JPS61154931A - ポリオレフィン粉末より成形物を製造する方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、熱可塑性樹脂粉末よシ成形物を製造する方法
に関し、より詳細には超高分子量の結晶性熱可塑性樹脂
粉末を融点以下温度で口金から押出し、しかる後に口金
を介して延伸する熱可塑性樹脂粉末の加工法に関する。

従来の技術 近年、高分子材料の特性をよシ高度に生かし、高機能か
つ高性能で有効な材料として活用する研究が行われ、特
に高弾性率を有する高分子材料の開発が要望されている
。

超高分子量の熱可塑性樹脂、特にポリエチレン、ポリプ
ロピレンなどの超高分子量のポリオレフィンは、高弾性
率、耐衝撃性、耐摩耗性、低岸擦性などの点で汎用ポリ
オレフィンにはみられない優れた性質を持つことで注目
されるが、成形加工性が乏しい点でこれまで十分に用い
られなかった。

このような熱可塑性樹脂の物性を改良する方法として、
例えば、結晶性熱可塑性樹脂の微粉末を融点以下の温度
で口金から高圧で押出す粉末押出方法が、特公昭５２−
４３８７４号公報、人、Ｅ、　Ｚａｃｈａｒｉａｄｅｓ
らの文献（ＪＯｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＰＯ−１×ｍｅｒ　
８１ｅｎｃｅ　：　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　
Ｅｄｉｔｉｏｑ　Ｖｏ１１７．４８５−４８８　　（１
９７９））などに記載されている。一方、通常の分子量
の高モジユラス配列性重合体の製造法として、結晶度３
０チ以上のフィラメントをノズルを介して固相で延伸し
その配列性重合体を急冷する方法が特開昭５３−１２２
８２０号公報に記載されている。

しかしながら、上記のような方法では得られる成形物は
変形率が低く弾性率の改善は必ずしも十分でない。また
、熱可塑性樹脂の特に超高分子量のものの押出しや延伸
において大きな変形率を達成するにはよシ高圧が必要で
あシ、その生産速度が遅く生産性に制限を受ける。

本発明は、超高分子量の熱可塑性樹脂粉末から溶融する
ことなく、大きな変形率を比較的低圧下の経済的速度で
達成し、高弾性率を有する成形物を得る方法を提供する
ことを目的とする０問題点を解決するための手段 本発明者らは、上記のような問題点を解決するために種
々の検討を行った結果、超高分子量の熱可塑性樹脂粉末
を融点以下の温度で口金よシ押出し、しかる後に口金を
介して延伸することにより本発明の目的を達成すること
を見出し本発明を完成した。

すなわち、本発明は、重量分子量が５×１０５以上の結
晶性熱可塑性樹脂粉末を当該樹脂の結晶分散温度から融
点までの温度で、好ましくは、入口断面積と出口断面と
の比が２〜２０で入口角度が６０°以下の口金から圧力
１２ギガパスカル（以下ＧＰ＆という）以下、速度５ｃ
ｍ／分以上で押出し、しかる後に該押出物を当該樹脂の
結晶分散温度から融点を越える２０’Ｏ４での温度範囲
で、該押出物の断面積のα０２〜α９倍の出口断面積で
入口角度が６０＠以下の口金を介して速度１　ｒｎ　７
分以上で延伸することによって達成される。

本発明における結晶性熱可塑性樹脂は、重量平均分子量
が５　Ｘ　１０’以上、好ましくは１ｘ１０ｊからＩ　
Ｘ　１０’の重合体の粉末である。例えば、ポリエチレ
ン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリオキシ
メチレンなどのポリアセタール、ポリテトラフルオロエ
チレンなどのフッ素化重合体、ナイロン−６などのポリ
アミド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステ
ル、その他ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリ
ル、ポリ塩化ビニリデンなどがあげられる。これらのう
ちでは、高密度ポリエチレンが物性の改善が著しい点で
好ましい。

また、その樹脂粉末の大きさは、一般的な範囲である１
０１〜１．０ｗ程度である。さらに１これら樹脂粉末は
単一でなく２種以上の樹脂の混合粉末も適用できる。

なお、上記樹脂粉末の重量平均分子量が５×。

１０１未満の通常の分子量を有するものでは、物性の改
善が十分でない。

本発明における押出成形温度は、使用される樹脂によシ
異なり、その樹脂の結晶分散温度から融点までの範囲で
ある。具体的な押出温度は、ポリエチレンの場合９０〜
１４０”０が好ましく特に１００〜１３０℃が好ましい
。押出温度が結晶分散温度未満では、押出物は非常にも
ろく取扱いに支障をきたし、後述の口金を介する延伸が
困難となる。一方、融点を越える押出物は、押出後の冷
却結晶化の操作を必要とし、また押出物の口金を介する
延伸が困難となる。

また、押出圧力は、１２　ＧＰ＆以下が好ましく、押出
速度は、５１／分以上が好ましく、よシ好ましくは２０
（至）７分以上である。押出圧は樹脂粉末に剪断塑性変
形および内部変形を起させ、押出物に配向による良好な
機械的強度を与えるために必要であるが、あまシにも高
すぎることは生産性および経済性のうえから好ましくな
い。

本発明における押出口金は、入口断面積と出日新面積と
の比が２〜２０のものが好ましく、より好ましくは６〜
１５で、ま邂入口角度は６０゜以下が好ましく、より好
ましくは１０〜３０＠である。口金の断面積が上記の下
限に満たない場合は、押出変形の効率が低くなるうえに
口金を介する延伸に耐える機械的強度を有する押出物が
得られない。一方、上限を越える場合は、押出が困難と
なり、押出物にクラックが入るなどの不都合が生ずる。

また、入口角度が６０″を越えると押出しに高圧を必要
とするために好ましくない。

また、押出しに用いる口金の形状は、円形、異形、板状
（シート、フィルムなど）、管などのいずれであっても
よい。また、口金の押出口は、単独または複数のどちら
であってもよい。

なお、口金表面にはテフロンなどの潤滑剤を塗布しても
よい。

前記の樹脂粉末の押出しにおいては、樹脂粉末の充填密
度を高めて押出し効果の向上を図るために、予め樹脂粉
末を圧縮成形しておくことが特＆１７ましい。圧縮成形
温度は、得られる成形物が本ろくならず、また溶融しな
い当該樹脂の結晶分散温度から融点までの範囲が好まし
い。

また、圧力は高ければ高いほど樹脂粉末の充填密度を高
めるうえで好ましいが、必要以上の圧力は生産性のうえ
から不利であり、１０〜２００メガパスカル（以下ＭＰ
ＩＬ）が適当である。

また、樹脂粉末の押出物に張力を付加することは、後述
の延伸効果を促すとともに押出物に真直性を与える点で
好ましい。さらに１０金通過後の押出物は冷却帯、例え
ば空冷、液冷、固体との接触などで冷却して配向の緩和
を防ぐことが好ましい。

次に１本発明における押出物の延伸温度は、当該樹脂の
結晶分散温度から融点を越える２０’０までの範囲であ
る。具体的な延伸温度は、ポリエチレンの場合９０〜１
６０　’Ｏが好ましく、よシ好ましくは１１０〜１５０
　’Ｏである。延伸温度が当該樹脂結晶分散温度未満で
は、口金を介する延伸が困難であシ、一方上限値を越え
る高温では横脂の過度の溶融によシ延伸ができない０ま
た、延伸速度は延伸口金の出口断面積と押出口の断面積
の比にもよるが１１／分以上が好ましく、よシ好ましく
は１０〜１００ｎａＺ分である。延伸速度は大きいほど
口金通過後の延伸物のネッキング現像によシ大きな延伸
倍率が得られるが、大き過ぎると延伸物に破断を生じる
恵め上記の範囲が生産性のうえから好ましい。

本発明における延伸口金は、その出口断面積が押出物断
面積の１１０５〜０．？倍が好ましく、よシ好ましくは
０．１〜０．８倍で、まな入口角度が６０°以下が好ま
しく、よシ好ましくは１０〜３０６である。延伸口金の
出口断面積と押出物の断面積との差が小さ過ぎると一度
の延伸において大きな延伸倍率を得ることができないが
、これをさらに断面積の差の小さい複数個の口金を通過
させることによって延伸倍率を上昇できる。

一方、押出物の断面積に対する延伸口金の出口断面Ｓが
極端に小さｂ場合は延伸が困難となる。

また、延伸口金の入口角度が極度に大きいと延伸に大き
な圧力を必要とするために好ましくない０ また、延伸口金の形状は、円形、板状（シート、フィル
ムなど）、異形、管などのいずれであってもよい。また
、これらの口金は複数個で用いることができる。また、
延伸口金の表面にテフロンなどの潤滑剤を塗布してもよ
い。

また、上記の延伸においては、押出物を束ねて口金を通
過させてもよい。また、口金通過後の延伸物は、冷却帯
、例えば空冷、液冷、固体との接触々どで冷却すること
Ｋより配向の緩和を防止することが好ましい。

以上のように本発明の方法は、熱可塑性樹脂微粉末を口
金から押出し、これをさらに口金を介して延伸する２段
階での成形が肝要である。

樹脂粉末を単に押出したり、またその押出物を口金を介
さない単なる熱延伸では本発明の効果は期待できない。

発明の効果 本発明の方法によれば、大きな圧力（エネルギー）を必
要とせず、かつ経済的な速度で、超高分子量の熱可塑性
樹脂粉末から大きな変形倍率で一挙に成形物を製造する
ことができる０また、得られる成形物の弾性率も従来の
溶融成形物に比べて優れるものである０従って、成形加
工性の乏しい超高分子竜ホリオレフィンの成形を容易に
するとともに、従来品ではカバーし得なかった分野の用
途を可能とする。

また、従来の成形における加熱溶融および冷却結晶化の
工程が省かれる省エネルギーの加工法であるために、成
形コストが大巾に安価になる。さらに１原料樹脂粉末を
溶融してペレットやフレークにする必要がなく、原料樹
脂そのものも安価となることが期待できる。

遣１且 以下、本発明の方法を実施例で詳細に説明する。なお、
これらは本発明の範囲を限定するものではない。なお実
施例中、融点はＤ８０を用いて８℃／分の加熱速度で測
定した０実施例１ 重量平均分子量２×１０の高密度ポリエチレン粉末（平
均粒径α１畷、融点１４０°Ｃ）を出口を閉じ九バレル
内に充填し、１１９℃．　１００Ｍｐ＆で圧縮成形した
後、この成形物を１２７°Ｃ１最大圧力０．　Ｏ８５Ｇ
ｐａで、入口断面積と出口断面積との比が１０で入口角
度２０゛Ｃの円形口金から５０１／分の速度で押出して
平滑で真直な゛フィラメントを得た。

このフィラメントを１２５℃で、フィラメント断面積の
１４４倍の出口断面積で入口角度２００の円形口金を介
して１閤／分の速度で延伸して平滑で真直な延伸フィラ
メントを得た。

得られた延伸フィラメントの断面積と押出口金の入口断
面積との比から変形倍率を求めた。

また、延伸フィラメントを引張試験機を用いて歪速度２
　Ｘ　１０−’　５ｅａ−１で引張）、応力歪曲線の０
．１％歪におけろ接線の勾配から引張弾性率を求めた。

結果を表−１に示した。なお、押出物の変形倍率は９７
で、引張弾性率は２．５　Ｇｐａであった。

実施例２〜？ 実施例１と同一の超高分子量高密度ポリエチレン粉末を
用いて、表−１に示す条件で圧縮成形、押出成形および
延伸を行い延伸フィラメントを得た。なお、実施例８で
は予め圧縮成形を行わなかった。また、実施例？では延
伸口金２個を用いた。結果を表−ＩＫ示した。

比較例１ 実施例１において得られた押出フィラメントを、口金を
介さないで、１２５〜１５０℃の温度範囲で各延伸を試
みたがフィラメントが切断して延伸できなかった。

比較例２ 実施例１で用いた超高分子量高密度ポリエチレン（ｉｗ
＝　２　ｘ　１０＠）粉末を溶融結晶化して丸棒を成形
し、１１５〜１３５℃の温度範囲で入口断面積と出口断
面積との比が６で入口角度２０″の口金から各押出しを
試みたが、押出しに１２　Ｇｐ＆以上の高圧を必要とす
るうえ、顕著なステックスリップ現象を生じ、定常的な
押出を行うことができなかった。

比較例３ 重量平均分子１１１３　ｘ　１０’の高密度ポリエチレ
ン粉末を出口を閉じたバレル内に充填し、１１１℃，５
０Ｍｐａで圧縮成形した後、１１１〜１１９°Ｃの温度
範囲で、入口断面積と出口断面積との比が６または１０
で入口角度２０°の口金から押出すことにより平滑で真
直なフィラメントを得た。

このフィラメントについて、その断面積の１４４倍また
は０．５４倍の断面積で入口角度２０＠の口金を介して
１２５〜１５０”０の温度範囲で各延伸を試みたがフィ
ラメントが切断して延伸できなかった。なお、上記押出
フィラメントについて口金を介さないで熱延伸を試みた
がフィラメントが切断して延伸できなかった。

比較例４ 実施例１で用いた超高分子量高密度ポリエチレン（Ｍｗ
２ｘｌＯ°）粉末を、２１０　’Ｏで溶融圧縮成形後に
急冷してシート状とし、しかる後に１３３℃、速度３０
１／分で延伸した。最大延伸倍率１３倍で弾性率は２．
９０ｐａであった。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量平均分子量が５×１０＾５以上の熱可塑性樹
   脂粉末を当該樹脂の結晶分散温度から融点までの温度範
   囲で口金から押出し、しかる後に該押出物を当該樹脂の
   結晶分散温度から融点を越える２０℃までの温度範囲で
   口金を介して延伸することを特徴とする熱可塑性樹脂粉
   末より成形物を製造する方法。
2. （２）熱可塑性樹脂が、ポリエチレンである特許請求の
   範囲第１項記載の方法。
3. （３）口金が、入口断面積と出口断面積との比が２〜２
   ０で入口角度が６０°以下の押出口金および出口断面積
   が押出物の０．０２〜０．９倍で入口角度が６０°以下
   の延伸口金である特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の方法。
4. （４）押出しが、圧力０．２ギガパスカル以下、速度５
   ｃｍ／分以上であり、延伸が、速度１ｃｍ／分以上であ
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   の方法。