JPH0358902B2 - - Google Patents

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JPH0358902B2
JPH0358902B2 JP58095424A JP9542483A JPH0358902B2 JP H0358902 B2 JPH0358902 B2 JP H0358902B2 JP 58095424 A JP58095424 A JP 58095424A JP 9542483 A JP9542483 A JP 9542483A JP H0358902 B2 JPH0358902 B2 JP H0358902B2
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JP
Japan
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sheet
molecular weight
ultra
weight polyethylene
high molecular
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JP58095424A
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JPS59220329A (ja
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Akira Kaido
Kazuo Nakayama
Hisaaki Kanetsuna
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C55/00Shaping by stretching, e.g. drawing through a die; Apparatus therefor
    • B29C55/02Shaping by stretching, e.g. drawing through a die; Apparatus therefor of plates or sheets
    • B29C55/18Shaping by stretching, e.g. drawing through a die; Apparatus therefor of plates or sheets by squeezing between surfaces, e.g. rollers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2023/00Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2023/04Polymers of ethylene
    • B29K2023/06PE, i.e. polyethylene
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping By String And By Release Of Stress In Plastics And The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、引抜き成形法により、高弾性率、高
引張強度を有する配向度の高い超高分子量ポリエ
チレンシートを製造する方法に関するものであ
る。
粘度平均分子量70万以上の超高分子量ポリエチ
レンは、粘度平均分子量30万以下の通常の高密度
ポリエチレンに比べて、異なつた物性を示し、例
えば衝撃強度、耐摩耗性、耐薬品性自己潤滑性が
優れ、また吸水性が少ないなどの特徴を有してい
るので、これらの特徴を利用して各種工業部品に
広く用いられている。
しかしながら、この超高分子量ポリエチレン
は、メルトインデツクスが0.01以下(荷重2.16
Kg)と小さいため、加工自由度が小さく、また固
体状態において延伸や圧延のような塑性変形を受
けにくい。このため、融点以上の温度でロール圧
延しながら張力をかけて引き取る方法(特公昭59
−215826)が提案されている。しかし、圧延加工
では大きな変形比が得られないため、高い弾性率
は期待できない。また、引張延伸により、厚いシ
ートを変形させると延伸むらを生じる上にボイド
を生じ、均一な延伸シートを得ることは困難であ
る。また、引張延伸により厚いシートを変形させ
ると延伸むらを生じる上にボイドを生じ、均一な
延伸シートを得ることは困難である。
本発明者らは、このように事情に鑑み、超高分
子量ポリエチレンの厚いシートを均一に大変形さ
せることにより、その特性をそこなうことなく、
しかも精度よく成形しうる方法を開発するため
に、種々研究を重ねた結果、この超高分子量ポリ
エチレンシートを加熱して、溶融状態にもたらし
た場合、シートの形状を保つたままゴム弾性状態
となり融解状態でも有効な変形が可能なこと、融
解したシートを所定の条件下加熱した固定曲面か
らで引き抜くと配向結晶化し、優れた物性を示す
ものとなることを見出し、この知見に基づいて本
発明をなすに至つた。
すなわち、本発明は、粘度平均分子量100万以
上の超高分子量ポリエチレンシートを加熱して溶
融状態としたのち、135〜140℃の温度に維持した
一対の固定曲面の間を通して一段で延伸比10倍以
上になるように引き抜き、配向結晶化させること
を特徴とする超高分子量ポリエチレンシートの製
造方法を提供するものである。
本発明方法で用いる超高分子量ポリエチレン
は、粘度平均分子量100万以上のものであるが、
これはそのシートを溶融状態とし特定の条件下で
引き抜けば、その際の延伸比の増加とともに弾性
率や引張強度が増大するという特性を示す。しか
し、通常の高密度ポリエチレンはこのような性質
を示さない。
本発明方法においては、前記した超高分子量ポ
リエチレンをシート状に成形し、150℃以下の温
度で、シート状を保つたまま加熱溶融する。通
常、135℃未満の温度では溶融状態にならないの
で、好ましい温度は135〜150℃の範囲である。次
に、このようにして溶融状態としたシートを、
135〜140℃の温度に維持した一対の固定曲面を通
して引き抜くが、この場合、固定曲面間の間隙
を、通過前後におけるシートの延伸比が10倍以上
になるように調整する必要がある。ここにいう延
伸比とは、引き抜いた後のシートの長さと引き抜
く前のシートの長さとの比を意味する。
また、引抜き速度としては50mm/分以下が好ま
しい。一般の圧延の場合とは異なり、固定曲面の
駆動動力は必要とせず、引き抜きの際、固定曲面
は必ずしも回転する必要はない。
次に添附図面によつて、本発明方法を説明す
る。第1図は、固定曲面としてローラーを用いた
場合の本発明の実施態様を示す断面図であつて、
予熱部1において溶融した素材シート2を所定の
温度に加熱した一対のローラー3,3の間から張
力を加えて引き抜き、ローラー間及びその後の空
間部4において配向結晶化させることにより、目
的のシーノを製造する。このローラー3,3の間
隔は調節可能であり、種々の厚さの引抜きシート
を得ることができる。各ローラーの温度は、示差
走査熱量測定融解ピークよりやや高い温度すなわ
ち135〜140℃に設定する。このローラーの温度が
これよりも低いと十分な延伸比を得ることが困難
になるし、これよりも高すぎるとステイクスリツ
プ現象を生じるので不適当である。また、引抜き
速度が速すぎると、シートがローラー間において
破断するおそれがあるので、引抜き速度は50mm/
分以下にするのが好ましい。ローラーの間隔は、
所定の延伸比を得るために素材シートの厚さの1/
3〜1/12程度にするのが好ましく、それよりも狭
いとシートの破断をもたらすし、それより広いと
ステイツクスリツプ現象を生じる。
本発明方法は、比較的厚い素材シートに対して
も適用可能であり、しかも高弾性率、高強度のシ
ートが得られる点で、固定状態での圧延や延伸に
比べ優れたものということができる。例えば粘度
平均分子量190万の超高分子量ポリエチレンの厚
さ1mmのシートを素材とした場合、延伸比10倍以
上に引き抜くことができ、これにより5〜8GPa
の弾性率をもつ超高分子量ポリエチレンシートが
得られる。
これに対し、超高分子量ポリエチレンシートを
延伸すると、弾性率5.5GPa程度のシートを得る
ことができるが、これを厚いシートに適用すると
均一な延伸シートを得ることができないし、また
超高分子量ポリエチレンを圧延した場合には、大
きな変化比が得られない。また、融点以上におい
て、ロールで圧延しながら張力をかけて引き取つ
ても、圧延倍率7倍程度のシートが得られるにす
ぎない。
ところで、本発明方法は素材シートとして粘度
平均分子量100万以上の超高分子量ポリエチレン
を適用して、はじめて厚さの均一な優れた物性の
引抜きシートを得ることができるのであつて、粘
度平均分子量100万未満の超高分子量ポリエチレ
ンに適用した場合は、このような引抜きシートを
得ることができない。これは粘度平均分子量100
万未満のものは、100万以上のものに比べて溶融
粘度がそれほど高くなく、均一な厚さのシートが
得られないためと考えられる。
本発明方法を、シートの溶融押出成形と組み合
わせて実施すれば、連続的に高強度、高弾性率の
シートを得ることができるので、工業的な超高分
子量ポリエチレンシートの製法として好適であ
る。さらに、圧延の場合と異なり、本発明方法は
ローラーを駆動するための機構及び動力を必要と
せず、加熱が可能な固定曲面とシートを引き抜く
ための機構のみで実施できるため、極めて簡便な
方法である。
実施例 外径50mm、巾70mmの一対のステンレス鋼製ロー
ラーを用い、粘度平均分子量190万の超高分子量
ポリエチレン(三井石油化学製、登録商標名「ハ
イゼツクスミリオン240M」)の引抜き成形を行つ
た。すなわち、厚さ1mm、巾30mmの素材シート
を、150℃に加熱して溶融状態とし、それぞれ、
100℃、135℃又は140℃に加熱した一対のローラ
ーの間を通して、50mm/分の引抜き速度で引き抜
いた。このときのローラー間隔(tr)と素材シー
トの厚さ(to)との引(tr/to)と、引抜きシー
トの厚さ(t)、引抜き応力(引抜き張力/素材
シートの断面積)、延伸比との関係を第2図にグ
ラフとして示す。
図中の記号△はローラー温度100℃、○は135
℃、□は140℃のものを意味する。
この図から明らかなように、ローラー温度を
140℃に設定したとき、tr/toが0.1〜0.4の範囲に
おいて11〜16の延伸比が得られる。また、135℃
の場合は、tr/to≧0.2において延伸比は、ほぼ
一定であるが(6.2〜7.2)、tr/toが0.1以下に減
少すると延伸比が増加する。140℃及び135℃にお
いては、tr/to≧0.15の範囲においてt/to<
tr/toとなり、ローラー通過後もシートが延伸さ
れているものと考えられる。しかしながら、ロー
ラー温度が100℃の場合は、t/to>tr/toとな
り、ローラー通過後の厚さの戻り、すわなちスプ
リングバツクが起つて延伸比は小さくなつてい
る。また、引抜き応力もローラー温度が低いほど
大きくなる傾向が認められる。
次に第3図は引抜きシートの延伸比との各種物
性との関係を示したグラフであるが、これから明
らかなように延伸比の増大とともに伸度は減少
し、引張強度と弾性率は増加する。ローラー温度
が140℃と135℃の場合、延伸比10倍以上に引き抜
いたシートの引張強度は0.27〜0.34GPa、弾性率
は5〜8GPaの達した。これに対し、ローラー温
度が100℃の場合の弾性率は1GPa以下であり、引
張強度も低い。
比較例 1 粘度平均分子量190万の超高分子量ポリエチレ
ン(三井石油化学製、登録商標名「ハイゼツクス
ミリオン240M」)の圧延加工を行つた、すなわ
ち、厚さ1mmの素材シートを150℃に加熱して溶
融状態とし、140℃に加熱したローラーの間で引
き取りながら圧延し、圧延倍率7.4倍に変形した。
得られたシートの弾性率と引張強度は、それぞれ
1.0GPaと0.25GPaであり、本発明方法により10
倍以上に引き抜いたシートに比べ、弾性率は低い
値に留つた。
比較例 2 粘度平均分子量70万の超高分子量ポリエチレン
(三井石油化学製、登録商標名「ハイゼツクスミ
リオン145M」)を用い、ローラー温度130℃又は
135℃において、実施例と同様にして引き抜いた
ところ、均一な厚さのシートを得ることはできな
かつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の実施態様の1例を示す断
面図、第2図は本発明方法において、固定曲面と
してローラーを用いた場合のローラー間隔と引抜
きシートの厚さ、引抜き応力及び延伸比との関係
を示すグラフ、第3図は本発明方法により得られ
るシートの延伸比と各種物性との関係を示すグラ
フである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 粘度平均分子量100万以上の超高分子量ポリ
    エチレンシートを加熱して溶融状態としたのち、
    135〜140℃の温度に維持した一対の固定曲面の間
    を通して延伸比10倍以上になるように引き抜き、
    配向結晶化させることを特徴とする超高分子量ポ
    リエチレンシートの製造方法。
JP9542483A 1983-05-30 1983-05-30 超高分子量ポリエチレンシ−トの製造方法 Granted JPS59220329A (ja)

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JPS59220329A JPS59220329A (ja) 1984-12-11
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