KR20090057928A - 성형체, 다이어프램 밸브, 다이어프램 펌프 및 성형체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 중의 입자 등이 부착 체류하기 어렵고, 세정이 용이하여 핀 홀이나 균열의 발생이 없는 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 성형체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 성형체이며, 상기 성형체는 표면의 일부 또는 전부의 표면층에 열 유동층을 갖는 것이며, 상기 열 유동층을 갖는 표면은 표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 2.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 성형체이다.

폴리테트라플루오로에틸렌 수지, 스카이브 마크, 열 유동층, 표면 조도

Description

성형체, 다이어프램 밸브, 다이어프램 펌프 및 성형체의 제조 방법{MOLDING, DIAPHRAGM VALVE, DIAPHRAGM PUMP AND METHOD FOR PRODUCING THE MOLDING}

본 발명은 성형체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

폴리테트라플루오로에틸렌[PTFE] 성형체는 그 우수한 내약품성, 내열성, 비점착성으로부터 밸브, 패킹, 밸브체 등에 사용되고 있다. 또한 최근에는, PTFE 성형체에 유체의 부착 정체성의 저감이나 세정성의 향상의 요구가 있다.

또한 특히 다이어프램 밸브 등은 유체 중의 입자가 성형체 표면의 요철에 정체하여 밸브체가 굴곡 운동함으로써 그 정체 입자가 성형체에 매몰되고, 그곳이 기점이 되어 핀 홀에 이르는 등의 문제가 있다.

PTFE 성형체를 제작하는 방법으로서는, 압축 성형에서 얻어진 예비 성형품을 소성하는 프리 베이킹법, 예비 성형한 프리폼을 금형 내에 남긴 상태에서 무가압 하에서 소성로에서 PTFE가 용융될 때까지 가열한 후, 용융 상태 그대로 소성로로부터 금형마다 취출하고, 용융 상태 그대로 다시 가압하에 유지하여 수냉하는 핫 코이닝법이 알려져 있다.

프리 베이킹법의 경우, PTFE 성형체의 표면 조도를 작게 하는 수단으로서, 원료 PTFE의 입경을 작게 하는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 그러나, 성형체 표면 조도는 고작 Ra 0.7 ㎛로 하는 것이 한계이다.

또한, 프리 베이킹에 의해 얻어진 소성체를 이차 금형에 장착하여 가열 처리하고, 그 후 고온 프레스하는 불소계 수지성 다이어프램의 제조법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 그러나, 이 제조법에서는 소성체 전체를 금형마다 가열할 필요가 있다.

핫 코이닝법에 의해 성형하는 경우, 금형면의 표면 조도를 작게 함으로써 성형체의 표면 조도를 작게 할 수 있다. 그러나 핫 코이닝법은 원료 분체의 균일 충전이 곤란한 것이므로 박육 성형체를 안정적으로 할 수 없는데다가, 생산성이 부족하다는 결점이 있다.

또한, 성형체 표면을 기계(절삭) 가공함으로써 성형체의 표면 조도를 어느 정도 작게 할 수도 있지만, 충분한 표면 조도를 얻을 수 없고, 또한 스카이브 마크(절삭흔)라 불리는 요철이 남는 문제가 있다.

[특허문헌 1] 국제 공개 제03/35724호 팜플렛

[특허문헌 2] 일본 특허 출원 공개 평5-10444호 공보

본 발명의 목적은 상기 현실에 비추어, 유체 중의 입자 등이 부착 체류하기 어렵고, 세정이 용이하여 핀 홀이나 균열의 발생이 없는 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 성형체 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 성형체이며, 상기 성형체는 표면의 일부 또는 전부의 표면층에 열 유동층을 갖는 것이며, 상기 열 유동층을 갖는 표면은, 표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 2.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 성형체이다.

본 발명은 밸브 본체에 형성된 밸브 시트와, 상기 밸브 시트에 압접 또는 이격되는 다이어프램 밸브막이 설치된 다이어프램을 갖는 다이어프램 밸브에 있어서, 상기 다이어프램 밸브막이 상기 성형체인 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브이다.

본 발명은 다이어프램 밸브막의 왕복 운동에 의해 유체를 송출하는 다이어프램 펌프에 있어서, 상기 다이어프램 밸브막이 상기 성형체인 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프이다.

본 발명은, 폴리테트라플루오로에틸렌 분말을 예비 성형하여 소성함으로써 소성체를 얻는 공정, 표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 1.5 ㎛ 이하인 금형의 금형면을 330 ℃ 이상으로 가열하는 공정, 및 상기 금형면에 의해 면압 0.2 ㎫ 이상에 서 상기 소성체의 표면의 일부 또는 전부를 처리하는 공정을 포함하고, 표면의 일부 또는 전부의 표면층에 열 유동층을 갖고, 상기 열 유동층을 갖는 표면의 표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 2.0 ㎛ 이하인 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 성형체를 제조하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조 방법이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 폴리테트라플루오로에틸렌[PTFE] 수지의 성형체는, 표면의 일부 또는 전부의 표면층에 열 유동층을 갖는 것이며, 상기 열 유동층을 갖는 표면은, 표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 2.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 본 발명의 성형체는 열 유동층을 갖고, 표면 조도가 작기 때문에 발진(發塵)하기 어렵고, 또한 유체 중의 입자 등이 부착 체류하기 어렵고, 세정이 용이하여 핀 홀이나 균열의 발생이 없는 우수한 효과를 발휘한다.

상기 열 유동층이라 함은, 가열된 것에 의해 그 결정 상태를 변화시킨 수지의 층을 말한다. 본 발명의 성형체의 표면 중, 특정 표면 조도와 표면 온도를 갖는 금형면에 의해 처리된 표면에는 표면층에 열 유동층이 형성된다. 상기 열 유동층은 편광 현미경으로 관찰함으로써 성형체 중 다른 층과 구별할 수 있다.

상기 열 유동층은 성형체 중 다른 층과 비교하면 결정화도가 낮다. 특히, 본 발명의 성형체가 후술하는 소성체로부터 절삭 가공하여 얻어진 것인 경우, 당해 성형체의 처리 전의 표면은 당해 소성체의 내부의 결정 상태를 반영한 것이 된다. 소성체 내부는 소성체 전체를 급랭해도 소성체 표면의 결정 상태의 변화에 추종하지 않고, 비교적 결정화도가 높은 상태에 있다. 이와 같은 결정화도가 높은 표면 이 노출된 처리 전의 성형체를, 특정 표면 조도와 표면 온도를 갖는 금형면에 의해 처리함으로써, 성형체의 표면만을 단시간에 열처리하므로, 표면이 재용융된 후 급랭되어 결정화도가 처리 전보다 저하된다.

상기 열 유동층은 성형체 내부의 열 유동층 이외의 층과 열이력이 다르다고도 할 수 있다. 즉, 상기 열 유동층은 열 유동층 이외의 층보다도 열이력 횟수가 1회 많다.

상기 열 유동층은 미소한 공극이나 입계를 포함하지 않기 때문에, 균열이나 핀 홀이 발생하기 어렵다. 상기 열 유동층은 표면 평활성이 우수한 면에서, 기계(절삭) 가공에 의해 형성되는 절삭흔의 깊이보다도 두꺼워지도록 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 성형체에 있어서, 열 유동층을 갖는 표면, 즉 금형의 금형면에 의해 처리된 표면은 성형체의 전체면이 아닌, 임의의 한 면의 표면 또는 임의의 복수 면의 표면이라도 좋지만, 적어도 유체가 접촉하는 표면에 대해 열 유동층을 갖도록 처리된 것인 것이 바람직하다. 또한, 생산 효율이나 생산 비용을 고려하면, 성형체의 전체면이 아닌, 필요한 면만이 처리된 것인 것이 바람직하다.

본 발명의 성형체는, 성형체의 전체면을 처리할 필요가 없기 때문에, 성형체 전체를 가열하는 방법에 비해 생산 효율 및 생산 비용면에서 유리하다. 또한, 본 발명의 성형체는 열 유동층이 표면층에만 존재하면 되므로, 두꺼운 성형체라도 본 발명의 효과를 충분히 발휘할 수 있다.

상기 표면 조도는 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 2.0 ㎛ 이하이다. 본 발명의 성형체 는 표면 조도가 이와 같이 작기 때문에, 유체 중의 입자 등이 부착 체류하기 어렵고, 부착된 입자에 기인하는 핀 홀이나 균열의 발생이 저감된다.

상기 Ry는 1.5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 표면 조도 Ra는 표면 조도 측정기(Mitutoyo제 SURFTEST SV-600)를 사용하고, JIS B 0601-1994에 준거하여, 측정점수 5점의 측정을 3회 반복하여 얻어진 측정치를 평균하여 산출하는 값이다. 상기 Ry는 상기 측정에 의해 얻어진 측정치의 최대값이다.

본 발명의 성형체의 표면 조도는 기계(절삭) 가공에 의해 얻어지는 표면 조도와 비교해도 작다. 기계(절삭) 가공에 의해 달성되는 표면 조도는 Ra 0.3 ㎛가 한계이며, 또한 Ry 2.0 ㎛를 초과한다. 이와 같이, 본 발명의 성형체는 표면층에 열 유동층을 갖고, 표면 조도가 작은 것이므로, 기계(절삭) 가공된 성형체에 비해 굴곡시의 절삭 표면으로부터의 발진이나 균열 발생을 저감시킬 수 있다.

금형의 금형면에 의한 처리 전에 소성체를 기계 가공하는 것에 대해서는 전혀 제한되지 않는다. 본 발명의 성형체는 기계 가공에 의해 원하는 형상으로 한 후 금형면에 의해 처리할 수 있으므로, 수지 분말을 직접 금형 성형함으로써 표면 조도를 작게 한 성형체에 비해 형상에 제한이 없음에도 불구하고 표면 조도가 작다는 점에서 유리하다. 상기 소성체라 함은 PTFE 분말을 예비 성형하여 소성함으로써 얻어지는 것이다.

본 발명의 성형체는 표면의 일부 또는 전부가 금형의 금형면에 의해 면압 0.2 ㎫ 이상으로 처리된 것이며, 상기 금형면은 표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 1.5 ㎛ 이하이며, 또한 표면 온도 330 ℃ 이상이다. 본 발명의 성형체는 표면의 일부 또는 전부를, 특정 표면 조도와 표면 온도를 갖는 금형면에 의해 처리한 것이므로, 열 유동층과 매우 작은 표면 조도를 갖고, 기계(절삭) 가공한 성형체 표면에 관찰되는 스카이브 마크(절삭흔)를 갖지 않는다.

상기 스카이브 마크는 유체에 포함되는 입자의 부착 체류의 원인이 되지만, 본 발명의 성형체의 표면에는 스카이브 마크가 없기 때문에, 기계(절삭) 가공된 성형체에 비해 부착 체류성이 현격히 작다.

상기 금형면에 의한 처리는, 특정한 표면 조도를 갖는 금형의 금형면을 330 ℃ 이상으로 가열하고, 가열한 금형면을 성형체의 표면에 특정 면압으로 접촉시킴으로써 행할 수 있다.

상기 면압은 0.2 ㎫ 이상이다. 상기 면압이 0.2 ㎫ 미만이면, 성형체 표면을 충분히 평활하게 하는 것이 곤란하다. 상기 면압의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 30 ㎫인 것이 바람직하다.

상기 금형면의 표면 온도는 330 ℃ 이상이다. 표면 온도가 330 ℃ 미만이면, 열 유동층을 형성할 수 없다. 또한, 성형체 표면이 충분히 융해되지 않아, 성형체 표면을 충분히 평활하게 하는 것이 곤란하다. 상기 금형면의 표면 온도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 400 ℃인 것이 바람직하다.

상기 금형면의 표면 조도는 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 1.5 ㎛ 이하이다. Ra가 0.2 ㎛를 초과하거나, 또는 Ry가 1.5 ㎛를 초과하면, 성형체 표면을 충분히 평활하게 하는 것이 곤란하다. 상기 Ra는 0.1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 Ry 는 1.2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 성형체에 있어서의 PTFE 수지는 테트라플루오로에틸렌 [TFE]의 단독 중합체[TFE 호모폴리머]로 이루어지는 것이라도 좋고, 변성 폴리테트라플루오로에틸렌[변성 PTFE]으로 이루어지는 것이라도 좋다.

상기 PTFE 수지는 용융 점도가 낮아 성형 가공하기 쉬운 점 및 내크리프성 등의 기계적 강도가 우수한 성형체를 얻을 수 있는 점에서, 변성 PTFE로 이루어지는 변성 PTFE 수지인 것이 바람직하다.

상기 변성 PTFE라 함은 TFE와, TFE 이외의 미량 단량체와의 공중합체이며, 비용융 가공성인 것을 의미한다.

상기 미량 단량체로서는, 예를 들어 헥사플루오로프로필렌[HFP], 클로로트리 플루오로에틸렌[CTFE] 등의 플루오로올레핀 ; 플루오로(알킬비닐에테르) ; 플루오로디옥솔 ; 퍼플루오로알킬에틸렌 ; ω-히드로퍼플루오로올레핀 등을 들 수 있다.

상기 플루오로(알킬비닐에테르)로서는, 예를 들어 탄소수 1 내지 6의 퍼플루오로알킬기를 갖는 퍼플루오로(알킬비닐에테르)[PAVE]를 들 수 있다.

상기 PAVE로서는, 예를 들어 퍼플루오로(메틸비닐에테르)[PMVE], 퍼플루오로(에틸비닐에테르)[PEVE], 퍼플루오로(프로필비닐에테르)[PPVE], 퍼플루오로(부틸비닐에테르) 등을 들 수 있다.

상기 PAVE로서는, 열적 안정성의 면에서, PPVE, PEVE, PMVE인 것이 바람직하고, PPVE인 것이 더욱 바람직하다.

상기 변성 PTFE에 있어서, 상기 미량 단량체는 1종이라도 좋고 2종 이상이라 도 좋다.

상기 변성 PTFE에 있어서, 상기 미량 단량체에 유래하는 미량 단량체 단위의 전체 단량체 단위에 차지하는 함유율은 통상 2 몰% 이하의 범위이다.

본 명세서에 있어서,「전체 단량체 단위에 차지하는 미량 단량체 단위의 함유율(몰%)」이라 함은, 상기「전체 단량체 단위」가 유래하는 단량체, 즉 변성 PTFE를 구성하게 된 단량체 전체량에 차지하는, 상기 미량 단량체 단위가 유래하는 미량 단량체의 몰분률(몰%)을 의미한다.

본 명세서에 있어서, 상기 미량 단량체 단위는 적외 분광 분석을 행함으로써 얻어지는 값이다.

본 발명의 성형체는 PTFE 수지에 부가하여, 열 용융 가공성을 갖는 열가소성 수지를 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 0.5 내지 30 질량% 함유해도 좋다.

상기 열가소성 수지로서는, 열 용융 가공성을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 열 용융 가공 가능한 불소 수지인 것이 바람직하고, 상기 불소 수지로서는 예를 들어 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체[PFA], 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체[FEP] 등을 들 수 있다.

본 발명의 성형체는 PTFE 분말을 예비 성형하여 소성함으로써 소성체를 얻는 공정, 표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 1.5 ㎛ 이하인 금형의 금형면을 330 ℃ 이상으로 가열하는 공정, 및 상기 금형면에 의해 면압 0.2 ㎫ 이상에서 상기 소성체의 표면의 일부 또는 전부를 처리하는 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 적합하게 제조할 수 있다.

상기 제조 방법은 일단 소성하여 소성체를 얻은 후, 소성체의 원하는 면만을 처리하므로, 생산 효율이나 생산 비용이 우수하다. 또한, 소성체를 얻은 후, 표면 처리 전에 기계(절삭) 가공해도 좋고, 이 경우, 성형체의 형상에 제한이 없어, 스카이브 마크가 소실되는 점에서 유리하다.

상기 PTFE 분말은 현탁 중합 또는 유화(乳化) 중합에 의해 얻어지는 TFE 호모폴리머 또는 상기 변성 PTFE의 분말인 것이 바람직하고, 평균 입경이 작은 PTFE 분말을 조제할 수 있는 점에서 현탁 중합에 의해 얻어지는 것이 보다 바람직하다. 평균 입경이 작은 PTFE 분말은 보이드가 적은 성형체를 얻을 수 있는 점에서 바람직하다. 상기 현탁 중합 및 유화 중합은 종래 공지의 방법에 의해 행할 수 있다.

상기 PTFE 분말은 현탁 중합 또는 유화 중합 후에 얻어지는 중합 반응액으로부터 건조하여 얻은 분말 그 자체, 상기 분말을 적절하게 분쇄하여 이루어지는 미세 분말, 또는 상기 분말 혹은 미세 분말을 조립한 것 중 어느 것이라도 좋다.

상기 PTFE 분말은 PTFE 분말만으로 이루어지는 것이라도 좋지만, PTFE 분말의 성질을 손상시키지 않는 범위에서 착색제, 대전 방지제 등의 첨가제를 배합한 것이라도 좋다.

상기 예비 성형으로서는 압축 성형을 들 수 있다. 상기 압축 성형은 0.1 ㎫ 내지 100 ㎫의 가압하에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 압력은, 보다 바람직한 하한이 1 ㎫, 보다 바람직한 상한이 80 ㎫이다.

상기 소성은 상기 예비 성형에 의해 얻어진 예비 성형체를 소성로에 넣어, 일정 속도로 실온으로부터 소성 온도까지 승온시킨 후, 상기 소성 온도를 유지하여 행해도 좋고, 상기 예비 성형체를 미리 후술하는 소성 온도로 조온한 소성로 내에 넣음으로써 행할 수도 있다.

상기 소성은 예비 성형체의 두께, 소성 시간 등에도 의하지만, 345 내지 400 ℃의 온도로 가열함으로써 행하는 것이 바람직하다. 상기 소성 온도는 보다 바람직한 하한이 360 ℃, 보다 바람직한 상한이 390 ℃이다.

상기 소성체는 판 형상, 원판, 원기둥, 원통 등 어떠한 형상이라도 좋지만, 두께가 0.1 ㎛ 내지 30 ㎜인 것이 바람직하다.

본 발명의 성형체는 기계적 특성, 특히 내굴곡성 및 내크리프성이 우수하므로, 예를 들어 벨로우스, 다이어프램, 호스, 피스톤링, 버터플라이 밸브 등의 내굴곡성이 요구되는 성형체 ; 볼 밸브 시트, 패킹, 가스킷, 피스톤링, 벨로우스, 다이어프램, 버터플라이 밸브 시트 등의 내 크리프성이 요구되는 성형체로 할 수 있다. 또한, 공극이나 입계가 적은 것을 이용하여 전기 절연용 필름, 이형 필름, 랩핑용 필름 등 다양한 용도에 적용할 수 있다.

본 발명의 성형체는 다이어프램 밸브의 시트로서 적합하게 사용할 수 있고, 다이어프램 밸브의 밸브막, 또는 다이어프램 펌프의 밸브막으로서 적합하게 사용할 수 있다. 본 발명의 성형체를 다이어프램 밸브의 밸브막, 또는 다이어프램 펌프의 밸브막으로서 이용하는 경우, 열 유동층을 갖는 표면이 접액측(接液側)인 것이 바람직하다. 본 발명의 성형체는 열 유동층을 갖는 표면이 접액측인 것에 의해, 발진량이 적어, 유체 중의 입자 등이 부착 체류하기 어려운 효과를 충분히 발휘할 수 있다.

상기 다이어프램 밸브막은 접액막부, 밀봉부(밸브 시트 압착부), 및 부착부를 갖는 밸브막이라도 좋고, 시트 형상의 밸브막이라도 좋다. 상기 접액막부, 밀봉부 및 설치부를 갖는 다이어프램 밸브막은 다이어프램 밸브에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 상기 시트 형상의 다이어프램 밸브막은 다이어프램 펌프에 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명은 밸브 본체에 형성된 밸브 시트와, 상기 밸브 시트에 압접 또는 이격되는 다이어프램 밸브막이 설치된 다이어프램을 갖는 다이어프램 밸브에 있어서, 상기 다이어프램 밸브막이 상기 성형체인 다이어프램 밸브이기도 하다. 본 발명의 다이어프램 밸브는 본 발명의 성형체를 다이어프램의 접액면에 사용하는 것이므로, 발진량을 크게 저감시킬 수 있다.

본 발명의 다이어프램 밸브는 반도체 제조 공장의 CMP 슬러리 공급 배관에 설치되는 밸브 등에 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명은 다이어프램 밸브막의 왕복 운동에 의해 유체를 송출하는 다이어프램 펌프에 있어서, 상기 다이어프램 밸브막이 상기 성형체인 다이어프램 펌프이기도 하다. 본 발명의 다이어프램 펌프는 본 발명의 성형체를 다이어프램 밸브막의 접액면에 사용하는 것이므로, 발진량을 크게 저감시킬 수 있다.

본 발명의 성형체는 상기 구성으로 이루어지는 것이므로, 발진하기 어렵고, 유체 중의 입자 등이 부착 체류하기 어렵고, 세정이 용이하며, 체류 입자에 기인하는 핀 홀이나 균열의 발생이 없다.

본 발명의 성형체의 제조 방법은 상기한 성형체를 얻을 수 있고, 생산 효율이나 생산 비용이 우수하다.

이하에 실시예 및 비교예를 나타내고, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예 및 비교예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예에 있어서의 각 평가는 이하의 방법에 의해 행하였다.

열 유동층의 두께

Victor제 컬러 비디오 헤드(모델 번호 : TK1283)를 탑재한 Nikon제 편광 현미경(모델 번호 : OPTIPHOT2-POL)을 이용하여, 글래스제 프레파라트에 고정한, 100 ㎛로 슬라이스한 시트의 열 유동층의 두께를 측정하였다.

표면 조도 Ra

표면 조도 Ra는 표면 조도 측정기(Mitutoyo제 SURFTEST SV-600)를 사용하여, JIS B 0601-1994에 준거하여 측정점수 5점의 측정을 3회 반복하여 얻어진 측정치의 평균값을 Ra라 하였다.

표면 조도 Ry

표면 조도 Ry, 표면 조도 측정기(Mitutoyo제 SURFTEST SV-600)를 사용하여, JIS B 0601-1994에 준거하여 측정점수 5점의 측정을 3회 반복하여 얻어진 측정치의 최대값을 Ry라 하였다.

접촉각

협화계면 과학제 전자동 접촉각계(모델 번호 : DM700)를 사용하여 측정하였 다.

[제1 실시예]

변성 PTFE 분말(상품명 : 뉴폴리프론 PTFE M-731, 다이킨 고오교오제) 200 g을, 금형 내경 50 φ, 금형 길이 500 ㎜의 압축 성형용 금형에 투입하고, 실온에서 29.4 ㎫로 가압한 후, 상기 금형으로부터 취출하였다. 계속해서, 얻어진 예비 성형체를 전기로에서 50 ℃/시간의 속도로 370 ℃로 승온한 후, 370 ℃에서 소성하고, 전기로에서 50 ℃/시간의 속도로 실온까지 강온하여 변성 PTFE 소성체를 얻었다. 또한, 상기 변성 PTFE 소성체를 절삭하여 직경 약 47 ㎜, 두께 0.5 ㎜의 변성 PTFE 소성체의 다이어프램 밸브막(시트)을 제작하였다. 절삭 후의 밸브막의 표면 조도는 Ra 0.43 ㎛, Ry 2.71 ㎛였다.

처리를 실시하는 측의 밸브막의 표면에 접촉하는 금형의 표면 조도를 Ra 0.10 ㎛, Ry 1.19 ㎛로 조정하였다. 밸브막의 표면에 접촉하는 금형면을 갖는 금형만을, 표면 온도가 360 ℃가 되도록 가열하고, 상기 금형면을 면압 0.3 ㎫로 90초간 밸브막에 압박하여 처리된 밸브막(1)을 얻었다.

얻어진 밸브막(1)을 마이크로톰[MICROM GmbH제 마이크로톰(모델 번호 : HM330)]과 전용 커터(S22Type)를 사용하여 가열면에 대해 직각으로 두께 100 ㎛로 슬라이스하여 편광 현미경으로 관찰함으로써, 열 유동층의 두께를 측정하였다. 표면 조도 측정기로 가열면의 표면 조도, 접촉각계로 가열면의 접촉각을 측정하였다. 결과를 표1에 나타낸다. 또한, 편광 현미경에 의한 관찰 사진을 도1에 나타낸다.

얻어진 밸브막(1)을 슬러리액(니뽄 캐봇ㆍ마이크로엘렉트로닉스제 SEMI- SPERSE 25-E) 중에서 6시간 교반한 후, 밸브막을 취출 부착한 슬러리 액적을 제거하여 1분간 풍건하였다. 다음에 스포이트를 사용하여 50 ml의 순수를 슬러리 부착부에 흐르게 한 후, 부착된 수분을 제거하여 비디오 마이크로스코프(기엔스제 디지털 마이크로스코프 VHX-900)로 관찰하여 촬영하였다. 촬영한 사진을 도8에 나타낸다.

[제2 실시예 내지 제4 실시예, 제2 비교예 내지 제3 비교예]

금형면의 표면 온도 및 면압을 표1과 같이 변경한 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 처리한 밸브막을 얻었다. 결과를 표1에 나타낸다. 또한, 편광 현미경에 의한 관찰 사진을 도2 내지 도4, 도6, 도7에 나타낸다.

[제1 비교예]

제1 실시예에 있어서 얻어진 절삭 후의 밸브막에 대해, 열 유동층의 두께, 표면 조도, 접촉각을 측정하였다. 결과를 표1에 나타낸다. 또한, 편광 현미경에 의한 관찰 사진을 도5에 나타낸다. 또한, 절삭 후의 밸브막에 대해, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 슬러리액에 침지하고, 표면을 비디오 마이크로스코프에 의해 촬영하였다. 촬영한 사진을 도9에 나타낸다.

[제4 비교예]

금형면의 표면 온도 및 면압을 표1과 같이 변경하고, 금형면에 의한 처리를 10분간 행한 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 처리한 밸브막을 얻었다. 금형면에 의한 처리에 의해 밸브막 전체가 용융되고 형상이 변형되었다. 결과를 표1에 나타낸다.

[제5 실시예, 제6 실시예 및 제8 실시예]

금형면의 표면 온도 및 면압을 표1과 같이 변경하고, 열 유동층 두께를 측정하지 않은 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 처리한 밸브막을 얻었다. 결과를 표1에 나타낸다.

[제7 실시예, 제5 내지 제6 비교예]

금형면의 표면 온도 및 면압을 표1과 같이 변경한 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 처리한 밸브막을 얻었다. 결과를 표1에 나타낸다.

[제7 비교예]

제1 실시예에 있어서 얻어진 절삭 후의 밸브막(Ra 0.43 ㎛, Ry 2.71 ㎛)을 전기로에 넣어, 350 ℃로 90초간 가열하였다. 밸브막 전체가 용융되고 형상이 변형되었다. 얻어진 밸브막의 각종 물성(物性)을 제1 실시예와 같은 방법으로 측정하였다. 결과를 표1에 나타낸다.

* 1 : 밸브막 전체가 용융되고 형상이 변형되었다.

제1 실시예 내지 제8 실시예의 결과로부터, 금형의 표면 온도가 330 ℃ 이상이고, 또한 금형면에 의한 처리의 면압이 0.2 ㎫ 이상이면, 표면 조도가 작은 표면을 갖는 성형체를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 제4 비교예의 결과로부터, 금형의 표면 온도가 330 ℃ 이상이라도, 금형면에 의한 처리의 면압이 0 ㎫이면, 밸브막 전체가 용융될 뿐으로, 열 유동층을 얻을 수 없고, 표면의 평활한 성형체를 얻을 수 없는 것을 알 수 있었다. 제7 비교예의 결과로부터, 단순히 밸브막 재료의 융점 이외에 가열된 경우, 밸브막 전체가 용융될 뿐으로, 열 유동층을 얻을 수 없고, 표면이 평활한 성형체를 얻을 수 없다는 것을 알 수 있었다.

파티클 개수의 측정

[제9 실시예]

클린 부스 내에 있어서, PFA제 니들 밸브, PFA제 3/4 인치(19.05 ㎜) 튜브, 제5 실시예에서 얻어진 밸브막을 구비하는 다이어프램 밸브(도오호오 가세이사제 다이어프램 밸브 : 모델 번호 AV-013, 접액부의 밸브막은 제5 실시예에서 얻어진 밸브막, 밸브 시트를 구비하는 본체는 호모 PTFE제), PFA제 3/4 인치(19.05 ㎜) 튜브를 차례로 접속하여 초순수 공급 라인을 제작하였다. 이 초순수 공급 라인에, 다이어프램 밸브를 개방한 상태에서 초순수를 일정 시간 흐르게 하고, 유출되는 물에 포함되는 파티클수가 초순수와 동등해진 것을 확인하였다.

다음에 초순수를 유량 1 L/분으로 초순수 공급 라인으로 흐르게 하였다. 밸브를 개방한 상태를 2초 유지하고, 다음에 밸브를 폐쇄한 상태를 2초 유지하는 것을 1사이클로 하여, 초순수를 흐르게 하기 시작하고 나서 30사이클 후(2분 후)부터, 15사이클분(1분간)의 초순수를 샘플링하였다. 샘플링한 초순수 각각에 포함되는 1 ml 중의 파티클수를 파티클 카운터(리온사제)로 측정하였다. 파티클수는 입경이 0.1 ㎛ 이상인 파티클 개수를 총계하여 나타냈다. 결과를 표2에 나타낸다.

[제8 비교예]

제5 실시예에서 얻어진 밸브막을 구비하는 다이어프램 밸브를 제1 비교예에서 얻어진 밸브막과 동등한 표면 조도를 갖는 밸브막을 구비하는 다이어프램 밸브로 변경한 이외에는 제9 실시예와 같은 방법으로 파티클수를 측정하였다. 결과를 표2에 나타낸다.

또한 도10에 밸브 개폐수와 초순수 1 ml 중의 파티클 개수와의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다.

표2의 결과로부터, 제5 실시예에서 얻어진 밸브막을 구비하는 다이어프램을 이용한 제9 실시예는, 제1 비교예에서 얻어진 밸브막과 동등한 표면 조도를 갖는 밸브막을 구비하는 다이어프램을 이용한 제8 비교예보다도 파티클 발생 개수가 적은 것을 알 수 있었다.

부착량의 측정

[제10 실시예 및 제9 비교예]

CMP 슬러리를 넣는 폴리에틸렌제 용기(용량 1 L), 슬러리 펌프, 스톱 밸브를 차례로 PFA제 1/2 인치(12.7 ㎜) 튜브를 이용하여 접속하였다. 스톱 밸브 다음에, 제6 실시예에서 얻어진 밸브막을 구비하는 다이어프램 밸브(도오호오 가세이사제 다이어프램 밸브 : 모델 번호 AV-013, 접액부의 밸브막은 제6 실시예에서 얻어진 밸브막, 밸브 시트를 구비하는 본체는 호모 PTFE제), 및 제1 비교예에서 얻어진 밸브막과 동등한 표면 조도를 갖는 밸브막을 구비하는 다이어프램 밸브(도오호오 가세이사제 다이어프램 밸브 : 모델 번호 AV-013, 접액부의 밸브막은 제1 비교예에서 얻어진 밸브막과 동등한 표면 조도를 갖는 밸브막, 밸브 시트를 구비하는 본체는 호모 PTFE제)를 병렬로 접속하고, 각 다이어프램 밸브의 출구를 상기한 폴리에틸렌제 용기에 접속하여 순환 라인을 제작하였다.

CMP 슬러리(Cabot Microelectronics사제 Semi-Sperse25, 평균 응집체 사이즈 : 130 - 180 ㎚, 최대 500 ㎚ 이하) 약 1 L를 폴리에틸렌제 용기에 넣어, 2개의 다이어프램 밸브를 2초 간격으로 개폐하면서 슬러리 펌프(토출압 : 0.1 ㎫, 유량 : 1 L/분)를 작동시켜 순환 라인에 슬러리액을 순환시켰다. 2개의 다이어프램 밸브를 14시간, 100시간, 200시간 개폐시킨 후, 다이어프램 밸브를 제거하고, 각 다이어프램 밸브의 밸브막에 부착한 CMP 슬러리의 부착량을 측정하였다.

제6 실시예에서 얻어진 밸브막을 구비하는 다이어프램 밸브를 제10 실시예, 제1 비교예에서 얻어진 밸브막과 동등한 표면 조도를 갖는 밸브막을 구비하는 다이어프램 밸브를 제9 비교예로 하여, 결과를 표3에 나타낸다.

표3의 결과로부터, 제6 실시예에서 얻어진 밸브막을 구비하는 다이어프램을 이용한 제10 실시예는, 제1 비교예에서 얻어진 밸브막과 동등한 표면 조도를 갖는 밸브막을 구비하는 다이어프램을 이용한 제9 비교예보다도 슬러리의 부착량이 적은 것을 알 수 있었다.

본 발명의 성형체는 벨로우스, 다이어프램 등의 내굴곡성이 요구되는 성형체나, 절연 필름, 이형 필름, 랩핑용 필름 등으로서 적절하게 이용 가능하다.

본 발명의 성형체의 제조 방법은 내굴곡성이 요구되는 성형체나, 절연 필름, 이형 필름, 랩핑용 필름 등의 성형체를 제조하는 방법으로서 적절하게 이용 가능하다.

도1은 제1 실시예에서 얻어진 밸브막(1)의 편광 현미경에 의한 관찰 사진.

도2는 제2 실시예에서 얻어진 밸브막의 편광 현미경에 의한 관찰 사진.

도3은 제3 실시예에서 얻어진 밸브막의 편광 현미경에 의한 관찰 사진.

도4는 제4 실시예에서 얻어진 밸브막의 편광 현미경에 의한 관찰 사진.

도5는 제1 비교예에서 얻어진 절삭 후의 밸브막의 편광 현미경에 의한 관찰 사진.

도6은 제2 비교예에서 얻어진 밸브막의 편광 현미경에 의한 관찰 사진.

도7은 제3 비교예에서 얻어진 밸브막의 편광 현미경에 의한 관찰 사진.

도8은 제1 실시예에서 얻어진 밸브막(1)을 슬러리액에 침지한 후의 표면 사진. 슬러리의 부착이 적은 것을 알 수 있음.

도9는 제1 비교예의 절삭 후의 밸브막을 슬러리액에 침지한 후의 표면 사진.

도10은 밸브 개폐수와 초순수 1 ml 중 파티클 개수와의 관계를 나타내는 그래프.

Claims (10)

1. 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 성형체이며,

   상기 성형체는 표면의 일부 또는 전부의 표면층에 열 유동층을 갖는 것이며,

   상기 열 유동층을 갖는 표면은 표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 2.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 성형체.
2. 제1항에 있어서, 열 유동층을 갖는 표면은 금형의 금형면에 의해 면압 0.2 ㎫ 이상으로 처리된 것이며,

   상기 금형면은 표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 1.5 ㎛ 이하이고, 또한 처리시의 표면 온도가 330 ℃ 이상인 성형체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열 유동층은 성형체 내부의 상기 열 유동층 이외의 층보다도 열 이력 횟수가 1회 많은 것인 성형체.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지는 변성 폴리테트라플루오로에틸렌 수지인 성형체.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지는 현탁 중합 또는 유화 중합에서 얻어진 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어지는 성형체.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 또한 열 용융 가공성을 갖는 열가소성 수지를 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 0.5 내지 30 질량% 함유하는 성형체.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다이어프램 밸브막이며, 열 유동층을 갖는 표면이 접액측인 성형체.
8. 밸브 본체에 형성된 밸브 시트와, 상기 밸브 시트에 압접 또는 이격되는 다이어프램 밸브막이 설치된 다이어프램을 갖는 다이어프램 밸브에 있어서,

   상기 다이어프램 밸브막이 제1항 또는 제2항에 기재된 성형체인 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
9. 다이어프램 밸브막의 왕복 이동에 의해 유체를 송출하는 다이어프램 펌프에 있어서, 상기 다이어프램 밸브막이 제1항 또는 제2항에 기재된 성형체인 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
10. 폴리테트라플루오로에틸렌 분말을 예비 성형하여 얻어지는 예비 성형체를 소성함으로써 소성체를 얻는 공정과,

    표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 1.5 ㎛ 이하인 금형의 금형면을 330 ℃ 이상으로 가열하는 공정과,

    상기 금형면에 의해 면압 0.2 ㎫ 이상으로 상기 소성체의 표면의 일부 또는 전부를 처리하는 공정을 포함하고,

    표면의 일부 또는 전부의 표면층에 열 유동층을 갖고, 상기 열 유동층을 갖는 표면의 표면 조도가 Ra 0.2 ㎛ 이하, Ry 2.0 ㎛ 이하인 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 성형체를 제조하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조 방법.

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