WO1999010159A1 - Tube en polytetrafluoroethylene et extrudeuse pour sa production - Google Patents

Tube en polytetrafluoroethylene et extrudeuse pour sa production Download PDF

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WO1999010159A1
WO1999010159A1 PCT/JP1998/003592 JP9803592W WO9910159A1 WO 1999010159 A1 WO1999010159 A1 WO 1999010159A1 JP 9803592 W JP9803592 W JP 9803592W WO 9910159 A1 WO9910159 A1 WO 9910159A1
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mandrel
extruder
tube
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Tatsuro Uchida
Shinji Murakami
Shoji Kawachi
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Daikin Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a polytetrafluoroethylene tube having a small thickness deviation and an apparatus and a method for producing the same.
  • a paste extrusion method has been known as a method for producing a polytetrafluoroethylene tube.
  • a paste is obtained by adding an appropriate organic solvent called an extrusion aid to fine powder of polytetrafluoroethylene (hereinafter also referred to as “PTFE”) obtained by emulsion polymerization to obtain a paste.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the pellets are molded to obtain a billet.
  • the billet is placed in an extruder, extruded into a tube shape by pressing with a ram and extruded with a die.
  • a predetermined tube is obtained (for example, see the Fluororesin Handbook (1990, published by Nikkan Kogyo Shimbun, edited by Takaomi Satokawa)).
  • Fig. 1 schematically shows a cross section of the tip of the ram extruder used in such a method, from which the tube is extruded.
  • Extruder 10 cylinder 12
  • master cylinder 12
  • a mandrel 20 and a core pin 22 attached to the mandrel 20 are arranged concentrically with the space 18 in a space 18 formed by these portions.
  • a tube is obtained from the annular outlet 24 of the die orifice by supplying a billet into the gap of such an extruder and extruding it downward from the top of the drawing with a ram (not shown). It is. The extrusion aid is removed from the tube and fired to finally obtain a predetermined tube.
  • the center axis and the axis of the void 18 formed by the cylinder 12, the master die 14 and the die orifice 16 are aligned.
  • the mandrel 20 and core pin 22 must be aligned to match.
  • the core pin 22 cannot be supported at the outlet 24 of the die orifice 16 at its tip, the core pin 22 cannot be supported by the cantilever at the lower end of the connected mandrel 20.
  • the mandrel 20 is cantilevered at the upper end.
  • the thickness of currently marketed PTFE tubes varies widely. That is, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the tube, a radial deviation phenomenon in which the radial thickness (wall thickness) of the tube differs depending on the position of the radius occurs.
  • the problem to be solved by the present invention is to minimize the uneven thickness of a tubular molded product produced by PTFE paste extrusion molding.
  • the inventors of the present invention have made intensive studies to achieve the above object, and as a result, at least a part of the core pin is formed into a dimension that can be deflected by the pressure at the time of extrusion. That is, a function to automatically perform the alignment of the core pin and the die orifice) As a result, they found that the above-mentioned problems could be solved.
  • the object tends to move in the direction that minimizes resistance. That is, if the support is rotatably supported, the length direction of the long object is parallel to the flow, and if the support is constrained, the length is long. Due to the radius of the object itself, it turns to the direction that minimizes the resistance. If the same phenomenon could occur in a PTFE paste extruder, the inventors would position the core pin to minimize resistance and thus align with the diorifice, However, it has been found that it is possible to obtain a PTFE tube in which uneven wall thickness is minimized.
  • the mandrel is mechanically fixed in alignment with the cylinder at the end opposite the die orifice outlet, and the core pin is attached to the mandrel at the other end. ing.
  • the uneven thickness phenomenon occurs in the tube that is pushed out in the length direction of the mandrel by the ram because the core pin is eccentric for some reason even if the mandrel is firmly fixed.
  • the center axis of the core pin is not concentric with the die orifice, for example, the center axis of the core pin is inclined with respect to the center axis of the die orifice).
  • an angle of less than 180 ° will create a resistance to the flow of resin, so the core pin should be moved to reduce the resistance (ie, move closer to the center axis of the diorifice). And If the core pin can be moved to reduce the resistance, the center of the core pin at the exit end of the die orifice can be substantially closer to the center of the die orifice. That is, the core pin can be moved so that uneven thickness is minimized.
  • the center of the core pin near the outlet of the die orifice is shifted to the center of the die orifice.
  • the ability to return to center (ie, be centered) or to approach is determined by the ability of the core pin to flex under extrusion conditions. Therefore, in the present invention, by making the shape of the core pin of the extruder easier to extrude than the conventional core pin at the time of extrusion, the center of the core pin easily returns to the center of the surrounding die orifice.
  • An improved alignment is approached, preferably an alignment is achieved, as a result of which the wall thickness of the extruded tube can be increased.
  • the present invention relates to an extruder for producing a polytetrafluoroethylene tube by extruding polytetrafluoroethylene through an annular portion formed by a core pin and a peripheral die.
  • the core pin has a mandrel connection end connected to the mandrel and a die orifice exit end located at the exit of the die orifice, and the core pin is perpendicular to the axial direction of the core pin between its two ends.
  • An extruder characterized in that the cross-sectional area has a portion smaller than the cross-sectional area of both ends.
  • core pins are designed with the above-mentioned radius in mind. Not.
  • the core pin has at one end a diameter substantially the same as the diameter of the end of the mandrel for connection to the end of the mandrel of the extruder, and a diameter substantially corresponding to the inner diameter of the tube to be extruded. At the other end, the portion between these ⁇ ends gradually transitions from the diameter of one end to the diameter of the other end (ie, the cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the core pin gradually increases or decreases). Mosquito or remains constant).
  • a core pin includes a portion having a constant diameter and does not change, such as a core pin used in a comparative example described later, but the diameter of the core pin is a cross section of a mandrel or a cross section at a die orifice outlet end of the core pin. It cannot be smaller than the diameter. Therefore, the diameter of the portion between both ends of the conventional core pin is greater than or equal to one end diameter and less than or equal to the other end diameter, or equal to one end diameter and equal to the other end diameter. is there.
  • the core pin has a portion whose cross section is smaller than both end portions, and as a result, it becomes easier to bend than the core pin of the conventional extruder not having such a portion.
  • Fig. 1 schematically shows the cross section of the tip of the ram extruder from which the tube is extruded.
  • FIG. 2 schematically shows an axial cross section of a core pin (used in Example 1) used in the extruder of the present invention.
  • FIG. 3 schematically shows an axial cross section of a core pin (used in Example 2) used in the extruder of the present invention.
  • Fig. 4 schematically shows an axial cross section of a core pin (used in Comparative Example 1) used in a conventional extruder.
  • Fig. 5 schematically shows an axial cross section of a core pin (used in Comparative Example 2) used in a conventional extruder.
  • reference number 10 denotes the extruder
  • reference number 12 denotes the cylinder
  • reference number 14 denotes the master die
  • reference number 16 denotes the die orifice
  • reference number 18 denotes the void
  • reference number 20 refers to the mandrel
  • reference number 22 refers to the core pin
  • reference number 24 refers to the annular outlet
  • reference number 30 refers to the core pin
  • reference number 32 refers to the screw
  • reference number 34 refers to the end of the mandrel connection
  • Reference numeral 36 denotes the end of the orifice outlet
  • reference numeral 38 denotes the mandrel connection part
  • reference numeral 40 denotes the first transition portion
  • reference numeral 42 denotes the reduced section
  • reference numeral 44 denotes the fourth.
  • 2Transition part reference number 46 indicates a rectifying part
  • reference number 48 indicates a through hole
  • reference number 50 indicates a die orifice
  • reference number 52 indicates a screw part.
  • the core pin is arranged in the order from the mandrel connection end to the die orifice outlet end, in the order of the mandrel connection portion, the first transition portion, the reduced section, the second transition portion, and the rectifying portion.
  • the cross section perpendicular to the axial direction of the core pin of each part is substantially circular), and each component part is connected together by an end having the same diameter as the adjacent component part, and With respect to the area of the cross section perpendicular to the axis, the reduced cross section is characterized by being smaller than the mandrel connection portion and the rectification portion.
  • the mandrel connection part gives the core pin strength and the like when connected to the mandrel.
  • a portion having a connecting means for connecting the core pin to the mandrel is provided on the mandrel connecting portion.
  • This part is outside the scope of the comparison of the cross-sectional area of the reduced cross-section because it enters the mandrel.
  • the rectifying part is extruded polytetrafluoro It is necessary to direct the flow of ethylene in a certain direction (preferably in the axial direction of the core pin) and to maintain the shape of the tube after exiting the extruder. You need to have a diameter. Therefore, with regard to the choice of dimensions for these parts, deflection is a secondary factor. It is necessary to consider the bending as a primary factor in the reduced section, and the dimension of this section is appropriately selected so that the amount of possible bending of the reduced section is a large part of the possible radius of the core pin, It is preferable to bring substantially everything.
  • the core pin Since a very large force is applied to the core pin during extrusion, it is necessary to use dimensions that do not break the core pin when determining the dimensions of the core pin. Therefore, when determining the dimensions of the core pin, particularly the length and diameter of the reduced section, it is necessary to consider such destruction, and in the present invention, the maximum possible deflection is ensured within the range that does not cause destruction. It is preferable to design the core pin so that
  • the mandrel coupling portion, the reduced cross-section portion, and the rectification portion are cylindrical, and the first transition portion and the second transition portion each have a taper connecting the mandrel coupling portion to the reduced cross-section portion. It has a tapered surface (hence, a frusto-conical portion) and a tapered surface (hence, a frusto-conical portion) connecting the reduced section to the rectifying portion.
  • the diameter of the reduced section is smaller than the diameter of the other parts, for example preferably less than 2/3, more preferably less than 1/2 of the diameter of the mandrel connection part, and even smaller if possible. It is desirable that the length of the reduced section is as long as possible.
  • the extruder when the extruder is set, the total length of the core pin is determined, and the required lengths of the mandrel connection part and the straightening part are determined as described above. Thus, the remaining length can be used for the reduced section and the transition section. Therefore, it is preferable to make the length of the transition portion as short as possible and lengthen the reduced portion of the cross section.
  • the transition section also needs to have a certain length, and as a result, the length of the reduced section is often determined unambiguously when the extruder is set, so the diameter of the reduced section is large. The proper choice of is important.
  • the mandrel In an extruder, the mandrel is fixed so that it is located in the center of the cylinder of the extruder, and the core pin is fixed to the mandrel at its end.
  • the possible radius described above may correspond to the maximum radius of the cantilever.
  • ⁇ max is the maximum deflection (cm)
  • w is the spreading load per unit length (kg / cm)
  • 1 is the member length (cm)
  • E is the Young's modulus (kg / cm 2 )
  • I is the moment of inertia of the cross section (cm 4 ).
  • the dimensions of the core pin affect the cross-sectional area of the core pin (corresponding to I), the length of the core pin (corresponding to 1) and Material of core pin (corresponding to E). Therefore, as can be understood from the above equation, the amount of deflection of the core pin is proportional to the fourth power of the length of the core pin and inversely proportional to the cross-sectional area of the core pin.
  • the cross-sectional shape (or diameter) of a core pin changes in its axial direction, It is the cross-sectional area where the cross-sectional area is small and the length is long that has the greatest influence on the deflection amount of the lever. Therefore, in the extruder of the present invention, the core pin, especially the cross-sectional reduced part, It would be preferable to be thin and as long as possible.
  • the material used for the core pin also affects the amount of possible radius, and it is of course desirable to use a material having a small Young's modulus. It is necessary to consider various factors such as workability, corrosion resistance, strength, and price, and it is generally not appropriate to give priority only to Young's modulus. Therefore, core pin materials generally used in industrial extruders (eg, stainless steel (S U).
  • the cross-sectional shape of the annular portion formed by the core pin and the die orifice is preferably a so-called ring shape (therefore, the cross-sectional shapes of the core pin and the die orifice are both circular), but the cross-sectional shape of the core pin and the die orifice is preferably Other shapes may be used as long as they are point symmetric.
  • the core pin and the die orifice may be an outwardly convex regular polygon or an inwardly convex regular polygon (such as a star), and such a die orifice and core pin may have various shapes.
  • a tube having an annular cross section can be formed. Even in such a case, the core pin has a portion having a cross-sectional area perpendicular to the axial direction smaller than the cross-sectional area of the both ends between the two ends.
  • the present invention provides a tube obtained by extruding PTFE, for example, obtained by emulsion polymerization, using an extruder as described above.
  • a method for producing a polytetrafluoroethylene tube comprising the steps of: removing an auxiliary agent from the extruded tube (for example, by extracting, evaporating and drying), and baking if necessary.
  • the PTFE paste extrusion is a well-known extrusion method, and for this, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 50-34661 and Japanese Patent Publication No. Sho 61-54578 can be referred to.
  • the present invention provides a polytetrafluoroethylene tube obtained by the method as described above. Based on the technical idea of the present invention, it is clear that the greater the possible radius of the core pin, the higher the thickness of the obtained tube becomes. For example, when the dimension of the core pin shown in FIG.
  • a tube having a thickness variation of 15% or less, preferably 10% or less, which cannot be manufactured by the conventional technique, can be obtained.
  • a tube having a large diameter for example, a tube having an inner diameter of 1 Omm or more, particularly a tube having an inner diameter of 20 mm or more, a wall thickness deviation of 15% or less can generally be achieved.
  • the thickness unevenness ((maximum thickness-minimum thickness) no average thickness) X I 00 (%)
  • the average thickness means the average value of the thickness.
  • Such a polytetrafluoroethylene tube obtained by the present invention can be used, for example, as a transport pipe for chemicals and the like, a lining, a blade hose, a covering of a substrate, a shrinkable tube, and the like.
  • a transport pipe for chemicals and the like a lining, a blade hose, a covering of a substrate, a shrinkable tube, and the like.
  • a substrate such as a roll
  • the tube adheres to the mouth due to shrinkage.
  • the PTFE used in the extruder of the present invention is obtained by suspension polymerization. And those obtained by emulsion polymerization. PTFE fine powder obtained by emulsion polymerization is particularly suitable because PTFE has the advantage of easy orientation and fibrillation.
  • the PTFE of the present invention may contain a filler.
  • a filler carbonaceous powder, carbonaceous fiber, inorganic powder, inorganic fiber, metal or alloy powder, organic powder or fiber and the like are used. More specifically, carbonaceous powders or fibers such as carbon black, carbon fiber, graphite, oxide powders such as feldspar, silica, alumina, titanium oxide, iron oxide, silicon nitride, carbon nitride, and nitrided Inorganic powders such as aluminum, boron nitride, zirconium carbide, silicon carbide, tungsten carbide, nickel carbide, zirconium sulfate, barium sulfate, kaolin, clay, talc, glass beads, glass balloons, glass balloons, glass fibers, alumina fibers, potassium titanate Inorganic fiber such as fiber, silica fiber, etc., metal or alloy powder such as copper alloy, zinc white, molybdenum disulfide, aluminum
  • the addition amount of these fillers is 50% by weight or less, preferably 30% by weight or less, based on the total weight of PTFE and the filler, because the shape of the molded article is maintained by PTFE. desirable.
  • it is easy to reduce the thickness of the tube to 15% or less, and usually achieves the thickness variation of 10% or less, preferably 5% or less. it can.
  • the amount of possible radius can be further increased. Accordingly, the thickness deviation can be further improved, and a thickness deviation of about 1% or less can be achieved.
  • the wall thickness deviation of the tube of the present invention of about 1 to 15%, more preferably about 2 to 10% is sufficient, and the coil is designed to have such a wall thickness deviation. do it.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating one embodiment of the core pin of the extruder of the present invention.
  • the illustrated core pin 30 is sequentially connected to a mandrel (not shown), for example, from a mandrel connecting end 34 connected by a screw 32 to a die orifice outlet end 36 from which a tube (not shown) is extruded.
  • the mandrel connecting portion 38 (In the embodiment shown, the core pin 30 is provided with a screw portion 52 for connecting to the mandrel at the mandrel connecting end 34.
  • the screw portion 52 above the mandrel connection end 34 is not considered.
  • the first transition portion 40, the reduced cross section portion 42, the second transition portion 44, and the rectification portion 4 6 (In the axial direction of the core pin
  • the vertical cross-section is substantially circular), each component being connected together by ends of the same diameter as the adjacent component, and with respect to the cross-sectional area of the cross-section perpendicular to the axis of the core pin, the reduced cross-section 42 is smaller than the mandrel binding portion 38 and the rectifying portion 46.
  • the transition portions 40 and 44 have a tapered surface and the other portions are cylindrical. It is preferable that the reduced cross-section portion 42 be as thin and long as possible in terms of strength.
  • a through-hole 48 is formed in the center of the core pin 30. This is because when the auxiliary is heated and removed from the tube after being extruded, the vaporized auxiliary is removed. Used as a passage (gas vent) for the agent.
  • the comparison of the cross-sectional area of the core pin when such a through-hole is present is not a circular area but a substantially circular area area comparison.
  • the core pin 30 is inserted into the die orifice 50.
  • the numbers shown in italics in the drawings are dimensions (mm) of an example of the core pin.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating another embodiment of the core pin of the extruder of the present invention, similarly to FIG.
  • the core pin 30 in FIG. 3 is for pushing out a tube (nominal outer diameter 4 O mm) having a larger diameter than in FIG.
  • the die orifice is not shown in FIG.
  • the gas vent hole 48 in the core pin 30 has a shape that widens at the die orifice outlet end.
  • Polytetrafluoroethylene fine powder F-201, manufactured by Daikin Industries, Ltd.
  • a hydrocarbon oil Isopa-E, manufactured by Exxon Chemical Co., Ltd.
  • This pellet is inserted into an extruder with a cylinder inner diameter of 9 Omm and a mandrel hole outer diameter of 2 Omm.
  • a core pin (made of SUS 304) with the dimensions shown in Fig. 2 is attached to the tip of the mandrel, and a die orifice with an outlet diameter of 22.6 mm is set.
  • the die tip was heated to 60 ° C with a band heater and extruded at a ram speed of 5 mm / min to obtain a tube-shaped preform.
  • the preform was continuously heated from room temperature to 370 ° C to remove the lubricating aid by drying, and calcined to obtain a PTFE tubular molded product.
  • the dimensions and thickness deviation of the obtained molded product are shown in Table 1 below.
  • a PTFE tubular molded product was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the die orifice was changed to one having an outlet diameter of 49 mm using a core pin having the dimensions shown in FIG.
  • the dimensions and thickness deviation of the obtained molded product are shown in Table 1 below.
  • a PTFE tubular molded product was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the core pin 30 having the dimensions shown in FIG. 4 was used.
  • the illustrated core pin 30 has a constant diameter of 20 mm for 1 Omm from the mandrel coupling end 34 axially toward the die orifice outlet end 36 and then a diameter of 20 mm toward the straightening portion 46. It gradually increases to 6 mm, followed by a rectifying section with a diameter of 20.6 mm for 22 mm.
  • the dimensions and thickness deviation of the obtained molded product are shown in Table 1 below.
  • the core pin 30 has a constant diameter of 20 mm for 13 Omm from the mandrel coupling end 34 axially toward the die orifice outlet end 36, and then a 40 mm diameter. In between, the diameter gradually increases to 46 mm and then remains constant at that diameter.
  • the area of the cross section perpendicular to the axial direction is the smallest at the mandrel connection end 34.

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Description

明 細 書 ポリテトラフルォロエチレンチューブ及びそのための押出機 技術分野
本発明は、 偏肉の小さいポリテトラフルォロエチレンチューブならびに それを製造する装置および方法に関する。 背景技術
従来より、 ポリテトラフルォロエチレンチューブの製造法としてペース ト押出法が知られている。 この方法では、 乳化重合で得られたポリテトラ フルォロエチレン (以下、 「P T F E」 とも呼ぶ) のファインパウダーに 押出助剤と呼ばれる適当な有機溶剤を加えてペースト状物を得、 これを円 筒状に予備成形してビィレツ トを得、 このビィレッ ト (bi llet) を押出機 に入れ、 ラムで加圧してダイでチューブ形状に押し出して、 その後、 加熱 または抽出により押出助剤を除去して、 焼成して最終的に所定のチューブ を得る (例えばフッ素樹脂ハンドブック (1 9 9 0年、 日刊工業新聞社刊、 里川孝臣編) 参照) 。
このような方法に使用するラム押出機のチューブが押し出される先端部 分の断面を図 1に模式的に示す。 押出機 1 0は、 シリンダー 1 2、 マスタ
—ダイ 1 4およびダイオリフィス 1 6を有し、 これらの部分により形成さ れる空隙 1 8内に、 マンドレル 2 0およびそれに取り付けられたコアピン 2 2が空隙 1 8と同心状に配置されている。 このような押出機の空隙内に ビィレッ トを供給して、 図面の上から下方向にラム (図示せず) によって 押し出すことにより、 ダイオリフィスの環状出口 2 4からチューブが得ら れる。 このチューブから押出助剤を除去し、 焼成して最終的に所定のチュ ーブを得る。
このような方法で、 ポリテトラフルォロエチレンのチューブ状の成形品 を製造する場合、 シリンダー 1 2、 マスターダイ 1 4およびおよびダイォ リフィス 1 6により形成される空隙 1 8の中心軸と軸が一致するように、 マンドレル 2 0およびコアピン 2 2を配置しておく必要がある。 しかしな がら、 コアピン 2 2は、 その先端部であるダイオリフィス 1 6の出口 2 4 においては支持することができないので、 コアピン 2 2は接続されている マンドレル 2 0の下端部での片持ちになり、 マンドレル 2 0は上端部での 片持ちとなる。 そのため、 ダイオリフィス 1 6の出口 2 4のレベル付近で コアピン 2 2の中心をダイオリフィス 1 6の中心に合わせるのは全く容易 ではなく、 実際、 これらの中心軸を実質的に一致させるのは非常に困難で あり、 不可能に近い。 従って、 現在市販されている P T F Eチューブ、 特 に径の大きいチューブ (例えば内径が 1 O mm以上であるもの) の肉厚に はばらつきが大きい。 即ち、 チューブの長手方向に垂直な断面においてチ ユーブの半径方向の厚さ (肉厚) が半径の位置によって異なるという偏肉 現象が生じている。
発明の開示
従って、 本発明が解決しょうとする課題は、 P T F Eのペースト押出成 形によつて製造されるチューブ状成形品の偏肉を最小限にすることである。 発明者らは、 上記課題を達成するために鋭意検討した結果、 コアピンの 少なくとも一部分を押出時の圧力によって撓むことができるディメンジョ ンにすることによつて押出機のコアピンの出口における心合わせ (即ち、 コアピンとダイオリフィスの軸合わせ) を自動的に行わせる機能を持たせ ることができ、 その結果、 上記課題を解決できることを見いだした。
一般的に、 流れている流体の中において、 一点にて支持された長尺物を 放置すると、 この物体は抵抗が最も小さくなる方向に動こうとする。 すな わち、 支持部が回転自在に支持されている場合には、 長尺物の長さ方向が 流れに対して平行となるように、 また、 支持部が拘束されている場合は長 尺物自身の橈みにより抵抗が最も小さくなる方向に向く。 発明者らは、 こ の現象と同様の現象を P T F Eのペースト押出機内でも起こすことができ れば、 コアピンは抵抗が最も小さくなるように位置決めされ、 従って、 ダ ィオリフィスと心合せされ、 その結果、 偏肉が最小限に抑えられた P T F Eチューブを得ることができることを見いだした。
一般的に、 押出機において、 マンドレルは、 ダイオリフィスの出口とは 反対側の端部において、 シリンダーと心合わせされた状態で機械的に固定 されて、 他方の端部においてコアピンがマンドレルに取り付けられている。 このような押出機においてラムによりマンドレルの長さ方向に加圧して押 し出されるチューブに偏肉現象が起こるのは、 マンドレルが堅固に固定さ れていても、 何等かの理由でコアピンが偏心し (即ち、 ダイオリフィスと 同心でなくなる、 例えばダイオリフィスの中心軸に対してコアピンの中心 軸が斜めになる) 、 この偏心が拡大されてダイオリフィスの出口側ではコ ァピンの中心がダイオリフィスの中心から相当大きく偏奇するからである。 この時、 得られるチューブの肉厚の薄い側では、 コアピンは、 ラムの加圧 によるシリンダ一内の樹脂の全体としての流れ方向、 従って、 本来のシリ ンダ一部の中心軸の方向に対して 1 8 0 ° より小さい角度(即ち、 マンド レルとコアピンのなす角) を形成する。 逆に、 得られるチューブの肉厚の 厚い側では、 コアピンは、 樹脂の流れに対し 1 8 0 ° より大きい角度 (即 ち、 マンドレルとコアピンのなす角) を形成する。 この場合において、 1 8 0 ° より小さい角度は、 樹脂の流れに対し抵抗 を生じることになるので、 コアピンは抵抗が小さくなるように (即ち、 ダ ィオリフィスの中心軸に近づく方向に) 移動しょうとする。 もし、 抵抗が 小さくなるようにコアピンが移動できれば、 その結果、 ダイオリフィスの 出口端部において、 コアピンの中心が実質的にダイオリフィスの中心に近 づくことができる。 即ち、 コアピンは、 偏肉が最小限になるように移動で きることになる。
例えば、 押出操作の前に、 何らかの理由のために、 ダイオリフィスの出 口付近において、 コアピンの中心がダイオリフィスの中心から偏奇してい る場合において、 ダイオリフィスの出口付近においてコアピン中心がダイ オリフィスの中心に戻る (即ち、 心合わせ状態になる) または近づくこと ができるか否かは、 押出条件下でコアピンが撓むことができるかにより決 まる。 従って、 本発明は、 押出機のコアピンの形状を、 押出時において従 来のコアピンよりも橈み易い形状とすることにより、 コアピンの中心がそ の周囲のダイオリフィスの中心に戻り易くなり、 従って、 向上した心合わ せ状態に近づき、 好ましくは心合わせ状態が達成され、 その結果、 押し出 されるチューブの偏肉度を向上させることができることに存する。
従って、 第 1の要旨において、 本発明は、 コアピンとその周囲のダイォ リフィスにより形成される環状部分を通してポリテトラフルォロエチレン を押し出すことによりポリテトラフルォロエチレンチューブを製造する押 出機であって、 コアピンはマンドレルに接続されるマンドレル接続端部お よびダイオリフィスの出口に位置するダイオリフィス出口端部を有し、 コ ァピンは、 その両端部の間で、 コアピンの軸方向に垂直な断面積がその両 端部の断面積より小さい部分を有することを特徴とする押出機を提供する。 従来の押出機において、 コアピンは上述のような橈みを考慮して設計さ れていない。 コアピンは、 押出機のマンドレル端部に接続するために、 マ ンドレルの端部の直径と実質的に同じ直径を一端において有し、 また、 押 し出すべきチューブの内径に実質的に対応する直径を他端において有し、 これらの两端の間の部分は、 一端の直径から他端の直径に漸次遷移してい る (即ち、 コアピンの軸方向に垂直な断面積は徐々に増加または減少する カ あるいは一定のままである) 。 尚、 一般的には、 後述の比較例に用い るコアピンのように、 直径が一定で変化しない部分をコアピンは含むが、 その直径はマンドレルの断面またはコアピンのダイオリフィス出口端部に おける断面の直径より小さくなることはない。 従って、 従来のコアピンの 両端の間の部分の直径は、 一端の直径以上であり、 他端の直径以下である 場合、 および一端の直径に等しく、 他端の直径にも等しい場合のいずれか である。
これに対して、 本発明の押出機において、 コアピンはその両端部より断 面が小さい部分を有し、 その結果、 そのような部分を有さない従来の押出 機のコアピンより橈み易くなる。 図面の簡単な説明
図 1は、 ラム押出機のチューブが押し出される先端部分の断面を模式的 に示す。
図 2は、 本発明の押出機に使用するコアピン (実施例 1にて使用) の軸 方向の断面を模式的に示す。
図 3は、 本発明の押出機に使用するコアピン (実施例 2にて使用) の軸 方向の断面を模式的に示す。
図 4は、 従来の押出機に使用されているコアピン (比較例 1にて使用) の軸方向の断面を模式的に示す。 図 5は、 従来の押出機に使用されているコアピン (比較例 2にて使用) の軸方向の断面を模式的に示す。
図面において、 引用番号 1 0は押出機を、 引用番号 1 2はシリンダーを、 引用番号 1 4はマスターダイを、 引用番号 1 6はダイオリフィスを、 引用 番号 1 8は空隙を、 引用番号 2 0はマンドレルを、 引用番号 2 2はコアピ ンを、 引用番号 2 4は環状出口を、 引用番号 3 0はコアピンを、 引用番号 3 2はネジを、 引用番号 3 4はマンドレル結合端部を、 引用番号 3 6はダ ィオリフィス出口端部を、 引用番号 3 8はマンドレル結合部分を、 引用番 号 4 0は第 1遷移部分を、 引用番号 4 2は断面減少部分を、 引用番号 4 4 は第 2遷移部分を、 引用番号 4 6は整流部分を、 引用番号 4 8は貫通孔を、 引用番号 5 0はダイオリフィスを、 引用番号 5 2はネジ部分を示す。 発明の詳細な説明
本発明の押出機において、 1つの態様では、 コアピンは、 マンドレル結 合端部からダイオリフィス出口端部に向かって順に、 マンドレノレ結合部分、 第 1遷移部分、 断面減少部分、 第 2遷移部分および整流部分 (各部分のコ ァピンの軸方向に垂直な断面は実質的に円形である) から構成され、 各構 成部分は隣接する構成部分と同じ直径の端部により一体に接続され、 コア ピンの軸に垂直な断面の面積に関して、 断面減少部分はマンドレル結合部 分および整流部分より小さいことを特徴とする。
マンドレル結合部分は、 マンドレルに接続する場合の強度等をコアピン に付与する。 通常、 コアピンをマンドレルに結合するための結合手段を有 する部分 (例えばネジ付き部分) がマンドレル結合部分に設けられている。 この部分については、 マンドレル内部に入り込むため断面減少部分の断面 積の比較の対象外である。 整流部分は、 押し出されるポリテトラフルォロ エチレンの流れを一定の方向 (好ましくはコアピンの軸方向) に向け、 押 出機を出てからチューブの形状を維持するために必要な部分であり、 これ らの 2つの部分は、 所定の長さおょぴ直径を有する必要がある。 従って、 これらの部分のディメンジョンの選択に関しては、 撓みは 2次的な要因で ある。 撓みを一次的な要因として考盧する必要があるのは、 断面減少部分 であり、 この部分のディメンジョンを適切に選択して断面減少部分の撓み 可能量がコアピンの橈み可能量の大部分、 実質的に全部をもたらすのが好 ましい。
尚、 押出時に、 コアピンには非常に大きな力が加わるので、 コアピンの ディメンジョンの決定に際しては、 コアピンが破壊しない程度の寸法を採 用する必要がある。 従って、 コアピンのディメンジョン、 特に断面減少部 分の長さおよび直径を決定するに当たり、 このような破壊に対する考慮が 必要であり、 本発明においては、 破壊しない範囲内で最大限の撓み可能量 を確保するようにコアピンを設計するのが好ましい。
上述の態様において、 好ましい態様では、 マンドレル結合部分、 断面減 少部分および整流部分は円柱状であり、 第 1遷移部分および第 2遷移部分 は、 それぞれ、 マンドレル結合部分を断面減少部分と接続するテーパー状 表面 (従って、 円錐台状部分) および断面減少部分を整流部分と接続する テーパー状表面 (従って、 円錐台状部分) を有する。 この場合、 断面減少 部分の直径は、 他の部分の直径より小さく、 例えばマンドレル結合部分の 直径の好ましくは 2 / 3以下、 より好ましくは 1 / 2以下であり、 可能で あれば更に小さいことが望ましく、 また、 断面減少部分の長さは可能な範 囲で長いのが望ましい。
一般的には、 押出機が設定されると、 コアピンの全長が決まり、 上述の ようにマンドレル結合部分および整流部分の必要な長さが決まっていくの で、 残りの長さを断面減少部分および遷移部分に使用できることになる。 従って、 遷移部分の長さを可能な限り短く して、 断面減少部分を長くする のが好ましい。 尚、 遷移部分にもある程度の長さが必要であり、 その結果、 断面減少部分の長さは、 押出機が設定されると、 一義的に決まってしまう 場合が多いので、 断面減少部分の径の適切な選択が重要である。
上述のような橈みに関しては、 以下のような考えを指標として用いるこ とができる (尚、 この考えは本発明を拘束するものではない) :
押出機では、 マンドレルが押出機のシリンダーの中央に位置するように 固定されており、 コアピンがその端部においてマンドレルに固定さている 点に着目すれば、 コアピンは片持ち梁と同様に考えてもよく、 上述の橈み 可能量は、 片持ち梁の最大橈み量に対応させてもよい。
片持ち梁の自由端における最大撓み量の算出にあたっては、 例えば、 標 準機械設計図表便覧 (共立出版株式会社刊、 小栗富士雄著 1 969年、 5 — 1) を参照でき、 次式:
6ma x= (w l ) / (8 E I)
(式中、 δ ma xは最大撓み (cm)、 wは単位長さ当たりの広がり荷重 (k g/cm)、 1は =部材長さ (cm)、 Eはヤング係数 (k g/cm2)、 Iは断面の慣性モーメント (cm4) である。 )
を用いることができる。
片持ち梁の最大撓み量をコアピンの撓み可能量に関連させる場合、 コア ピンのディメンジョンが影響を与えるのは、 コアピンの断面積 (Iに対 応) 、 コアピンの長さ ( 1に対応) およびコアピンの材料 (Eに対応) で ある。 従って、 上記式から理解できるように、 コアピンの撓み可能量はコ ァピンの長さの 4乗に比例し、 コアピンの断面積に反比例する。 コアピン の断面形状 (または直径) は、 その軸方向に変化するが、 コアピンにおい てその撓み可能量に影響を最も与えるのは、 断面積が小さく、 長さが長い 断面減少部分であり、 それ故に、 本発明の押出機において、 コアピン、 特 にその断面減少部分は可能な限り細く、 可能な限り長いのが好ましいこと になる。
コアピンに使用する材料も橈み可能量に影響を与えるのは上式から明ら かであり、 ヤング係数の小さい材料を使用するのが望ましいのは勿論であ るが、 コアピンの材料の選択に関しては、 加工性、 耐腐食性、 強度、 価格 のような種々の要因を考慮する必要があり、 ヤング係数のみを優先するこ とは一般的に妥当ではない。 従って、 工業的に用いる押出機において一般 的に使用されているコアピンの材料 (例えばステンレススチール (S U
S ) 、 鉄の表面メツキしたもの等) を本発明の押出機のコアピンに用いて よい。 よって、 本発明の押出機では、 コアピンのディメンジョンがより重 要となる。
コアピンとダイオリフィスにより形成される環状部分の断面形状として は、 いわゆるリング状 (従って、 コアピンおよびダイオリフィスの断面形 状が双方とも円形) であることが好ましいが、 コアピンおよびダイオリフ イスの断面形状が点対称であれば、 その他の形状であってもよい。 例えば、 コアピンおよびダイオリフィスが、 外向きに凸の正多角形、 内向きに凸の 正多角形 (例えば星形のようなもの) であってもよく、 そのようなダイォ リフィスおよびコアピンにより種々の環状形状の断面を有するチューブを 形成できる。 そのような場合であっても、 コアピンは、 その両端部の間に おいて、 軸方向に垂直な断面積がその両端部の断面積より小さい部分を有 する。
第 2の要旨において、 本発明は、 上述のような押出機を用いて P T F E、 例えば乳化重合により得られるものをペースト押し出してチューブを得る 工程、 その後、 押し出したチューブから助剤を (例えば抽出、 蒸発乾燥等 により) 除去し、 必要に応じて焼成する工程を含む、 ポリテトラフルォロ エチレンチューブの製造方法を提供する。 尚、 PTFEのペースト押出は、 周知の押出法であり、 それに関しては、 例えば特開昭 50— 3466 1号 公報、 特公昭 61— 54578号公報等を参照できる。
この方法では、 上述のように従来の押出機に使用されているコアピンよ り橈むコアピンを押出機にて使用するので、 押し出されたチューブの偏肉 度は向上する。 従って、 助剤を除去し焼成することにより最終的に得られ るポリテトラフルォロエチレンチューブの偏肉度も向上したものとなる。 第 3の要旨において、 本発明は、 上述のような方法により得られるポリ テトラフルォロエチレンチューブを提供する。 本発明の技術思想に基けば、 コアピンの橈み可能量が大きくなる程、 得られるチューブの偏肉度が向上 するのは明らかである。 例えば、 後述する図 2に示すコアピンのディメン ジョンを選択した場合、 従来技術においては製造できなかった、 偏肉度が 1 5%以下、 好ましくは 1 0%以下のチューブを得ることができる。 特に、 径の大きいチューブ、 例えば内径が 1 Omm以上、 特に内径が 20mm以 上のチューブにおいても 1 5%以下の偏肉度を一般的に達成できる。 尚、 偏肉度 = ( (最大肉厚一最小肉厚) ノ平均肉厚) X I 00 (%) であり、 平均肉厚とは、 肉厚の平均値を意味する。
このような本発明により得られるポリテトラフルォロエチレンチューブ は、 例えば化学薬品等の輸送管、 ライニング、 ブレードホース、 基材の被 覆、 収縮チューブ等に使用できる。 例えばロールのような基材に被覆する 場合、 未焼成のチューブをロールにかぶせた後に焼成すると、 収縮により チューブが口ールに密着する。
本発明の押出機に使用する PTFEとしては、 懸濁重合により得られる ものでも、 あるいは乳化重合により得られるものであってもよい。 P T F Eが配向、 繊維化し易いという利点があるので、 乳化重合で得られた P T F Eファインパウダーが特に適している。
更に、 本発明の P T F Eは充填剤を含有するものであってもよい。 充填 剤としては、 炭素質粉末、 炭素質繊維、 無機質粉末、 無機質繊維、 金属ま たは合金粉末、 有機質粉末または繊維などが用いられる。 より具体的には、 カーボンブラック、 力一ボン繊維、 グラフアイ トなどの炭素質粉末または 繊維、 長石、 シリカ、 アルミナ、 酸化チタン、 酸化鉄などの酸化質粉末、 窒化ケィ素、 窒化炭素、 窒化アルミニウム、 窒化ホウ素、 炭化ジルコニゥ ム、 炭化ケィ素、 炭化タングステン、 炭化ニッケル、 硫酸ジルコニウム、 硫酸バリウム、 カオリン、 クレー、 タルク、 硝子ビーズ、 硝子バルーンな どの無機質粉末、 ガラス繊維、 アルミナ繊維、 チタン酸カリウム繊維、 シ リカ繊維などの無機質繊維、 銅合金、 亜鉛華、 二硫化モリプデン、 アルミ ユウム、 アルミニウム合金などの金属または合金粉末、 パ一フルォロアル コキシ樹脂、 パーフルォロエチレンプロペン樹脂、 ポリクロ口 トリフルォ 口エチレン樹脂、 ポリアミ ドイミ ド樹脂、 ポリエーテルスルホン樹脂、 ポ リエーテルイミ ド樹脂、 ポリサルホン樹脂、 ポリフエエレンサルファイ ド 樹脂、 ポリカーボネート樹脂、 ポリイミ ド榭脂、 ポリフエ二レンォキサイ ド樹脂、 ォキシベンゾィルポリエステル樹脂、 液晶ポリマーなどの有機質 粉末または繊維などが例示される。 これらの充填剤は成形品の機械的特性
(例えば耐摩耗性、 圧縮強さ、 耐コールドフロー性) や電気的特性 (例え ば静電除去) などを向上させるために添加する。 これらの充填剤の添加量 は、 P T F Eにより成形品の形態を維持するという理由から P T F Eと充 填剤との合計重量に対して 5 0重量%以下、 好ましくは 3 0重量%以下で あることが望ましい。 一般的に、 本発明の技術思想に基づけば、 チューブの偏肉度を 1 5 %以 下とするのは容易であり、 通常、 1 0 %以下、 好ましくは 5 %以下の偏肉 度を達成できる。 更に、 コアピンに使用する材料 (即ち、 引張強度が大き いために断面減少部分をより細く、 より長くできる材料) およびそのディ メンジョンを適切に選択することにより橈み可能量を一層大きくすること ができ、 それによつて、 偏肉度を更に向上させることが可能となり、 1 % 程度またはそれ以下の偏肉度も達成可能である。
繰り返し使用するための強度 (従って、 安全性のマ一ジン) を考慮して 工業的に実用可能なコアピンとするには、 強度を優先し、 また、 (強度が 多少劣っても) 比較的安価な材料を選択して、 有る程度の橈み可能量を犠 性にする必要がある場合もあり、 また、 市場のニーズも考慮する必要があ る。 その意味では、 本発明のチューブの偏肉度は 1〜1 5 %程度、 より好 ましくは 2〜1 0 %程度で十分であり、 そのような偏肉度となるようにコ ァピンを設計すればよい。 発明を実施するための好ましい形態
図 2に、 本発明の押出機のコアピンの 1つの態様を断面図にて模式的に 例示する。 図示したコアピン 3 0は、 マンドレル (図示せず) に、 例えば ネジ 3 2により結合されるマンドレル結合端部 3 4からチューブ (図示せ ず) が押し出されるダイオリフィス出口端部 3 6に向かって順に、 マンド レル結合部分 3 8 (尚、 図示した態様では、 コアピン 3 0には、 マンドレ ルに結合するためのネジ部分 5 2がマンドレル結合端部 3 4に設けられて いる。 断面減少部分の断面積の比較には、 マンドレル結合端部 3 4より上 方のネジ部分 5 2を考盧しない。 ) 、 第 1遷移部分 4 0、 断面減少部分 4 2、 第 2遷移部分 4 4および整流部分 4 6 (各部分のコアピンの軸方向に 垂直な断面は実質的に円形である) から構成され、 各構成部分は隣接する 構成部分と同じ直径の端部により一体に接続され、 コアピンの軸に垂直な 断面の断面積に関して、 断面減少部分 4 2はマンドレル結合部分 3 8およ び整流部分 4 6より小さい。 図示するように、 遷移部分 4 0および 4 4は テーパー状表面を有し、 他の部分は円筒状である。 断面減少部分 4 2は、 強度的に可能な範囲で細く、 かつ、 長いのが好ましい。
尚、 図示した態様では、 コアピン 3 0の中央部には貫通孔 4 8が形成さ れており、 これは、 押し出した後に引き続いてチューブから助剤を加熱し て除去する場合に、 蒸発した助剤の通路 (ガス抜き孔) として用いられる。 本発明において、 このような貫通孔が存在する場合におけるコアピンにお ける断面積の比較は、 円の面積ではなくて、 実質的に環状部分の面積の比 較となる。 また、 図では、 ダイオリフィス 5 0にコアピン 3 0が揷入され た状態で示している。 尚、 図面に斜体字で示した数字は、 コアピンの一例 の寸法 (mm) である。
また、 図 3に、 図 2と同様に、 本発明の押出機のコアピンの 1つの別の 態様を断面図にて模式的に例示する。 図 3のコアピン 3 0は、 図 2の場合 より径の大きいチューブ (公称外径 4 O mm) を押し出すためのものであ る。 図 3ではダイオリフィスは図示していない。 また、 コアピン 3 0内の ガス抜き孔 4 8は、 ダイオリフィス出口端部にて広がった形状である。 実施例
(実施例 1 )
ポリテトラフルォロエチレンファインパウダ— (F— 2 0 1、 ダイキン 工業 (株) 製) 1 0 0重量部に潤滑助剤として炭化水素油 (アイソパ一 E、 ェクソン化学 (株) 製) を 2 1重量部添加、 混合し、 2 5 °Cで 1 5時間放 置して熟成した。 熟成後、 ラム速度 1 0 OmmZm i nで加圧し、 1 0 k g f cm2で 10分間保持して円筒状のビィレツトを得た。
このビィレツ トをシリンダー内径 9 Omm, マンドレノレ外径 2 Ommの 押出機に挿入し、 図 2に示すディメンジョンのコアピン (SUS 304 製) をマンドレル先端に取付け、 出口径 22. 6mmのダイオリフィスを をセッ トし、 バンドヒーターでダイ先端部を 60°Cに加熱し、 ラム速度 5 mm/m i nで押し出してチューブ状の予備成形体を得た。
予備成形体を常温から連続的に 370°Cまで加熱して潤滑助剤を乾燥に より除去し、 焼成をし PTFEチューブ状成形品を得た。 得られた成形品 の寸法、 偏肉度を後の表 1に示す。
(実施例 2)
図 3に示すディメンジョンを有するコアピンを使用して、 ダイオリフィ スを出口径 49 mmのものに変えた以外は実施例 1と同じ条件で、 PTF Eチューブ状成形品を得た。 得られた成形品の寸法、 偏肉度を後の表 1に 示す。
(比較例 1 )
図 4に示すディメンジョンを有するコアピン 30を使用した以外は、 実 施例 1と同じ条件で PTFEチューブ状成形品を得た。 図示したコアピン 30は、 マンドレル結合端部 34から軸方向にダイオリフィス出口端部 3 6に向かって 1 Ommの間、 直径が 20 mmで一定であり、 その後、 整流 部分 46に向かって直径が 20. 6 mmまで徐々に増加し、 直径 20. 6 mmの整流部分が 22 mm続く。 得られた成形品の寸法、 偏肉度を後の表 1に示す。
(比較例 2)
図 5に示すディメンジョンを有するコアピン 30を使用した以外は、 実 施例 1と同じ条件で PTFEチューブ状成形品を得た。 得られた成形品の 寸法、 偏肉度を表 1に示す。 図から明らかなように、 コアピン 30は、 マ ンドレル結合端部 34から軸方向にダイオリフィス出口端部 36に向かつ て 1 3 Ommの間、 直径が 20 mmで一定であり、 その後、 40mmの間 で直径が 46 mmまで徐々に増加し、 その後、 その直径で一定である。 こ の態様のコアピン 30では、 軸方向に垂直な断面の面積は、 マンドレル結 合端部 34において最も小さい。
【表!】
実施例 1 比較例 実施例 2 比較例 2 チューブサイズ(mm)
外径 19.95 19.95 40.73 40.73 平均肉厚 0.965 0.965 1.490 1.490 最大肉厚 0.994 1.089 1.620 1.730 最小肉厚 0.936 0.841 1.510 1.400 偏肉度 (%) 6 26 7 22 尚、 平均肉圧は、 任意で肉厚を数ケ所測定し平均することにより求めた。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 偏肉度が 1 5 %以下であるポリテトラフルォロエチレンチューブ。
2 . 内径が少なくとも 1 O mmである請求項 1のチューブ。
3 . コアピンとその周囲のダイオリフィスにより形成される環状部分を通 してポリテトラフルォロエチレンを押し出すことによりポリテトラフルォ 口エチレンチューブを製造する押出機であって、 コアピンはマンドレルに 接続されるマンドレル接続端部およびダイオリフィスの出口に位置するダ ィオリフィス出口端部を有し、 コアピンは、 その両端部の間において、 コ ァピンの軸方向に垂直な断面積がその両端部の断面積より小さい部分を有 することを特徴とする押出機。
4 . コアピンは、 マンドレノレ結合端部からダイオリフィス出口端部に向か つて順に、 マンドレル結合部分、 第 1遷移部分、 断面減少部分、 第 2遷移 部分および整流部分 (各部分のコアピンの軸方向に垂直な断面は実質的に 円形である) から構成され、 各構成部分は隣接する構成部分と同じ直径の 端部により一体に接続され、 コアピンの軸に垂直な断面の断面積に関して、 断面減少部分はマンドレル結合部分および整流部分より小さいことを特徴 とする請求項 3の押出機。
5 . コアピンの断面減少部分は実質的に円柱状である請求項 4記載の押出 機。
6 . 請求項 1または 2記載のポリテトラフルォロエチレンチューブを製造 する方法であって、 請求項 3〜 5のいずれかに記載の押出機を用いてぺー スト押し出しによりポリテトラフルォロエチレンチューブを形成し、 その 後、 押し出されたチューブから助剤を除去し、 必要に応じ焼成することを 特徴とする方法。 9/10159
エチレンチ
7. 請求項6記載の方法により製造さ :
ユーブ。
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