５で冷却された後、熱処理ソー刈７で発泡
適性粘度状態側こ調整される。続く冷却ソー７１８の初
めの部分は所望の発泡倍４スに応じてその流路断面積か
拡大する形状（膨張シーン）を有している。発泡剤を含
んだ高分子材料は表層部分だけが発泡適性粘度よりも高
い粘度に調整される事により、表面が平滑で内部だけが
発泡した発泡体が得られる。この場合、成形ゾーン４に
おいて高分子材料を分イ配向させておくと、熱処理ソー
刈７で加熱される事により弾性回復力か生じ、膨張ゾー
ンの形状に追随しやすくなり、良ｂｆな成形品が得られ
る。

本発明に述へる発泡剤には、各種物理発泡剤、化学発泡
剤が使用できる。例えば、プロノ々ン、ブタン、ペンタ
ン、ヘキサン等の炭化水素化合物、クロロメタン、ジク
ロロメタン等の塩素化炭化水素化合物、各種フレオン、
アゾジカルボン酸アミド、重炭酸ソーダ等である。

本発明の応用例として、溶融流動が容易な温度条件下で
、熱分解および／又は熱劣化しやすし１高分子材料の押
出成形がある。ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、
ポリアセタール等の溶融流動が容易な温度条件下で熱分
解および／又は熱劣化しやすい高分子材料は、できるだ
け低温で成形することが要求される。これまでこれ等高
分子材料は、熱安定剤、可塑剤等を多量に加えて粘りｉ
性を下げて流動性を向上させて成形されている。本発明
の方法では高粘弾性状態での成形が可能であり、安定剤
、可塑剤等の添加量を減らして低温で押出成形する事が
できる。

本発明は、高分子材料の厚肉成形品の成形に適している
。好ましくは１ｍｍ厚以上、更に好ましくは１．５ｍｍ
厚以１−の成形品の押出成形に適している。特に少なく
とも１軸方向に配向状態を有した厚肉の成形品に適して
いる。

本発明によれば、高い粘弾性状態で高分子材料を押出成
形する事が可能となり、押出配向成形、押出発泡成形、
超高分子量重合体の押出成形、高粘弾性高分子材料の押
出成形、易熱分解および／又は熱劣化性高分子材料の押
出成形等が実施可能となり、経済性、高付加価値化の点
でその効果は大きい。

以下、実施例を挙げて本発明を説明する。

なお、本発明は１本明細書中に記載の応用例及び実施例
に限られるものではない。

実施例１ 第４図に示した成形装置を用いて、２軸配向シートを成
形した。高分子材料として、ポリスチレン（ドＦＲ２，
８，ＩＳｏ　１’１ｌ１３３）、潤滑剤としてポリジメ
チルシロキサンを用いた。

予備成形ゾーン６には、その終端の断面形状が７６πｍ
Ｘ　２０ｍｍとなるマニホールドダイを配置した。

成形ゾーン４の形状形化は、その始端の断面形状７１１
ｆｍｍＸ　２０ｍｍから終端の断面形状！７０＋ｎｍ　
Ｘ　４ｍｍとした。

成形ダイの温度条件は予備成形ゾーン６を２２０°Ｃ１
冷却固化ゾーン２を８０℃、予備加熱ゾーン３を　１３
５°Ｃ１成形ゾーン４を１５０℃、第２の冷却固化ゾー
ン５を８０°Ｃに調節した。

」二記条件のもとで、潤滑剤を圧入しつつポリスチレン
を押出すことによりポリスチレンの均一な比較例１ 実施例１と同じ装置を用い、押出成形ダイの冷却固化ゾ
ーン２以降を　１５０°Ｃに調節して、潤滑剤を圧入し
ながら成形を行なった。不均一な流れが生し、満足な成
形品は得られなかった。

実施例２ 第５図に示した成形装置を用いて、２軸配向シートを成
形した。高分子材料としてＧＰ−ポリスチレン（ＭＦＲ
２，８，ＩＳＯＲ］１３３）、熱可塑性樹脂として低密
度ポリエチレン（ＭＩｏ、５．ＡＳＴＭＤ１２３Ｂ）　
、潤滑剤としてポリジメチルシロキサンを用いた。

予備成形ゾーン６及び成形ゾーン４には実施例１と同じ
ものを使用した。

成形ダイの温度条件は予備成形ゾーン６及び被覆用押出
ダイを２２０℃、冷却同化ゾーン２を３０〜５０℃、予
備加熱ゾーン３を１３５℃、成形ゾーン４を　１５０℃
、第２の冷却固化ゾーン５を３０〜５０’Ｃに調節した
。

上記条件のもとで、ポリスチレンに低密度ポリエチレン
を被覆し、かつ、１ｌｌｌ滑剤を圧入しつつ２輔配向成
形を行なった。ポリスチレンと低密度ポリエチレンの重
量比は５：１であった。成形品から低密度ポリエチレン
の被覆を剥離した後、ポリスチレンの均一な２軸配向シ
ートを得た。

実施例３ 第４図に示した成形装置を用いて、超高分子量ポリエチ
レン（重量平均分子量２４０万）のシート成形を行なっ
た。

押出機には、フィードゾーン部分のバレルに溝が付いた
φ５Ｄ＋ｎｍの単軸スクリュー押出機を用いた。

予備成形ゾーン６には、その始端の断面形状がψ５０＋
ｎｍで、断面積変化がなるべく少ないようにその終端断
面形状７［１ｍｍＸ　２０ｍｍに形状変化するダイを配
置した。

成形ゾーン４の形状変化は、実施例１に使用したものを
用いた。

成形ダイの温度条件は、予備成形ゾーン６を１８０℃、
冷却固化ゾーン２を　１００℃、予備加熱ゾーン３を　
１５０°Ｃ１成形ゾーン４を１８０℃、冷却固化ゾーン
５を８０°Ｃに調節した。

上記条件のもとで、超高分子量ポリエチレン（重量平均
分子量２４０万）のシート成形を行なった。潤滑剤を使
用しない場合、押出圧力は５００Ｋｇ／ｃｆｆ１２で連
続したシート成形が行なうことができた。また、潤滑剤
としてポリジメチルシロキサンを冷却固化ゾーン２の直
前の位置で圧入しながら成形すると押出圧力は２０ＣＩ
Ｋｇ／ｃｍ２に低下してシート成形が行なえた。

実施例４ 実施例３と同様の成形装置を用いて、超高分子量ポリエ
チレンの２軸配向シートを成形した。

成形ダイの温度条件は、予備成形ゾーン６を１６０′Ｃ
１冷却固化ゾーン２を４０〜５０°Ｃ５予備加熱ゾーン
３を　１４５℃、成形ゾーン４を１６０℃、第２の冷却
固化ゾーン５を４０°Ｃに調節した。

上記条件のもとで、実施例３と同様に潤滑剤を圧入しつ
つ成形して、超高分子量ポリエチレンの均一な二軸配向
シートを連続的に成形した。押出月：力は３２０Ｋｇ／
ｃｍ２テあった。

実施例５ 実施例３と同様の成形装置を用いて、超高分子量ポリエ
チレン（光分散法による平均分子量３５０万）のシート
成形を行なった。なお、成形ダイ内表面には、工業材料
２６、Ｎ００６．８７等に記載されているテフロンク加
工の被覆を行なった。

成形ダイの温度条件は、予備成形ゾーン６を１８０°Ｃ
１冷却固化ゾーン２を　１６０°Ｃ１予備加熱ジー７３
を　１６０℃、成形ゾーン４を１６０℃に調節した。

」；記条件のもとで潤滑剤としてジメチルシリコンを冷
却固化ゾーン２の直前の位置で圧入しつつ成形を行なっ
た。

第２の冷却固化ゾーン５を１４０℃に調節しておくと、
超高分子量ポリエチレンのシートが溶融状態でタイ出口
から定常的に押出され、これを冷却ロールを通して軟化
温度以下に冷却した。

また、第２の冷却固化ゾーン５を４０℃に調節すると、
超高分子量ポリエチレンのシートが固体状態でダイ出口
から定常的に押出された。押出圧力は１５０Ｋｇ／ｃｍ
２であった。

このように高分子材料が軟化温度以上の状態にあっても
極めて高い粘弾性状態を示す場合には、冷却固化ゾーン
２及び／または５が該材料の軟化温度以上であっても、
本発明の効果を発揮する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高分子材料のダイ内流動を示したものである（
矢印は流速を、曲線は流速分布を表わす）。 第２図は本発明の押出成形方法におけるグイ内流動を示
したものである。 第３図は本発明の押出成形方法のうち、タイ内に壁面抵
抗を軽減させる為の手段を施した場合の高分子材料のグ
イ内流動を示したものである。 第４図〜第７図及び第９図〜第１１図は本発明の押出成
形装置の断面図である。 第８図は本発明によって２軸配向シートを成形する場合
の成形ゾーンのダイ内流路形状の変化の概略図である。 第９図は高分子材料の粘度と温度の関係を示すグラフで
ある。 】、１′・・・押出機　２・・・冷却固化ゾーン　３・
・・予備加熱ゾーン　４・・・成形ゾーン　５・・・第
２の冷却固化ゾーン　６・・・予備成形ゾーン　７・・
・潤滑剤圧入用部品　８・・・積層または被覆用押出ダ
イ　９・・・潤滑剤　１０，１１．＋２・・・冷却媒体
または加熱媒体孔１３・・・潤滑剤除去または洗浄装置
　１４・・・引き取りロール　１５・・・熱可塑性樹脂
被覆巻き取り装置１Ｂ・・・成形品　１７・・・熱処理
ゾーン　１８・・・冷却ゾーン１９・・・押出機　２０
・・・剥離層。 出願人　旭化成工業株式会社 代理人　豐　１）　善　雄 第３１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］、　）　加熱により軟化又は／及び可塑化された高
   分子材料を、押出成形ダイの冷却固化ゾーンを通過せし
   めて実質的に変形が不可能な粘弾性状態とし、次いで該
   高分子材料を押出成形ダイの予備加熱ゾーンを通過させ
   て実質的に変形が可能な粘りｉ性状前にした後に成形ゾ
   ーンへ送り成形することを特徴とする高分子材料の押出
   成形方法。 （２）　成形ゾーンを通過した高分子材料を第２の冷却
   固化ゾーンに送って、高分子材料を冷却固化して実質的
   に変形が不可能な粘弾性状態として押出す特許請求の範
   囲第１項記載の高分子材料の押出成形法。 （３）　押出機のヘッドに押出成形ダイを接続した押出
   成形装置であって、押出成形ダイか、高分子材料を所望
   の形に賦形する為の成形ゾーンと押出板の間に、通過す
   る高分子材料を冷却固化して実質的に変形が不可能な粘
   弾性状態とするための冷却固化ゾーンと、該冷却固化ゾ
   ーンで冷却された高分子材料を加熱して実質的に変形が
   可能な粘弾性状態にして成形ゾーンへ送るための予備加
   熱ゾーンを配置してなることを特徴とする押出成形装置
   。 （４）　押出成形ダイが、通過する高分子材料を冷却固
   化して実質的に変形が不可能な粘弾性状態とするだめの
   第２の冷却固化ゾーンを成形ゾーンに後続して配置され
   た押出成形ダイである特許請求の範囲第３項記載の押出
   成形装置。