JP2000210995A - 難成形樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 射出後圧縮工程を付加することなく、又、溶
融樹脂の流動性を向上するために有機溶媒を用いること
なく、気泡を含まない中実組織の任意形状の成形体を生
産性高く製造し得る難成形樹脂成形体の製造方法を提供
する。 【解決手段】 熱可塑性難成形樹脂に、常温、常圧で気
体状態の非反応性ガスを溶解させて熱可塑化し、該熱可
塑化難成形樹脂が粒子状になる速度で賦型金型内に充填
することを特徴とする難成形樹脂成形体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、難成形樹脂成形体
の製造方法に関し、更に詳しくは、溶融粘度が高く溶融
成形が困難な難成形樹脂成形体の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ポリテトラフルオロエチレンや超高分子
量ポリエチレン等は、耐衝撃性、耐磨耗性、自己潤滑
性、耐薬品性等が優れている。しかし、溶融粘度が高く
流動性が悪いため押出成形や射出成形等の成形が非常に
難しい樹脂とされ、一般に難成形樹脂と称されている。
従来、これらの難成形樹脂は、粉末状態の樹脂を圧縮成
形、焼結成形又はラム押出成形等により板状もしくは棒
状の簡単な形状の成形体を作製し、これらの成形体を切
削加工等の二次加工によって所望形状の製品とする方法
が一般に用いられていた。

【０００３】しかしながら、上記方法では、いずれも板
状もしくは棒状の簡単な形状の成形体しか得られず、こ
れら以外の形状の成形体を得るためには、更に、板状体
や棒状体のこれら成形体を切削加工等の二次加工によっ
て所望形状の製品とするものであるため、多くの工数
と、高価な材料から切削加工等の加工屑を大量に発生さ
せるという極めて非効率的な生産手段となるばかりか、
二次加工自体にも自ずとその形状に加工限界があり、微
細形状の精密成形等の総てに適用できる方法ではなかっ
た。

【０００４】こうした難成形樹脂を射出成形法で成形し
ようとする試みとして、例えば、特開昭５１−８１８６
１号公報には、超高分子量ポリエチレンを粉末状態で、
５００００ｓｅｃ^-1以上の高剪断速度により僅かに開い
た状態の金型キャビティ内に射出し、次いで、キャビテ
ィ内の樹脂が溶融状態にある間にキャビティを圧縮する
（以下、射出後圧縮と略称する）工程を付加した射出成
形法が開示されている。

【０００５】しかし、上記公報に開示された射出成形法
では、粉末状態の難成形樹脂を融着させ、得られる成形
体の物性低下を抑制するために射出後圧縮工程が付加さ
れているので、複雑な形状の成形体の製造が難しくな
る。又、上記融着を向上させるために過充填を行うと得
られる成形体の表面層と内層間で剥離を惹き起こすとい
う問題がある。

【０００６】又、特公平４−４７６０８号公報には、超
高分子量ポリエチレンからなるフィルム又はシートの製
造に際して、超高分子量ポリエチレンの粉末に有機溶媒
を加えてフィルム状又はシート状に押出成形し、得られ
るフィルム又はシートを加熱して有機溶媒を揮散させる
超高分子量ポリエチレンフィルム又はシートの製造法が
開示されている。

【０００７】しかし、上記公報に開示された押出成形法
では、難成形樹脂にこれを溶解ないし膨潤する能力をも
つ有機溶媒を加えて賦形し、賦形された難成形樹脂成形
体を加熱して有機溶媒を揮散させるものであるので、難
成形樹脂に強い親和性を有する有機溶媒を分離し、揮散
させるためには大掛かりな加熱、乾燥装置が必要であ
り、且つ、加熱、乾燥工程に多くの工数、コストを要す
るものであり、更に、有機溶媒を大気中や作業場内に排
出させ、大気汚染公害や労働衛生上の諸問題を惹き起こ
さないために、溶媒回収設備と溶媒回収工程が付加さ
れ、益々生産性を低下させるものであるという問題点を
有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の諸問
題を解決し、射出後圧縮工程を付加することなく、又、
溶融樹脂の流動性を向上するために有機溶媒を用いるこ
となく、気泡を含まない中実組織の任意形状の成形体を
生産性高く製造し得る難成形樹脂成形体の製造方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の難
成形樹脂成形体の製造方法は、熱可塑性難成形樹脂に、
常温、常圧で気体状態の非反応性ガスを溶解させて熱可
塑化し、該熱可塑化難成形樹脂が粒子状になる速度で賦
型金型内に充填することを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明の難成形樹脂成形体の
製造方法は、請求項１記載の発明の難成形樹脂成形体の
製造方法において、賦型金型内に充填される非反応性ガ
スを溶解させた難成形樹脂圧力の最小値が１０ＭＰａ以
上である。

【００１１】請求項３記載の発明の難成形樹脂成形体の
製造方法は、請求項１記載の発明の難成形樹脂成形体の
製造方法において、賦型金型内に充填を完了したときの
非反応性ガスを溶解させた難成形樹脂圧力が、難成形樹
脂に溶解させた非反応性ガスの量に相当する飽和溶解圧
力よりも高い値である。

【００１２】請求項４記載の発明の難成形樹脂成形体の
製造方法は、請求項１、２又は３記載の発明の難成形樹
脂成形体の製造方法において、製造方法が射出成形法に
よるものである。

【００１３】請求項５記載の発明の難成形樹脂成形体の
製造方法は、請求項４記載の発明の射出成形法による難
成形樹脂成形体の製造方法において、金型キャビティに
難成形樹脂を充填した後、金型キャビティの流動末端の
樹脂圧力が１０ＭＰａ以上になるまで引き続いて難成形
樹脂の充填を行うものである。

【００１４】請求項６記載の発明の難成形樹脂成形体の
製造方法は、請求項１〜４又は５記載の発明の難成形樹
脂成形体の製造方法において、熱可塑性難成形樹脂がポ
リテトラフルオロエチレンもしくは超高分子量ポリエチ
レンである。

【００１５】請求項７記載の発明の難成形樹脂成形体の
製造方法は、請求項６記載の発明の難成形樹脂成形体の
製造方法において、超高分子量ポリエチレン系樹脂の粘
度平均分子量が、２．０×１０⁶ ｇ／ｍｏｌ以上であ
る。

【００１６】本発明で用いられる熱可塑性難成形樹脂
は、相対的に溶融粘度が高く溶融成形が困難な熱可塑性
樹脂であって、特定の溶融粘度等熱的性質を限定するも
のではないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、
四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体等のフ
ッ素系樹脂、超高分子量ポリエチレン、超高重合度ポリ
塩化ビニル、ポリイミド等が挙げられる。

【００１７】上記難成形樹脂のうち、ポリテトラフルオ
ロエチレンもしくは超高分子量ポリエチレン、特に、粘
度平均分子量が２．０×１０⁶ ｇ／ｍｏｌ以上の超高分
子量ポリエチレンからなる難成形樹脂は、通常の押出成
形や射出成形が特に難しいものであるが、本発明の難成
形樹脂成形体の製造方法を用いることによって容易に成
形することができる。

【００１８】本発明で用いられる非反応性ガスは、常
温、常圧で気体状態であり、難成形樹脂に非反応性であ
って、これらを劣化させないものであれば特に限定され
るものではないが、例えば、二酸化炭素、窒素、アルゴ
ン、ネオン、ヘリウム、酸素等が挙げられる。これらは
単独で用いられてもよいが、２種以上が併用されてもよ
い。中でも二酸化炭素は、難成形樹脂に対する溶解度が
高く、溶融粘度の低下に大きく寄与するので最も好まし
い。

【００１９】難成形樹脂に非反応性ガスを溶解する手段
は、特に限定されるものではないが、例えば、非反応性
ガスを固体状態の難成形樹脂に高圧下で溶解させる方
法、非反応性ガスを溶融状態の難成形樹脂に高圧下で溶
解させる方法等が挙げられる。これらの方法は単独で用
いられてもよいが、併用されてもよい。

【００２０】非反応性ガスを固体状態の難成形樹脂に高
圧下で溶解させる方法としては、具体的に例えば、耐圧
溶解槽内に粉末状態もしくはペレット状の難成形樹脂及
び所定圧力に調整された非反応性ガスを充填し、加熱加
圧下に、必要に応じて攪拌しながら、難成形樹脂に非反
応性ガスを含浸、溶解させる方法である。又、上記耐圧
溶解槽等の特別の溶解槽を用いることなく、ホッパーよ
り押出機の固体輸送部において固体状態の難成形樹脂に
所定圧力に調整された非反応性ガスを接触させ、難成形
樹脂に非反応性ガスを含浸、溶解させる方法が採られて
もよい。この場合には、ホッパー部及び可塑化装置のス
クリュー軸受部等の摺動部が圧力シールされることが好
ましい。上記非反応性ガスを難成形樹脂に含浸、溶解さ
せる際の圧力は、難成形樹脂及び非反応性ガスの種類等
によって決められるものであるが、通常、３ＭＰａ以上
である。

【００２１】又、非反応性ガスを溶融状態の難成形樹脂
に高圧下で溶解させる方法として、具体的に例えば、ス
クリューのコンプレッションゾーンの前方の圧力緩和部
分付近においていて、可塑化装置のシリンダーの途中か
ら所定圧力に調整された非反応性ガスを圧入する方法で
あり、この場合、非反応性ガスの供給は、ガスボンベか
ら直接行われてもよいが、プランジャーポンプ等を用い
て加圧供給されてもよい。圧入される非反応性ガスの圧
力は、上記同様３ＭＰａ以上であり、圧入された非反応
性ガスはシリンダー内の溶融樹脂で圧力シールされるの
で、特に圧力シールを補強しなくてもよいが、必要に応
じて、難成形樹脂投入口や可塑化装置のスクリュースラ
スト部等の摺動部が圧力シールされてもよい。

【００２２】非反応性ガスを溶解した難成形樹脂は、可
塑化・充填装置によって可塑化され、可塑化装置の先端
から賦形金型に、該難成形樹脂が粒子状になる速度で充
填される。上記溶融難成形樹脂の粒子径は、難成形樹脂
の種類、非反応性ガスの種類及び溶解量ないしは充填速
度等によって決まるものであるが、好ましくは１００μ
ｍφ〜１０ｍｍφ程度である。溶融難成形樹脂の粒子径
は可及的小さいものであることがこのましいが、１００
μｍφ未満にするには装置が膨大なものとなるばかり
か、生産性も低下するものであり、１０ｍｍφを超える
と、賦形金型への均質な充填が阻害されるおそれがあ
る。

【００２３】又、このような粒子径の溶融難成形樹脂を
充填するための可塑化・充填装置としては、特に限定さ
れるものではないが、例えば、充填口の径が１〜５ｍｍ
φ、好ましくは３ｍｍφである。

【００２４】難成形樹脂の上記賦形金型への充填速度
は、難成形樹脂の種類、可塑化温度、非反応性ガスの含
有量等によって決められるものであるので、特に限定す
ることはできないが、充填速度が余り小さいと難成形樹
脂の粒子化が十分に行われず、賦形金型への難成形樹脂
の均質な充填が行われ難くなるので、剪断速度が１０²
〜１０³ ｓｅｃ^-1以上であることが好ましい。

【００２５】このように難成形樹脂が粒子化され賦形金
型のキャビティ内に充填されるが、上記充填圧力が余り
低いと、得られる難成形樹脂成形体内部に気泡等の空隙
部を発生させ、脆弱な組織を形成したり、表層部と内層
部との間に層状の組織を形成したりするので、賦形金型
のキャビティ内の樹脂圧力が１０ＭＰａ以上であり、且
つ、非反応性ガスの溶解量に相当する飽和圧力以上であ
ることが好ましい。

【００２６】上記難成形樹脂が粒子化して賦形金型のキ
ャビティ内に充填する手段は、特に限定されるものでは
ないが、例えば、可塑化された非反応性ガスを溶解した
難成形樹脂をガス圧によって注入するガス注入法、可塑
化された非反応性ガスを溶解した難成形樹脂をプランジ
ャー等で押圧して充填口から射出する方法等が挙げられ
る。

【００２７】上記充填圧力は、上記可塑化装置及び賦形
金型を含む成形装置を用いる製造方法が射出成形法であ
る場合、難成形樹脂が粉末化され賦形金型のキャビティ
内を充満した後、難成形樹脂の流動末端の樹脂圧力が１
０ＭＰａ以上になるまで引き続いて難成形樹脂の充填が
行われるが、粒子化された難成形樹脂がキャビティ内を
充満する工程と難成形樹脂の流動末端の樹脂圧力が１０
ＭＰａ以上にする工程とは引き続いて速やかに短時間で
行われることが好ましく、このように動作させることに
よって、粒子化された難成形樹脂粒子同士が融着して強
固な組織を形成し得るものとなり、該組織内に気泡が発
生することを抑制して、高性能の中実の難成形樹脂成形
体を製造し得るものとなる。

【００２８】上記のように賦形金型のキャビティに充填
された難成形樹脂は、賦形金型内で固化温度以下に冷却
され、賦形金型より取り出される。

【００２９】本発明の難成形樹脂成形体の製造方法は、
上述のように、非反応性ガスを溶解させた熱可塑化難成
形樹脂が粒子状になる速度で賦型金型内に充填されるも
のであるので、複雑な形状の成形体であっても、溶融熱
可塑化難成形樹脂が賦型金型内に均質に充填され、相互
に融着し合い、得られる難成形樹脂成形体は、層状破壊
やブロック状破壊等の脆弱な組織となることなく、強固
な中実組織を形成した優れた物性を有する難成形樹脂成
形体を製造し得るものである。

【００３０】更に、本発明の難成形樹脂成形体の製造方
法は、賦型金型のキャビティを溶融難成形樹脂を射出し
て充填した後、キャビティ容積を射出樹脂量の２．０倍
以下に圧縮するための複雑な機構の射出成形機や精密な
金型加工を必要とせず、又、用いる難成形樹脂の可塑化
を助けるために有機溶媒を添加させることもないので、
これら有機溶媒を成形された後、難成形樹脂成形体から
揮散させるための新たな乾燥設備と煩わしい乾燥工程と
これに付帯して要する有機溶媒の回収設備等を全く必要
としないので、高い生産性で難成形樹脂成形体を製造し
得るものである。

【００３１】又、本発明の難成形樹脂成形体の製造方法
は、賦型金型内に充填される非反応性ガスを溶解させた
難成形樹脂圧力の最小値が１０ＭＰａ以上であるので、
粒子状で充填された溶融熱可塑化難成形樹脂が賦型金型
内で気泡の発生や空隙を形成することなく相互に融着し
合い、得られる難成形樹脂成形体は、層状破壊やブロッ
ク状破壊等の脆弱な組織となることなく、強固な中実組
織を形成した優れた物性を有する難成形樹脂成形体を製
造し得るものである。

【００３２】又、本発明の難成形樹脂成形体の製造方法
は、賦型金型内に充填を完了したときの非反応性ガスを
溶解させた難成形樹脂圧力が、難成形樹脂に溶解させた
非反応性ガスの量に相当する飽和溶解圧力よりも高い値
であるので、賦型金型内で気泡の発生がなく、得られる
難成形樹脂成形体は、層状破壊やブロック状破壊等の脆
弱な組織となることなく、強固な中実組織を形成した優
れた物性を有する難成形樹脂成形体を製造し得るもので
ある。

【００３３】本発明の難成形樹脂成形体の製造方法は、
叙上のように構成されているので、ポリテトラフルオロ
エチレンもしくは超高分子量ポリエチレン、特に、粘度
平均分子量が、２．０×１０⁶ ｇ／ｍｏｌ以上である超
高分子量ポリエチレンからなる難成形樹脂の射出成形法
として好適に用いられるものである。

【００３４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の難成形樹脂成形
体の製造方法を実施するための成形機の一例を示す概念
図である。成形機は、気体溶解装置１、熱可塑化装置
２、金型３及びこれら各装置の付属装置からなり、以下
に示すような手順で難成形樹脂成形体が製造される。先
ず、難成形樹脂は、気体溶解装置１のホッパー１１から
耐圧バルブａ、ｂ、ｃ及びｄによって減圧空間を形成し
得る耐圧ホッパー１２に間欠的に供給され、バルブａ、
ｂ及びｃが閉じられた後、バルブｄより図示されていな
い減圧装置によって耐圧ホッパー１２内を減圧した後、
バルブｂのみを開き、供給用ボンベ１３より供給される
非反応性ガスを、圧力調整バルブｅによって所定圧力に
調整して耐圧ホッパー１２に供給し、耐圧ホッパー１２
内を所定温度及び圧力に保持して難成形樹脂に非反応性
ガスを溶解させ、耐圧バルブｄを開いて熱可塑化装置２
に非反応性ガスを溶解した難成形樹脂を成形サイクルに
合わせて間欠的に供給しされる。

【００３５】次いで、非反応性ガスを溶解した難成形樹
脂は、熱可塑化装置２内で熱可塑化され、該装置の充填
部に貯溜された後、低温度に設定されている賦形金型３
内に難成形樹脂が粒子状になる速度で充填し、流動末端
の樹脂圧力が１０ＭＰａ以上となるまで難成形樹脂を圧
入し、金型３内の難成形樹脂を冷却して難成形樹脂成形
体が製造される。

【００３６】（実施例）超高分子量ポリエチレン（Hoec
hst 社製、商品名「Hostalen GUR4120」、平均分子量４
４０万）からなる難成形樹脂を、図１に示す射出成形機
を用いて、直径２２５ｍｍ、厚さ３ｍｍ成形体（図２）
を以下に示す条件で作製した。

【００３７】先ず、減圧された耐圧ホッパー１２内に、
超高分子量ポリエチレン及び５．０ＭＰａに調整された
炭酸ガスを導入し、温度６５℃で３時間保持して超高分
子量ポリエチレンに炭酸ガスを溶解させた。

【００３８】次いで、炭酸ガスを溶解させた超高分子量
ポリエチレンを１８０℃に加熱された熱可塑化装置２内
に導き熱可塑化し、計量部に一時貯溜された熱可塑化樹
脂を剪断速度１０³ 〜１０⁴ ｓｅｃ^-1で４０℃の金型に
粒子状に射出して充填し、キャビティ末端の圧力が１０
ＭＰａ（炭酸ガスの飽和圧力）になった時点で充填を停
止し、金型内の樹脂温度が７０℃になるまで冷却して脱
型した。

【００３９】得られた成形体の性能を評価するため、得
られた１０個の成形体を、屈折試験として図３の（イ）
の状態から図３の（ロ）の状態に真半分に偏平になるま
で折り曲げて成形体の折り目の断面の状態を観察した
が、いずれも内部に気泡は認められず、強固な中実組織
となっており、層状に剥離したり、ブロック状の割れを
惹き起こすこともなかったし、又、そのおそれもないも
のであった。

【００４０】（比較例１）実施例の炭酸ガスを溶解させ
た超高分子量ポリエチレンを金型へ充填するに際し、キ
ャビティ末端の圧力が１ＭＰａになった時点で充填を停
止したこと以外、実施例と同様にして成形体を作製し
た。得られた成形体の性能を、実施例と同様に評価した
が、１０個の成形体のいずれも、表層部と内層部が層状
剥離を起こしており、又、折り曲げ部分以外にも多数の
気泡の存在が認められ、強固な中実組織が形成されてい
なかったことが分かる。

【００４１】（比較例２）実施例の成形機の気体溶解装
置１を用いないで、超高分子量ポリエチレンを直接熱可
塑化装置２に導入したこと以外、実施例と同様にして成
形体を作製した。得られた成形体の性能を、実施例と同
様に評価したが、１０個の成形体のいずれも、表層部と
内層部が層状剥離を起こしており、折り曲げ部分以外に
は気泡の存在は認められなかったが、強固な中実組織が
形成されていなかったことが分かる。

【００４２】（比較例３）実施例の成形機の気体溶解装
置１を用いないで、超高分子量ポリエチレンを直接熱可
塑化装置２に導入したことと、可塑化樹脂を金型へ充填
するに際し、キャビティ末端の圧力が１ＭＰａになった
時点で充填を停止したこと以外、実施例と同様にして成
形体を作製した。得られた成形体の性能を、実施例と同
様に評価したが、１０個の成形体のいずれも、多数の粉
末状粒子が表面に付着しており、表層部と内層部が層状
剥離を起こしており、又、折り曲げ部分から完全に２つ
にブロック状の割れを惹き起こし、強固な中実組織が形
成されていなかったことが分かる。

【００４３】実施例及び比較例１〜３の難成形樹脂成形
体の製造方法の成形条件及び得られた成形体の性能を表
１にとりまとめて示した。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【発明の効果】本発明の難成形樹脂成形体の製造方法
は、叙上のように構成されているので、内部に気泡が認
められず、強固な中実組織となっており、層状に剥離し
たり、ブロック状の割れを惹き起こすことも、又、その
おそれもない優れた諸物性を保持した難成形樹脂成形体
を確実に製造し得るものでる。又、使用する製造手段
は、射出後圧縮工程を付加した複雑な構造の成形装置を
用いる必要もなく、又、溶融樹脂の流動性を向上するた
めに有機溶媒を用いる必要もなく、通常、汎用熱可塑性
樹脂の成形に用いられる成形装置を用いることができ、
上記のような気泡を含まない中実組織の任意形状の成形
体を生産性高く製造し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の難成形樹脂成形体の製造方法を実施す
るための成形機の一例を示す概念図である。

【図２】本発明の実施例で得られた難成形樹脂成形体
（評価用試験片）の形状をその寸法と共に示す平面図で
ある。

【図３】図２に示した評価用試験片を用いて実施した屈
折試験の説明図である。

【符号の説明】

１ 気体溶解装置 １１ ホッパー １２ 耐圧ホッパー １３ ガスボンベ（非反応性ガス） ａ、ｂ、ｃ、ｄ バルブ ｅ 圧力調整バルブ ２ 熱可塑化・充填装置 ３ 賦形金型 ４ 難成形樹脂成形体（評価用試験片）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性難成形樹脂に、常温、常圧で気
   体状態の非反応性ガスを溶解させて熱可塑化し、該熱可
   塑化難成形樹脂が粒子状になる速度で賦型金型内に充填
   することを特徴とする難成形樹脂成形体の製造方法。
2. 【請求項２】 賦型金型内に充填される非反応性ガスを
   溶解させた難成形樹脂圧力の最小値が１０ＭＰａ以上で
   ある請求項１記載の難成形樹脂成形体の製造方法。
3. 【請求項３】 賦型金型内に充填を完了したときの非反
   応性ガスを溶解させた難成形樹脂圧力が、難成形樹脂に
   溶解させた非反応性ガスの量に相当する飽和溶解圧力よ
   りも高い値である請求項１記載の難成形樹脂成形体の製
   造方法。
4. 【請求項４】 製造方法が射出成形法によるものである
   請求項１、２又は３記載の難成形樹脂成形体の製造方
   法。
5. 【請求項５】 射出成形法による難成形樹脂成形体の製
   造方法において、金型キャビティに難成形樹脂を充填し
   た後、金型キャビティの流動末端の樹脂圧力が１０ＭＰ
   ａ以上になるまで引き続いて難成形樹脂の充填を行う請
   求項４記載の難成形樹脂成形体の製造方法。
6. 【請求項６】 熱可塑性難成形樹脂がポリテトラフルオ
   ロエチレンもしくは超高分子量ポリエチレンである請求
   項１〜４又は５記載の難成形樹脂成形体の製造方法。
7. 【請求項７】 超高分子量ポリエチレン系樹脂の粘度平
   均分子量が、２．０×１０⁶ ｇ／ｍｏｌ以上である請求
   項６記載の難成形樹脂成形体の製造方法。