JPS6334118A - 超高分子量ポリエチレン製中空体の製造方法 - 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］ 本発明は溶融粘度が高く、耐摩耗性、耐ＷＪ撃性に優れ
、かつ摩擦係数の小さい超高分子量ポリエチレンのパイ
プ等の中空体の製造方法に関する。

［従来技術］ 超高分子量ポリエチレンは耐摩耗性に優れ各種物体との
界面における摩擦係数が小さいことから、各種摺動部品
やホッパーの内貼りなどに利用されている。またスラリ
ーの移送や粉体の移送にはパイプが用いられるが金属パ
イプでは１？耗が激しく耐用７１０間が短いばかりでな
く粉体との界面摩擦系数が大きいために、粉体濃度を高
くすると閉塞するなどの弊害が発生する。一方、超高分
子歯ポリエチレンは前述したごとく耐摩耗性に優れ、か
つ各種物体との界面Ｊ！ｊ擦係数が低いことからスラリ
ーや粉体の移送に適した材料であるが、超高分子量ポリ
エチレンは溶融粘度が非常に高いために任意の形状のパ
イプを容易に作る事が出来ず、上述の様な要望があるに
も拘わらず充分な対応がなされていない。

例えば超高分子歯ポリエチレンの成形法の最も代表的な
ラム押出成形法では、厚肉物の成形には適しているもの
の、薄肉物の成形は難かしい。またパイプ成形の場合に
はパイプ寸法がラム押出機のシリンダー内径とマンドレ
ル外径で決まるため、任意寸法のパイプを製造するため
にはシリンダーとマンドレルをそれぞれ用意しなければ
ならず設備が膨大となる。

［発明が解決しようとする問題点〕 本発明は従来の上記問題点を解消するためになされたも
ので、その目的とするところは、超高分子量ポリエチレ
ンを含む中空体を短時間で、容易に、かつ中空体の肉厚
を任意に調整できるｌ！ｌ造方決方法供することにある
。

［問題点を解決するための手段］ すなわち本発明は、少なくとも超高分子量ポリエチレン
層を有するフィルムまたはシートを、その端部が重なる
ように耐熱性芯体に巻回し、更にその外周を該超高分子
ｌポリエチレンよりも熱膨張係数の小さい材料にて巻回
した後、該超高分子量ポリエチレンの融点以上に加熱し
て融着一体化し、冷却後、該耐熱性芯体を抜き出すこと
を特徴とする超高分子量ポリエチレン製中空体の製造方
法である。

本発明では、少なくとも超高分子量ポリエチレン層を有
するフィルムまたはシートを用いる。ここに用いられる
超高分子量ポリエチレンとはポリエチレン単独重合体、
エチレンと少量のα−オレフィン、例えばプロピレン、
ブテン−１、ヘキセン−１，４−メチル・ペンテン−１
、オクテン−１等との共重合体を包含するもので、１３
５℃デカリン溶液における極限粘度が８以上であること
が耐摩耗性、耐衝撃性に優れているので好ましい。

本発明で用いるフィルムまたはシートは、超高分子量ポ
リエチレンのみの単層でもよいが、これに基材層を積層
して多層体としてもよい。また、超高分子量ポリエチレ
ン層と基材層の間に接着層を設けてもよい。

本発明において、超高分子量ポリエチレン層を形成する
フィルムまたはシートく以下、単にシートと称す）とは
、プレス成形によって得られるプレスシート、押出成形
もしくは射出成形、鍛造成形等によって得られる円筒状
物から削り出して作られるスカイブシート等が使用され
るのみならず、多孔質のシート（フィルム）をも包含す
るものである。

上記多孔質シートとは、超高分子量ポリエチレンの粒子
の表面で、一部が互いに融着し、空隙を有するシートで
ある。この多孔質シートの作り方は種々の方法があり、
特に限定されるものではない。その中でも特に好ましい
のは圧延ロールもしくは加熱ロール間に前記超高分子量
ポリエチレンの粉末を導入し、成形温度１４０〜２５０
℃の範囲で該粉末を融着してなる予備成形多孔質シート
である。すなわち特開昭６０−４６２１５号公報に記載
されるように少なくとも２本の逆方向に回転するロール
間に超高分子量ポリエチレン粉末を供給し、成形温度１
４０〜２５０℃の範囲で、該粉末同士を融着した多孔質
シートである。この予備成形多孔質シートは、超高分子
量ポリエチレン粒子が互いにゆるく結合したもので、完
全に緻密化したシートに比べ、引張強度、破断伸び等が
劣るものの、連続的に安価に製造できるという利点を有
し、２次加工用の予備成形用シートとして利用される。

超高分子量ポリエチレン層を形成するシートの厚みは特
に限定されるものではないが、あまり厚物では巻回した
際に段差が大きくなり、あまり薄物では所定の肉厚にす
るために多回数の巻回が必要となる。従って、通例では
２５μｍ〜５００μｍ１特に１００μＩｌ〜３００μｍ
の範囲のものが好ましい。

本発明においては、上述のように、単層の超高分子醋ポ
リエチレンシートの外周に必要ならば接着層を介して他
の基材層を巻回して、あるいは予め多層化したシートを
用い、超高分子量ポリエチレンシートを多層化すること
もできる。ここに用いられる基材としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリ
スチレン等の同種または異種の熱可塑性樹脂、合成ゴム
、天然ゴム等のゴム類、クロス、アルミニウム箔等の金
Ｒ箔等が挙げられる。

これら基材層と超高分子量ポリエチレン層との間に設け
られる接着層は、通例エポキシ系接着剤、ウレタン系接
着剤等の通例の接着剤、アクリル酸、無水マレイン酸等
の不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性されたポリ
オレフィン系樹脂等を用いることが好ましい。

本発明で用いられる耐熱性芯体とは、加熱温度以上の耐
熱性を有すれば良く、特に限定されない。

これらの材質としては、例えば鋳鉄、鋼、銅、黄銅、ア
ルミニウム、ニッケル等の金属、四フッ化エチレン樹脂
等の合成樹脂あるいはそれらを複合した材料等が挙げら
れる。また芯体に金属を使用する場合には表面にフッ化
樹脂コーティング等を行ない、扱き出しの際に滑りやす
くしてもよい。

本発明の超高分子量ポリエチレンよりも小さな熱膨張係
数を有する耐熱性の材料とは、ガラス繊維、炭素繊維、
スチール繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維等の無機、
金属、有機ＨｒＭを織成もしくは複合化した織布または
シート等が挙げられ、具体的にはガラステープ、アラミ
ド織布、金属箔等が好ましい。

以下、本発明の製造方法について詳述する。

本発明の製造方法においては、先ず、少なくとも超高分
子量ポリエチレン層を有するシートを耐熱性芯体に巻回
する。例えばバイブ成形の場合において、広幅シート（
フィルム）を使用した場合は、このシート幅がパイプ長
になる。一方、細幅シートを使用する場合には所定幅を
ラップさせながらスパイラル状に巻回して成形する。−
例として、上記シート幅が２５〜５０ａｗ程度ではシー
ト幅の１／４〜１／２幅位をラップさせることが成形バ
イブの強度等を向上させるために好ましい。特に、上記
の細幅シートを用いる場合には、前記芯体の長さを変え
ることによりパイプ長を任意に設定することができる利
点を有する。

このように耐熱性芯体に巻回した超高分子量ポリエチレ
ン層を有するシートの外周に、超高分子量ポリエチレン
よりも熱膨張係数の小さい耐熱性の材料で巻回し、該材
料の両端末を固定した後、超高分子量ポリエチレンの融
点以上、好ましくは１４０℃〜２８０℃位の範囲で加熱
し、該超高分子量ポリエチレン層を有するシートを熱融
着し、一体止される。上記加熱温度は融点以上、熱分解
しない範囲であれば良いが、加熱時の熱劣化を考慮する
と２５０℃以下が特に望ましい。

また加熱時間も耐熱性芯体の大きさ、超高分子ポリエチ
レン届を有するシートの巻回数、耐熱性基材の巻回し張
力等によって異なるが、熱融着するに充分であれば良い
。さらに、加熱方法は特に制限はなく、芯体の内部から
加熱媒体を循環させる方法、バンドヒーター等で外部か
ら加熱する方法など一般的方法でよい。

上記一体止されて成形された超高分子量ポリエチレン層
を有するシートからなるパイプは冷却され、巻回された
耐熱性の材料をほどき、得られた成形バイブを耐熱性芯
体から抜き出すことによって製造される。

超高分子量ポリエチレン層を有するシートを熱融着する
には加熱、加圧する必要があるが、超高分子量ポリエチ
レン層を有するシートを巻回した外周を超高分子量ポリ
エチレンより小さな熱膨張係数を有するガラステープ等
の耐熱性の材料にて巻回して所定温度に加熱すると、超
高分子量ポリエチレンの熱膨張が耐熱性の材料にて規制
されるため外側から加圧され、良好に熱１１着すること
ができる。

本発明の中空体とは、前記ストレートのパイプや異形バ
イブ、チーズ、エルボ等の継手、円筒状容器等であり、
基本的には、本発明の要旨を損なわない範囲で広幅シー
トもしくは細幅シートから成形可能なものはすべて包含
されるものである。

また、上述のように超高分子量ポリエチレンを形成する
シートをポリエチレン等の他の基材からなるシートで多
層化することにより、既存の金属パイプや合成樹脂パイ
プに内挿し、容易に接着剤等で二次加工することが可能
となる。

本発明においては、その要旨を逸脱しない範囲において
、高、中、低密度ポリエチレン、ボリブＯピレン、ポリ
アミド、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル
等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の
熱硬化性樹脂等の合成樹脂、合成ゴムの他、無機あるい
は有機充填剤、酸化防止剤、紫外線防止剤、架橋剤、染
料、造核剤、帯電防止剤、顔料等の通例の添加剤等を超
高分子量ポリエチレンに適宜適量配合しても差支えない
。

［実施例］ ＬＬＬ 厚さ１００μ、幅３００ａｍの超＾分子量ポリエチレン
（商品名二日量タフタレックス、日本石油化学■社製）
フィルムを、外径５０履のポリテトラフルオロエチレン
（Ｐ　Ｔ　Ｆ　Ｅ　）製芯体に２０回重ね巻付けし、更
にガラステープを３回重ね巻回し、外端末を固定し、電
気加熱炉内にヒツトして２２０℃で２０分間加熱した。

冷却後ガラステープを巻きほどき、ＰＴＦＥ製芯体から
抜き出し、厚さ２ａｌｌ、内径５０ａＩＩ、長さ３００
１ｍの超高分子量ポリエチレン製パイプを得ることがで
きた。

上記パイプから試験片を作成し、パイプの引張強度（降
伏点）を測定したく試験法：ＡＳＴＭＱ　６３８）。

パイプの　　パイプの 円周方向　　良さ方向 引張強さく　ｋＱ／　ｃｉ　）　　　　２２２　　　　
２３４実施例２ 厚さ２００μ、幅５０ａｍの超高分子量ポリエチレン（
商品名：８石タフタレックス、日本石油化学四社製）フ
ィルムを、外径１２５ａｍ＋、肉厚３Ｍ、長さ１０’０
０ａｍ＋の鉄製筒状芯体に、２５μｗラップさせながら
スパイラルに１５回重ね巻付けし、更にガラステープを
５回重ね巻付けて、外端末を固定し、電気加熱炉内にセ
ットして２１０℃で２０分間加熱した。冷却後ガラステ
ープを巻きほどき、鉄製筒状芯体から抜き出し、厚さ３
ｍ１内径１２５５１１．長さ１１０００ａの超高分子量
ポリエチレン製パイプを得ることができた。

上記パイプを実施例１と同様の方法により引張強度を測
定した。

パイプの　　パイプの 旦１１０１　　反１１０１ 引張強さくｘａ／ｃｄ）　　　　２２７　　　　２３５
上記実施例１および２により得られたパイプは気泡、シ
ワ等は全くなく、融着一体止しており満足すべきもので
あった。

１１１工 厚さ６０μ、幅１５０麿のガラスクロス（無アルカリ平
織ガラスクロス：ＥＣＣ−１０８、■有沢製作所製）の
両面に厚さ７０μの超高分子量ポリエチレン樹脂（商品
名二日量タフタレックス、日本石油化学■社製）フィル
ムを酸変性ポリオレフイン樹脂（商品名：日量Ｎポリマ
ー　Ｌ　５０５０　、日本石油化学■社製）を介して接
着させ、厚さ２００μ、＠１５０ｍ１＋の多層シートを
作った。

上記シートを外径１００履のＰＴＦＥ製芯体に２０回重
ね巻付けし、更にガラステープを５回重ね巻回し、外端
末を固定し、電気加熱炉内にセットして、２２０℃で２
０分間加熱した。冷却後ガラステープを巻きほどき、Ｐ
ＴＦＥ製芯体から抜きだし、厚さ４ｊ１１１％内径１０
０ｍ、長さ１５０ｊ１１の超高分子量ポリエチレン製多
層パイプを得ることができた。

亙１」Ｌ（ 厚さ　１００μ、幅３００ａｍの超高分子量ポリエチレ
ン樹脂（商品名：８石タフタレックス、日本石油化学■
社製）フィルムを外径５０．のＰＴＦＥ製芯体に２０回
重ね巻付けし、更に酸変性ポリオレフィン樹ｌＮ１Ｆ（
商品名：日量ＮボＩＪ’？−１５０５０、日本石油化学
■社製）の接着フィルムを１回重ね巻付けし、更に厚さ
１００μ、幅３００Ｍのポリエチレンフィルムを２回重
ね巻付けし、その上に厚さ１００μ、幅３００ｍのＰＴ
ＦＥフィルムを１回重ね巻付けし、次いでその外周にガ
ラステープにて３回重ね巻回し、各端末を固定し、電気
加熱炉内にセットして、２２０℃で２０分間加熱した。

冷却模ガラステープを巻きほどき、ＰＴＦＥ製芯体から
抜きだし、厚さ２．２履、内径５０ｓ＋ｓ長さ３００ａ
ｍの超高分子量ポリエチレン製多層パイプを得ることが
できた。

このパイプは外周がポリエチレンのため、金属パイプに
内挿し、接着剤で二次加工することが容易に可能であっ
た。

［発明の効果］ 超高分子量ポリエチレンは加工性が悪く、通例の押出成
形、射出成形等による成形は難しい。短尺のパイプの場
合においては切削加工で製作することは可能であるが、
長尺のパイプの製作は実質的に不可能であり、かつコス
トも大幅に上昇する。

またラム押出成形による成形では、薄肉物の成形は難し
いばかりでなく、パイプ成形では、パイプ寸法がラム押
出機のシリンダー内径とマンドレル外径で決まるため、
任意の寸法のパイプを製造するためにはシリンダーとマ
ンドレルをそれぞれ用意しなければならず設備が膨大と
なる。

一方、本発明の製造方法によれば、これらの欠点を解消
し、短時間で、容易にかつ肉厚を任意に調整して、短尺
のパイプのみならず、長尺のパイプも製造することがで
きる。

従って、本発明はパイプ等の中空体の製造方法として好
適に用いられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも超高分子量ポリエチレン層を有するフィ
   ルムまたはシートを、その端部が重なるように耐熱性芯
   体に巻回し、更にその外周を該超高分子量ポリエチレン
   よりも熱膨張係数の小さい材料にて巻回した後、該超高
   分子量ポリエチレンの融点以上に加熱して融着一体化し
   、冷却後、該耐熱性芯体を抜き出すことを特徴とする超
   高分子量ポリエチレン製中空体の製造方法。 ２、前記フィルムまたはシートが超高分子量ポリエチレ
   ン層と基材層を積層した多層体である特許請求の範囲第
   １項記載の超高分子量ポリエチレン製中空体の製造方法
   。 ３、前記超高分子量ポリエチレン層と基材層が接着層を
   介して積層されている特許請求の範囲第２項記載の超高
   分子量ポリエチレン製中空体の製造方法。 ４、前記超高分子量ポリエチレンが、１３５℃デカリン
   溶液における極限粘度が８以上である特許請求の範囲第
   １項、第２項または第３項記載の超高分子量ポリエチレ
   ン製中空体の製造方法。 ５、前記超高分子量ポリエチレン層を形成するフィルム
   またはシートが多孔質である特許請求の範囲第１項〜第
   ４項のいずれかに記載の超高分子量ポリエチレン製中空
   体の製造方法。