JPS61283634A - 連通多孔焼結体の製造方法 - 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１０〜１５０μｍの連通気孔を有するポリオレ
フィン系樹脂の多孔体に関するものでアリ、その耐薬品
性や強度あるいは通気性を活用して各種フィルター、吸
液素材あるいは気体や液体の導通材として活用される。

（従来の技術） 熱可塑性樹脂粉末を一般的には所望形状の雌型に充填し
、この金型を樹脂の溶融温度以上に加熱し、粉末樹脂相
互の界面を融着させた後に冷却して、無数の連通した気
孔を有する多孔体を成形する方法を焼結成形と称し、ｔ
た得られた焼結体を一連通多孔焼結体と称する。このよ
うにして得られた多孔体の機械的引張り強度は連通多孔
体であるが為に樹脂本来の有するそれに比べて可成り低
い傭のもの■−ム君ちれ外誌の充稔二墨ｆ甑ス　ンめ強
度を向上させる為によく用いられる技術としては、粉末
を金型内に密に充填して焼結成形して目的を達する方法
である。しかしこの方法には大きな欠点がある。そのひ
とつは高密度に粉体を充填した金型を加熱した際に、金
型に接する部分の粉体が溶融状態になるにつれてその圧
力に抗しきれずに過剰の溶融流動を起こして、その結果
表面部の気孔が目詰りを起こすことである。これを解決
する為に用いられるもうひとつの方法は金型に圧力をか
けて粉体を高密度に充填し、賦形した粉体のブロックを
取り出して開放圧力下に加熱焼結させる方法であるが、
この方法だと所望形状通りには仕上らないため、後加工
（切削加工）によって形状修正を必要とする。

焼結成形用の熱可塑性樹脂粉末としては耐薬品性に優れ
ていること、工業的に安価に入手しうろこと、また粉末
として入手可能なこと、焼結成形性が良いこと等の理由
からポリオレフィン樹脂粉末が広範に利用さしているが
、その強度は前述の如くであり、むしろ他のプラスチッ
クに比べて低く、その強度改良が望まれている。

（発明が解決しようとする問題点） 連通多孔焼結体の引張り強度は相接する樹脂粒子間の融
着強度によって決定される。この融着強度を上げる為に
は、ひとつは融着面積を犬にすることでちり、従来技術
ではその為に粉体を高密度に充填し焼結する方法をとる
。もうひとつの方法は融着力そのものを高くする方法で
あるが、融着力の高い原料は溶融時の粘度が低い為に目
詰りを非常に起し易いのが通常であり実用に供されてい
ない、また、従来手法のように外力で粉体を金型に高密
度に詰め込むと金型形状によっては圧力分布を生じ、得
られる多孔体の気孔径や気孔率は場所により不均一とな
り、通気性の面では圧力損失が大となる。これらの事か
ら、原料樹脂粉末はより溶融粘度が高く目詰りしにくい
材料が好んで用いられる。しかし溶融粘度が高い材料は
ど溶着　　　１強度は低く、その結果得られる多孔体の
引張り強度は低いものとなる欠点がある。

（問題点を解決する為の手段） 本発明は上述のような状況下にあって、一般に入手し得
る材料を用いて、焼結成形が容易に行なえ、高い引張り
強度を有し、気孔径、気孔率とも均一性の高い、しかも
通気抵抗の少ない連通多孔焼結体を得ようとするもので
ある。

すなわち１本発明では溶融粘度の極めて高い超高分子量
ポリエチレン粉末と溶融粘度の低い溶融流動性を有する
ポリオレフィン樹脂成形材粉末とを、ある限定された範
囲に混合した混合粉末を焼結成形に用いるを特徴とする
。更に詳しくは、超高分子量ポリエチレン粉末（Ａ）と
ポリオレフィン樹脂成形材粉末の）とを（Ａ）／ＣＢ）
　＝　ａｓ／１５　〜３０／７０　（重量部）の範囲内
で混合し、これを焼結して平均気孔径ｌＯ〜１５０μｍ
、平均気孔率２５〜４５Ｖ−の連通気孔を有する多孔焼
結体を得ることを特徴とする。更に好ましくは、超高分
子量ポリエチレン粉末（Ａ）とポリオレフィン成形材粉
末の）のそれぞれの平均粒子径が５０〜ＳＯＯμｍの範
囲内、粉体の嵩密度が０．３１／Ｃ１，以上、粉体の安
息角が４５度以下でアリ、該（１）との）の混合物中の
Φ）に対する囚の平均粒径比がｈ−いの範囲内、かつポ
リオレフィン樹脂成形材がポリエチレン系樹脂又は／及
びポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする。この
ことによって、粉体は特に圧力充填せずとも最密状態に
充填され、気孔率の分布も均質で、しかも引張、り強度
の高い連通多孔焼結体が得られるようＫなる。

本発明にいケ超高分子量ポリエチレン粉末（Ａ）とは％
Ａ８ＴＭ−Ｄ１６０１による粘度法で測定した分子量が
６０万以上のもので、溶融時の流動性をＡＳＴＭ−Ｄ１
２３ｇのメルトインデックス値（以下ＭＩ値と称する）
ｆｚ用いて表すすとＭＩ中Ｏ１７１０分（温度：　　１
００℃、荷重：２．１６〜）の値を示すポリエチレン樹
脂の粉末である。また、このような超高分子量ポリエチ
レン樹脂粉末は、一般のポリエチレン樹脂粉末を電子線
照射や有機過酸化物等により架橋させても得られるし、
チーグラー・ナツタ触媒等を用いた懸濁重合等の重合方
法によっても粉体が直接得られる。また本発明で粉末と
称するものは樹脂を機械的な粉砕、化学的な粉砕をした
もの、あるいは重合で直接得られる粉体を意味し、更に
好ましくはその粉体の平均粒子径が５０〜ＳＯＯμｍの
範囲内であり、粉体の嵩密度が０．３ｆ／（Ｃ以上（Ｊ
ＩＳ−に６７！１で測定）％粉体の安息角が４５度以下
（ＪＩ８−に６７２１を用いて注入法で測定）のものが
好ましい。また、本発明にいうポリオレフィン樹脂成形
材粉末の）とは、そのポリマー構造中にエチレン又は／
及びプロピレン単位を７０モルチ以上含む樹脂成形材紡
糸をい＼、ポリエチレン有脂、ポリプロピレン樹脂、エ
チレン／プロピ７７番コポリマーあるいはエチレンやプ
ロビレ／と他のモノマー例えばブテン−１，４メチルペ
ンテン−１、酢酸ビニルなどとの共重合体樹脂の粉末を
い＼、粉末と称するものの定義と、粉体の好ましい特性
は既述のそれと同じである。また成形材とは通常のポリ
オレフィン加工用押出機で成形加工が可能な溶融流動特
性を有するものであることを意味し、好ましくはＭＩ＝
０．０２〜３０ｆ７１０分（温度；１９０℃、荷重：２
．１６ｂ）の範囲のものである。本発明では、上述の超
高分子量ポリエチレン粉末（Ａ）とポリオレフィン樹脂
成形材粉末＠）とを（Ａ）／（Ｂ）　＝　８５／１５〜
３０／７０　　（を置部ンの範囲に混合して用いる。こ
の混合割合いの範囲内において通常実施される焼結成形
法で平均気孔径、平均気孔率とも均質性の高い連通多孔
焼結体が得られる。好ましくは（Ａ）／Φ）＝　８０／
２Ｇ〜４０／６　Ｇ、最も好ましくは、　８０／２０〜
５０１５Ｇ　（重量部）でおる。８５／１５の混合割合
いよりも談■）が少ないと得られる多孔焼結体の引張強
度の向上効果は乏しく、また該囚の割合いが多いと焼結
成形性が乏しく、得られる多孔焼結体は目詰りの多いも
のとなって好ましく々い。３０／７０の混合割合よりも
（Ａ）が少い場合つまり（ト）が３０より少い場合は（
Ｂ）が７０を越すことにな？、ＣＢ）は目詰りを起し易
い原料であるために焼結体も目詰りを起す。すなわち、
超高分子量ポリエチレン粉末は広い焼結条件範囲で目詰
りの無い多孔焼結体となるが、欠点として引張強度が脆
弱である。また、ポリオレフィン樹脂成形材はＭＩ値が
大なるほどその逆の傾向を示し。

更にその粉末粒子径が小さいほど同様の傾向を有する。

このことから本発明では好ましくは超高分子量ポリエチ
レン粉末（Ａ）とポリオレフィン樹脂成形材粉末（Ｂ）
の粉末のそれぞれの平均粒子径の相対的比較値（以下、
平均粒径比と称する）がＡ〜膓の範囲内となる様な組み
合わせを行なうことが好ましい。この範囲内の平均粒度
比の組み合わせであれば、双方の粒度差による層分離現
象が発現しにくい。また、粉体の嵩密度や安息角につい
ては粉体の焼結成形用金型等に対する充填性との相関を
有する特性値で６０、嵩密度が大なるほど、安息角が小
なるほど粉体の充填性は良好である。

本発明のポリオレフィン樹脂は機械的に粉砕して嵩密度
が大で、安息角の低い粉体とすることの難しい樹脂であ
る。このためオレフィン樹脂の粉砕に関する提案、例え
ば粉砕助剤の重加や冷凍粉砕方法％あるいは重合によっ
て粉体流動性の良好な重合粉末を得る方法で得られると
ころの、粉体の嵩密度０．３ｆ／ａｃ以上、粉体の安息
角４５度以下、好ましくに嵩密度０．３５Ｐ／ＣＣ以上
、安息角４０度以下のものがよ９有用である。粉体の嵩
密度が小さく又、安息角が大きいもの社会型への充填性
に劣り好ましく逢い傾向がある。又１本発明において嵩
密度は実質的には、　　ｏ、ｓｒ／ｃ以上のものは得ら
れない。又安息角は実質的には、２０度以下のものは得
られない。

こうした選ばれた材料を用い、適切なる組み合わせを行
った原料粉末を所望形状の焼結用金型の内容積の５５〜
７ｓＶ）（容量チ）充填し１通常の方法で焼結を行なう
ならば、得られる多孔焼結体は平均気孔径１０−１５０
μｍ、平均気孔率２５〜４５Ｖ−の気孔径、気孔率とも
均質性が高く、かつ通気性が良く、引張強度の改良され
た連通多孔焼結体を得ることができる。ｆ！ｉ］、目的
とする多孔焼結体の厚さが厚いものである場合は１本発
明の範囲内に於て、超高分子量ポリエチレン粉末の割合
いの比較的多いものが好結果をもたらす。

（作用・効果） 本発明による超高分子量ポリエチレン粉末（Ａ）とポリ
オレフィン樹脂成形材粉末＠）との選ばれたる材料、特
性及び組み合わせによる作用が主として、連通多孔焼結
体の気孔径、気孔率、通気性及び引張強度に及ぼす作用
・効果について述べる。

本発明で用いる超高分子量ポリエチレンはその溶融点以
上に加熱しても可成り大きな外圧を加えない限り元の形
状を保ち、相互の融合・融着性にも乏しい。一方、ポリ
オレフィン樹脂成形材は、その溶融点以上に加熱すると
そのＭＩ値が示すように少しの外圧によっても流動性を
示し、相互の融合・融着性にも富む。この特徴がいずれ
に片寄っていても得られる多孔焼結体は性能的に好まし
くないものとなる。好ましくは相方の長所を有するもの
であるがポリオレフィン樹脂の用途分野においては焼結
成形の占める樹脂需要量は余りにも少なく、それが為に
工業的に生産・販売されていない。その事もあって本発
明では既存の材料の組合せＫよってこの特徴を発現させ
るべく検討したものであって、上述の特性を有する材料
の組合せがそれを可能とづ′ることを見出した。すなわ
ち。

両者の粉末を均質に混合した材料を原料として焼結成形
に供するならば、ヌス方の欠点が大きく解消され、かつ
双方の長所が発現し、更には予測できなかった通気性向
上にも効果があることが判った。

ゑ方の樹脂粉末の特定の組合わせが何故このような作用
・効果を発現するのか未解明の部分も多いが推測できる
′範囲で説明すると、双方の混合粉末が金聾内等で加熱
り溶融〜融着していく謂ゆる焼結過程において超高分子
量ポリエチレン粉末の果たす役割りは自己融着性が乏し
く、形状を保持し、それＫよって粒子間の空隙を保持す
る（気孔径、気孔率を保つ）働きである。一方、ポリオ
レフィン樹脂成形材粉末は溶融点以上では急速に流動化
し、自己融着し相互に融合しようとするがその粒子間に
介在する超高分子量ポリエチレン粒子に隔まれて自己粒
子同志の融着は阻害され、その融着・融合は相接する粒
子間に止まる。この現象は顕微鏡的視野下における混合
粉末の加熱溶融状態の観察　　　１や、実際の多孔焼結
体の融着面の観察によりても窺える。更に溶融流動状態
の樹脂は形状を保持している超高分子量ポリエチレン粒
子との接触界面、部で融着し、その状態で可成り高い温
度迄安定化するようである。この安定化は重要であり、
厚肉の多孔焼結体を得ようとすると内部の樹脂粉末がそ
の様な状態になる温度に達する迄には外部（金型に接す
る部分は特に）は更に流動して融合が進み通常は目詰り
状態になる。焼結成形における加熱は通常は最内部の粉
体が焼結不足の状態で加熱を中止し、冷却に移るが、こ
の間に内部は余熱によシ焼結する。この加熱中止〜冷却
への移行のタイミングは焼結肉厚が厚いほど見極めが困
難であシ、従来は永年の経験と勘に依っている部分でも
あるが、本発明では粒子間の融着が進行した後の安定性
が高い為に、このタイミングが非常にとり易く、言いか
えれば焼結条件中が広く、目詰シしにくい原料である。

このようにして本発明の原料粉末を焼結成形したものは
気孔を推持する粒子と融着して粒子間結合の強い部分を
形成する粒子とがうまく働き結果として気孔径・気孔率
が均質で引張強度の高い焼結体となる。ま几、厚肉成形
品であっても外部と内部の気孔径や気孔率に差の無い〜
少ない均質性の高い多孔体となる。また、本発明では夫
々の樹脂粉体からなる連通多孔体の通気性よシ優れたも
のがある範囲で得られる。例えば同粒径の両者を組み合
わせた場合においてもそうであ〕、特に超高分子量ポリ
エチレン樹脂粉末単体のそれよりも通気性が良くなると
いう効果が認められる。この効果となる作用・因子は未
解明の部分もあるが推測では焼結過程〜完了の間に樹脂
成形材粒子の流動により、ひとつの塊りであった粒子形
状が流動して棒状〜偏平になり、その為に通気抵抗が減
るものとみられる。ちなみにこのような多孔焼結体の気
孔形状を観察すると単体のそれより縦・横の長さが不揃
いになってお１シ、数値的には平均気孔径のアップと通
気抵抗の減少として表われる。本発明では引張強度の改
良を主目的とするものであり、その為には相互粒子の融
着力の高いことが必須でちゃ、その為には混合された粉
末粒子相互の融着が起こる事が前提である。

従って、相互融着を示さない粉体の組み合せでは目的を
達成できない。斯様な理由から本発明では同種の樹脂、
あるいは近種の樹脂の組み合わせからなる。

第４図は本発明の連通多孔焼結体の通気性を評価するた
めに用いるところの通気抵抗測定装置の給する。２は流
量計であり、１のパルプで流量を２００シーに調整する
ことにより、３の導管内に６０（ｔ／−（大気圧換算値
）の空気を送シ込む。５は被験体の多孔焼結パイプであ
シ、このパイプの上下は４および７′のパツキンと７２
ンジでシールされている。送シ込まれた空気はパイプの
連通気孔から抜は出るが、そのときの抵抗（背圧）が６
の差圧計により検出される。

本発明ではこの６の差圧計により検出された背圧を通気
抵抗という。

（実施例） 実施例１ 数平均分子量が約３３０万、樹脂密度０．９４２ｔ／ｄ
の粉体特性の異なる超高分子量ポリエレン粉末（商品名
；サンファインＵＨ−９００，無化成工業■製）の３種
を用意した。このものを夫々ＵＨ−１，ＵＨ−２、ＵＨ
−３とし、その粉体特性ｔ−順に示すと粉体の粒度分布
は３０−１００　Ｍｅｓｈ　、フＯ〜２００　Ｍｅｓｈ
　、　１２０〜３２５　Ｍｅｓｈの範囲内に全体の９９
，５Ｗチ以上の重量を有し、その粉体の平均粒子径は２
５０　ｐｍ、１２０　ａｍ、　７５　ａｍ、である１ｔ
た嵩密度１　　は０．４０ｒ／ｃｃ、　０．４９ｆ／ｃ
ｃ、　ｏ、４８ｆ／工であり、安息角は３１度、３５度
、３９度である。また、樹脂密度が０．９５８ｔ／ａｄ
の高密度ポリエチレン樹脂粉末（商品名；サンファイン
５ａ−ｓｏｏ　、　旭化成工業■製ンを用意した。この
ものを８Ｈ−１とし、その粉体特性を示すとＭＩ　＝　
ｏ、ｏｓ　？ｌｌｏ分、粉体の粒度分布は８０〜２００
　Ｍｅｓｈに全体の９９−以上を有し、平均粒子ｔ１２
５μｍ、嵩密度０．４３ｆ／工、安息角２９度である。

これらの粉体を第１Ｉ！に併記した割合いで充分混合し
、型厚２．５箇の内　　。

径３９゜５φ×長さ３２ｃ！Ｉｔのアルミ管の中央ＩＣ
型厚２．５−の外径２８．５φ×長さ３２個のアルミ管
を置き。

管の上下に蓋を有する金型を準備し、混合粉体をアルミ
管金屋間隙（５，５ｍ　）の部分に一杯になる迄充填し
た。この充填時にはバイブレータ−を用いて凰全体を振
動下において粉末を充填したのみで粉体充填時に他の外
圧はかけなかった。そのときの屋容積に対する充填粉体
容積比を充填率として記載した。次いで蓋をして、一定
温度に保たれた熱風炉内に入れ加熱した。このときの炉
の温度と投入した時間も第２表に併記した。尚、第２表
に併記した加熱条件はその試料について最適な成形条件
の探索を行った結果選ばれた条件である。

加熱終了後、室温下で１０分間放置し、次いで扇風機で
風を送シ冷却しこ。Ｕよシ取出したパイプ状の焼結体の
両端を切９落し長さ３００ｗ１とした。

この多孔焼結パイプの片方に差圧計をと９つけ、他方か
ら６ｏｏＬｌ−の量の空気を送シ、そのときの差圧を通
気抵抗として記載した。次に該パイプを２５ｙｕｓ巾に
切断した（これを以下、焼結リングと称する）。焼結リ
ング内に１０ｍａφの鉄棒２本を通し、この鉄棒を上下
方向に引張試験機を用いて引張った。このときの引張速
度は５０　ｇ／―　であり、それによって焼結リングが
破断する迄に耐えた最大荷重を引張破壊強度として、ま
た試料ＵＨ−２の引張破壊強度１ｉとしたとき他の試料
のそれとの比を第１表に示した。また得られたデータを
元に原料混合比と引張破壊強度の関係を第１図に、通気
抵抗との関係を第２図に、また通気抵抗と引張破壊強度
の関係を第３図に示した。これらのデータから本発明の
範囲においては引張強度は向上し、通気抵抗は少なく、
又、第３図にみられるごとく同じ通気抵抗のものであれ
ば可成り高い引張強度を有するものである。

以下余白 実施例２ 実施例１で用いたＵＨ−２と、樹脂密度０．９５５Ｐ／
ｃｄ、　ＭＩが２０ｆ／１０−の高密度ポリエチレン樹
脂粉末（ＪＰ）を準備した。このＪＰの粉体の粒度分布
は４５〜２００　ＭｅｓｈＯ間に全体の９９チ以上を有
し、その平均粒子径は２５０μ瓜、粉体の嵩密度は０゜
４１　ｆ／ｃｃ、安息角は３１度である。このＵＨ−２
とＪＰｔ−第２表に示した割合いで充分混合し、実施例
１と同様の操作で焼結成形を行った。得られたパイプ状
の焼結体についてその特性を同様に評価した結果を第２
表に記載した。得られたデータから超高分子量ポリエチ
レン粉末に組み合わせるポリオレフィン樹脂成形材のＭ
Ｉ値が高いものは、その量がある程度以上になると気孔
径が不安定になり易い傾向を示すが、本発明の範囲内で
は引張強度向上と通気抵抗の減少効果が認められる。

以下余白　　　　１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の（Ａ）と（Ｂ）との混合割合と製品の
引張シ破壊強度との関係、第２図は同通気抵抗との関係
、第３図は同通気抵抗と引張破壊強度との関係を示す。 第４図は本発明の連通多孔焼結体の通気性を評価するた
めに用いるところの通気抵抗測定装置の概図である。同
図において、１は流量調節バ′ルプであり、８は供給空
気、２は流量計、３は導管、５は被験体の多 孔焼結パイプ、４および７はパツキンと７２ンジによる
シール、６は抵抗（背圧）測定用差圧計である。 特許出願人　旭化成工業株式会社 第１図 第２図 Ｊｕ合割合　（Ｗ％） 第３図 通交し抵才九　（ｍｍメ（才主） 手続補正書（目梵） 昭和６０年　８月　と日 特許庁長官　　　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第１２４１８４号 ２、発明の名称 連通多孔焼結体の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 大阪府大阪市北区堂島浜１丁目２番６号４、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ５、補正の内容 補正の内容 （１）、明細書第８頁第９行「の割合いよりも談（Ｂ）
」を「の割合いよりも３ｇ（Ｂ）Ｊと訂正する。 （Ａ）、同第９頁第７行「平均粒度比」を「平均粒径比
」と訂正する。 以上 さ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超高分子量ポリエチレン粉末（Ａ）とポリオレフィ
   ン樹脂成形材粉末（Ｂ）とを（Ａ）／（Ｂ）＝８５／１
   ５〜３０／７０（重量部）の範囲内で混合し、これを焼
   結して平均気孔径１０〜１５０μｍ、平均気孔率２５〜
   ４５Ｖ％（容量％）の連通気孔を有する多孔焼結体を得
   ることを特徴とする連通多孔焼結体の製造方法 ２、超高分子量ポリエチレン粉末（Ａ）とポリオレフィ
   ン樹脂成形材粉末（Ｂ）のそれぞれの平均粒子径が５０
   〜５００μｍの範囲内、粉体の嵩密度が０．３ｇ／ｃｃ
   以上、粉体の安息角が４５度以下であり、該（Ａ）と（
   Ｂ）の混合物中の（Ｂ）に対する（Ａ）の平均粒径比が
   ３／１〜１／３の範囲内であることを特徴とする特許請
   求の範囲第一項記載の連通多孔焼結体の製造方法 ３、ポリオレフィン樹脂成形材がポリエチレン系樹脂又
   は／及びポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする
   特許請求の範囲第二項記載の焼結体の製造方法