JPH0242650B2

JPH0242650B2 -

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Publication number: JPH0242650B2
Application number: JP27818388A
Authority: JP
Priority date: 1988-11-02
Filing date: 1988-11-02
Publication date: 1990-09-25
Also published as: JPH0248911A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は超高分子量ポリエチレンの成形型に
関する。

この明細書において、「超高分子量ポリエチレ
ン」なる用語は、分子量が粘度法で測定して約50
万以上、光散乱法で測定して200万以上を示すポ
リエチレンをいうこととする。

従来の技術超高分子量ポリエチレンは、一般のポリエチレ
ンや他のプラスチツクに比べて、耐磨耗性、耐衝
撃性、耐ストレスクラツキング性、耐寒性等の点
で優れており、さらに低摩擦係数、耐水性、無毒
性、消音特性等もよいことから、広範な用途が期
待されている。しかしこの種のポリエチレンは、
加熱溶融時の粘度が高いため、通常の押出成形法
や射出成形法に適合しにくく、丸棒や小型成形品
を除いて大型成形品は圧縮成形法で製造されてい
る。

最近、この種の合成樹脂の圧縮成形法として、
予成形品を製造する第１工程と、予成形品から板
状物製品を製造する第２工程とからなる２段圧縮
成形法が行われている。従来、２段圧縮成形法を
行なう圧縮成形機は、第３図に示す構造のもので
あつた。まず第１工程の圧縮成形機５１は、同図
イに示すように、加圧機構を備えた上側の雄型５
２および下側の雌型５３と、これらの間に設けら
れた複数の中間型５４とよりなり、中間型５４は
上部に雌型状の凹部５５を有し、かつ下部に雄型
状の凸部５６を有する。

この圧縮成形機５１において、雌型５３および
各凹部５５内に樹脂配合物粉末を所要量仕込む。
ついで雌型５３と雄型５２を加圧機構により上下
から約100Kg／cm²の圧力で常温にて５〜10分間加
圧保持し、予成形品を得る。ついで、この予成形
品を型から取出し、第２工程に移す。この場合予
成形品は崩壊しやすいので、十分に注意して取扱
う必要がある。第２工程の圧縮成形機６１は、第
３図ロに示すように、第１工程の圧縮成形機５１
と同型であるが、雌型６３および中間型６４の凹
部６５の各周壁部と、雄型６２および中間型６４
の凸部６６とに、それぞれ独立に、蒸気ないし冷
水を通す複数の熱媒通路６７，６８が設けられて
いて、適時加熱ないし冷却できるように構成され
ている。この圧縮成形機６１において、雌型６
３、雄型６２および中間型６４を予め200〜220℃
に加熱し、雌型６３および凹部６５に予成形品を
挿入し、圧力20〜50Kg／cm²で加熱下に加圧し、完
全に溶融させる。加圧時間は板圧20mmの場合１時
間程度である。ついで熱媒通路６８に冷却水を通
して表裏両面部を冷却して溶融物を固化し、板状
成形品を得る。このとき圧力を100Kg／cm²に上げ
る。また成形品の側部は表裏両面部より緩慢に冷
却する必要があるため、150℃に冷却された時に、
熱媒通路６７に蒸気を通して側部を加熱し、温度
が120℃になるまで降下速度を遅らせる。ついで
成形品を常温まで冷却し、圧力を100Kg／cm²に保
つ。また第３図ハは第２工程の成形機の変形を示
すもので、この場合加圧成形機７１はホツトプレ
ス機構になつており、加圧機構を備えた上下熱盤
７２，７３と、これらの間に設けられた複数の中
間熱盤７４と、各熱盤間に配された多数の金型７
５とよりなる。そして金型７５は上型７６と下型
７７と１対の側枠７８とよりなり、やはり加熱な
いし冷却できるように構成されている。成形条件
は前記の場合と同じである。この変形の場合、金
型の費用の点では経済的であるが、成形回数が増
すにつれて金型に反りを生じるため、金型の更新
時期を早める必要がある。また成形型は熱媒通路
等を備えているので、成形品の取出が困難であつ
た。

発明が解決しようとする問題点これら従来の２段圧縮成形法の場合、結晶性樹
脂が溶融後固化するに際し、主として結晶化に伴
つて極めて大きな体積変化を生じ、また伝熱性が
極めて低いため、成形物に所望の物理的性質をも
たせるには、第２工程の金型として、加熱および
冷却できるものが必要であり、また成形品の密度
を増すには200〜220℃といつた高温加熱と約100
Kg／cm²といつた高圧力に耐え得る耐久性に富んだ
複雑な機構の成形設備が必要となる。また第１工
程で得た予成形品は、崩壊しやすいため取扱いに
くく、第２工程で得た成形品を型から取出すもの
も容易ではない。

この発明は、上記のような諸問題をすべて解決
することを企図してなされたものである。

問題点を解決するための手段この発明による成形型は、後述する超高分子量
ポリエチレンの成形方法の第２工程において使用
されるものであつて、周囲に立上り状の止枠２７
を有する枠付き基板２２と、同基板２２上に配さ
れた底板２３と、該底板２３の周縁部上に配され
た成形厚規定用の囲枠２４と、該囲枠２４の上方
に配された予成形品押圧用の頂板２５とより、な
り、上記囲枠２４は、少なくとも内面部が断熱材
よりなる直線棒体２９，３０が底板２３の各辺部
上にそれぞれ独立に配されたものである。

はじめに、超高分子量ポリエチレンの成形方法
について説明する。

この成形方法は、超高分子量ポリエチレンまた
は充填材を含む超高分子量ポリエチレンよりなる
配合物粉末を、５Kg／cm²以上の圧力下に140℃以
上の温度で加圧加熱して、表面部分が焼結した予
成形品を得、ついでこれを加圧下に常温まで冷却
する第１工程と、予成形品を５Kg／cm²以上の圧力
下に、予成形品を可塑化せしめる温度で、加圧加
熱して所要厚の成形品を得、ついでこれを加圧下
に常温まで冷却する第２工程とよりなる超高分子
量ポリエチレンの成形方法である。

また第１工程の変法として、同配合物粉末を常
温下に180℃以上の温度で加熱して、表面部分が
焼結した予成形品を得ることもできる。

第１工程において、超高分子量ポリエチレンよ
りなる配合物は、ガラス繊維、炭素繊維、ガラス
ビーズ、グラフアイト、モリブデンパウバー、カ
ーボンブラツク等の無機系充填剤を含んでいても
よい。また同配合物には、必要に応じて通常の抗
酸化剤が含められている。

第１工程の加圧加熱法において、表面部分が焼
結した予成形品を得るには、圧力は５Kg／cm²以上
で、温度は140℃以上であることを要する。圧力
が５Kg／cm²未満では、予成形品の密度が低すぎて
伝熱性が乏しく予成形品が壊れるおそれがある。
ただし圧力を著く高圧たとえば100Kg／cm²に上げ
ても、特に優れた予形成品が得られるわけではな
い。設備費等を考慮すると、５〜50Kg／cm²が好適
である。また温度が140℃未満では、焼結が生じ
ない。ただし温度が高すぎると、樹脂の低分子化
をきたすので、140〜160℃が好ましい。加圧加熱
時間および冷却時間は、予成形品の厚さ、成形装
置の構造、圧力および温度により決定される。

こうして第１工程によつて、表面部分が焼結さ
れた予成形品が得られる。これはクラツクや割れ
のない崩壊しにくいものであつて、取扱い、運
搬、積重ね等が極めて容易である。

第１工程で用いる成形装置の代表例を第１図に
示す。

成形型１は、基板２と、基板２上に配された底
板３と、底板３の周囲に配された囲枠４と、囲枠
内上部に配された樹脂粉体押圧用の頂板５と、頂
板５上に配されたクツシヨン材６とよりなる。

基板２は周囲に立上り状枠７を有し、これによ
つて成形型から洩れた樹脂粉末が飛散しないよう
になつている。1000mm×2000mm×20mmの成形品の
場合、底板３および頂板５は、いずれも厚さ４mm
であつて、鏡面仕上げになつている。囲枠４の有
効面積は1000mm×2000mmであり、高さは60mmであ
り、囲枠４内に仕込まれた配合物粉末の嵩高さよ
り高い。頂板５およびクツシヨン材６は囲枠４の
内部にはまり込む大きさとなされている。クツシ
ヨン材６は厚板状であつて、ガラス繊維で強化さ
れた耐熱ゴムで構成され、厚さは18mmである。

このような構造の第１工程の予成形品の成形型
１は、多段式ホツトプレス機８で加熱加圧せられ
る。同プレス機８は加圧機構を備えた上下熱盤
９，１０と、これらの間に設けられた複数の中間
熱盤１１とよりなり、各熱盤９，１０，１１はそ
れぞれ水蒸気、冷水等の熱媒を通す複数の熱媒通
路１２を有していて、適時加熱ないし冷却できる
ように構成されている。

第１工程の変法すなわち常圧加熱は、通常、オ
ーブンで行なわれる。この場合温度が180℃以上
に限定されるのは、やはり表面部分が焼結しした
予成形品を得るためである。そして温度が高すぎ
ると、やはり樹脂の低分子化をきたすので、180
〜200℃が好ましい。加熱時間はやはり予成形品
の厚さ、成形装置の構造、圧力および温度により
決定される。加熱後の予成形品は、常温まで放冷
される。

第２工程において、圧力が５Kg／cm²以上に限定
される理由は、５Kg／cm²未満では、予成形品の密
度を上げて伝熱性をよくし内在する空気を追出し
て可塑状の予成形品を規定厚さに圧縮することが
できないからである。ただし圧力を著しく高圧た
とえば100Kg／cm²に上げても、特に優れた予成形
品が得られるわけではない。設備費等を考慮する
と５〜20Kg／cm²が好適である。温度は圧力との関
係で変化するが、特定圧力下に予成形品を可塑化
せしめる温度であり、通常160℃以上である。た
だし温度が高すぎると、樹脂の低分子化をきたす
ので、160〜220℃が好ましい。冷却時の圧力は、
樹脂の体積変化に追随するように、加熱時よりも
上昇され、通常10〜40Kg／cm²である。加圧加熱時
間および冷却時間は、やはり予成形品の厚さ、成
形装置の構造、圧力および温度により決定され
る。

こうして予成形品を加圧加熱することにより、
内在する空気が追出されて、所望の成形品が得ら
れる。

実施例つぎに、この発明の実施例として、第２工程で
用いる成形装置の代表例を第２図に示す。

成形型２１は、周囲に立上り状の止枠２７を有
する枠付き基板２２と、同基板２２上に配された
底板２３と、該底板２３の周縁部上に配された成
形厚規定用の囲枠２４と、該囲枠２４の上方に配
された予成形品押圧用の頂板２５とよりなる。

底板２３の下側および頂板２５の上側には、ガ
ラス繊維で強化された耐熱ゴムよりなる薄板状の
クツシヨン材２６，２８がそれぞれ配されてい
る。ただし、これらクツシヨン材２６，２８は必
ずしも必須なものではない。底板２３および頂板
２５にはいずれも厚さ４mmであつて、やはり鏡面
仕上げになつている。予成形品の面積が1000mm×
2000mmで成形品の厚さが20mmである場合、成形厚
規定用の囲枠２４の高さは20mmである。同囲枠２
４は互いに独立した１対の長直棒体２９と一対の
短直棒体３０とからなり、各直棒体は、横断面正
方形（20mm×20mm）のアルミニウム製本体３１
と、これの内面に装着された厚さ10mmの断熱層３
２とからなる。断熱層３２はガラス繊維で強化さ
れたエチレン・プロピレン・ターポリマー・ゴム
よりなる。断熱層３２の材質は、上記ゴムのほ
か、弗素ゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、ア
スベスト等であつてもよい。囲枠２４を構成する
４本の直棒体は、予成形品の各側面に接するとと
もに、止枠２７との間に５〜10mmの小間隙を有し
ていて、予成形品の加圧加熱に伴う外方膨出によ
つて、止枠２７まで移動してこれに止められるよ
うになつている。なお、各直棒体は予成形品との
間に所要の小間隙を有し、止枠２７の内面に接す
るように配されていてもよい。

このような構造の第２工程の合成樹旨板製品の
成形型２１は、やはり多段式ホツトプレス機８で
加熱加圧せられる。同プレス機８は加圧機構を備
えた上下熱盤９，１０と、これらの間に設けられ
た複数の中間熱盤１１とよりなり、各熱盤９，１
０，１１はそれぞれ水蒸気、冷水等の熱媒を示す
複数の熱媒通路１２を有していて、適時加熱ない
し冷却できるように構成されている。

使用例１第１図に示す成形装置において、1000mm×2000
mm×20mmの成形品を得る場合、有効面積1000mm×
2000mmれで高さ60mmの囲枠４内に、超高分子量ポ
リエチレン（ヘキスト社製商品名ホスタレン
GUR412）と市販の抗酸化剤0.1PHRとからなる
配合物を高さ47mmまで仕込んだ。仕込物を圧力10
Kg／cm²で温度160℃で30分間加圧加熱し、ついで
同圧力で30分間冷却した。こうして表面部分が焼
結した厚さ４mmの予成形品を得た。

ついで予成形品を成形型１から取出して、第２
図に示す成形装置に移し、圧力５Kg／cm²で温度
180℃で55分間加圧加熱した。この状態では成形
品は高さ20mmの囲枠２４から１〜２mm突出てい
た。ついで温度が150〜120℃に下がる間、圧力を
20Kg／cm²に徐々に上げた。この状態では成形品の
高さは囲枠２４と同じ高さになつた。ついで成形
品を圧力20Kg／cm²で常温まで冷却した。こうして
厚さ20mmの板状成形品を得た。この成形品を縦横
に切断して内部を調べたところ、気泡や巣が全く
認められず、全体に均一な成形がなされていた。
また表面にも陥没によるスポツト状のひけや反り
がなく、焼による着色も認められなかつた。

使用例２〜７ガラス繊維、炭素繊維、ガラスビーズ、グラフ
アイト、モリブデンパウダー、カーボンブラツク
を、樹脂に対してそれぞれ10重量％別々に添加し
た配合物を用いて、使用例１の操作を繰返した。

得られた成形品は、使用例１で得られたものと
ほぼ等しい物性を有していた。

発明の効果この発明は以上のとおり構成されているので、
つぎの効果が奏される。

(a) この発明による成形型は、周囲に立上り状の
止枠２７を有する枠付き基板２２と、同基板２
２上に配された底板２３と、該底板２３の周縁
部上に配された成形厚規定用の囲枠２４と、該
囲枠２４の上方に配された予成形品押圧用の頂
板２５とよりなるものであるので、コンパクト
化が可能であり、したがつて多段式ホツトプレ
ス機の使用により成形品の生産性の向上を異す
ことができる。

(b) この発明による成形型は、熱媒通路等を有し
ない割型であるので、金型コストの点で有利で
あり、また型からの成形品の取出しも容易にな
し得る。

(c) さらに成形型の囲枠２４は少なくとも内面部
が断熱材よりなる直棒体２９，３０が底板２３
の各辺部上にそれぞれ独立に配されたものであ
るので、これによつて加熱後の成形品の周縁部
を保温することができる。そのため別個の周縁
部保温用の加熱装置を設ける必要がなく、この
点でみ設備費の低減が果せる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１工程で使用した成形
装置の要部を示す平面図、第２図イ，ロは同図第
２工程で用いる代表的な成形装置の代表例を示す
垂直断面図、同図ハは同図ハは同図イ上のＢ−Ｂ
線に沿う矢視図、第３図イ，ロ，ハは従来の成形
装置を示す縦断面図である。２２……基板、２３……底板、２４……囲枠、
２５……頂板、２７……止枠、２９，３０……直
棒体、３２……断熱層。

Claims

【特許請求の範囲】

１周囲に立上り状の止枠２７を有する枠付き基
板２２と、同基板２２上に配された底板２３と、
該底板２３の周縁部上に配された成形厚規定用の
囲枠２４と、該囲枠２４の上方に配された予成形
品押圧用の頂板２５とよりなり、上記囲枠２４
は、少なくとも内面部が断熱材よりなる直線棒体
２９，３０が底板２３の各辺部上にそれぞれ独立
に配されたものである、超高分子量ポリエチレン
の成形型。