JPH0659680B2 - 固相変形方法 - Google Patents

固相変形方法

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JPH0659680B2
JPH0659680B2 JP60079144A JP7914485A JPH0659680B2 JP H0659680 B2 JPH0659680 B2 JP H0659680B2 JP 60079144 A JP60079144 A JP 60079144A JP 7914485 A JP7914485 A JP 7914485A JP H0659680 B2 JPH0659680 B2 JP H0659680B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は固相変形方法、特に配向性、半結晶性、熱可塑
性プラスチック材料の固相変形法、およびこれによって
得られた改良重合材料に関する。
従来技術 この20年間、非常に多くの研究によって、配向による
可撓性ポリマーの機械的性質の改良が行なわれた。可撓
性ポリマー類、特に直鎖ポリエチレンの分子鎖の所望の
高配向は、鎖状屈曲微結晶(chain folded crystallite
s)の形成を延伸流れ体制において溶液から沈澱させる等
で防止するか、あるいはあらかじめ形成した鎖状屈曲の
形態を延伸分子鎖を含むものに、例えば機械的な変形
(例えば英国特許第1480479号明細書および同第
2060469B号明細書参照)で、変えることにより
得てもよい。
後の方法は、特にフィラメント紡糸および延伸の場合
に、現行の工業的実施を比較的小さな変更のみで行ない
得ると云う実質的な利点がある。しかしながら実質的な
横断面を有する重合体の加工素材(stock)については、
大きな変形比のために工程上、大きなスペースを必らず
必要とすると云う不利益がある。
発明が解決しようとする問題点 本発明は所定の変形比で従来入手し得たよりもより高い
効果的な変形比が得られる固相変形方法を提供すること
を目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は配向可能な熱可塑性ポリマーを含む加工物を入
口側と出口側を有するダイを固相状態で通過せしめるこ
とにより変形させる方法において、(i)変形前の該加工
物を溶融させないで加圧アニール処理に付すことによっ
て、最初に存在する該熱可塑性ポリマーを、ダイの入口
側において延伸鎖結晶形態とした後、(ii)加工物を少な
くとも90℃に保持した固相状態でダイを通過させ、(i
ii)ダイの出口側から変形した加工物を回収することを
特徴とする加工物の変形方法を提供する。
この方法によって、加工物のバルク横断面積(bulk cro
ss−sectional area)を減少させるのが好ましい。バル
ク横断面積とは縦方向に対して垂直な加工物のバルク面
積を意味している。ダイは好ましくは径違いダイであ
る。
ポリマー鎖の全てが延伸鎖結晶形態で存在し得るのでは
ないが、本発明方法は直鎖のポリエチレンとフッ素化ビ
ニルポリマー類に適用可能であり、例えばポリビニリデ
ンフルオリドとポリテトラフルオロエチレンがあり、後
者は標準温度および圧力で延伸鎖結晶形態で存在する。
商業的観点から本発明方法は直鎖ポリエチレンに関し特
に重要であり、該ポリエチレンは好ましくは50,00
0から3,000,000、特に100,000〜1,
500,000の重量平均分子量(w)を有するもので
ある。他の固相変形方法に比べて本発明方法は高いw
を有するポリマー、例えば、750,000以上のw
を有する直鎖ポリエチレンの使用により、容易になる。
本発明方法をポリビニリデンフルオリドに関して用いる
ときは、ポリマーは200,000から800,000
のw 、好ましくは250,000〜400,000の
wを有するのが望ましい。
本明細書において用いる加工物の語はバー、ストリッ
プ、ロッド、チューブおよびその他の横断面を有する中
実または中空の加工素材等を云う。この語はビレットお
よび他の形状のより長い加工素材を含む。即ち、本発明
を実施するに際して形成してもよい連続加工素材を用い
てもよい。
有用な繊維状フィラーの例はガラス、アスベスト、金
属、炭素およびセラミックホイスカー、例えばシリコン
カーバイドから形成されるものを含む。有用な層状フィ
ラーの例はマイカ、タルクおよびグラファイトフレーク
を含む。チョークおよびフライアッシュも包含される。
効果的なフィラーの量はフィラーの性質によるが、50
重量%まで、好ましくは30重量%まで、特に20重量
%まで使用してもよい。
ポリマーの大半が本発明変形法を実施する前に延伸鎖結
晶形態にあるのが好ましい。
本発明の好ましい態様によれば、加工物は固相状態で径
違いダイを通して静水圧的に押し出すことによって変形
させる。我々の英国特許第1480479号明細書に記
載されているごとき、延伸補助静水圧押出(draw−assi
sted hydrostatic extrusion)を都合よく利用してもよ
い。押出を生じさせる正味の静水圧(即ち、後述するご
とく実質的な標準圧である必要のない、適用した押出物
の圧と適用押出圧間の差)は、所定の押出温度において
押出物の圧力を増加するにつれて増加し、所定の押出物
の圧力において温度を上昇させるにつれて減少する。
0.2〜3.0 kbar、好ましくは0.5〜2.0 kba
r、例えば、1 kbarが適当である。
静水圧なしに径違いダイを介して加工物を延伸し変形す
ることも可能である。
径違いダイの温度はポリマーのTg より高く、周囲圧で
のポリマーの融点より低いのが好ましく、この条件で変
形が行なわれる。変形温度が増加するにつれて(および
高い周囲圧が採用されるところでは高い値に増加しても
よく、ポリマーの融点は適用圧力の各1 kbar当り約2
0℃に上昇すると理解されている)、200℃以上の工
程管理は益々困難となる。従って、直鎖ポリエチレンの
場合は押出しは大気圧下、90〜120℃の温度で行な
うのが好ましい。このポリマーはまたヨーロッパ特許出
願第84274号明細書に記載するごとく誘電的に加熱
してもよい。
50までの公称変形比(R)、例えば20がは直鎖ポ
リエチレンについて得られているが、より有効な変形を
達成することが本発明方法の特徴である。即ち、物理的
性質の増強は本発明方法による低い変形比で達成しても
よい。従ってRは好適には4〜12、好ましくは5〜
10、例えば8である。
本発明はまた、ここに記載するごとく、ポリマーが延伸
鎖結晶形態で結晶化する温度および圧力で加工物を処理
することにより、上記形態をまずポリマーに付与する方
法を提供する。このことは好ましくは別々に達成しても
よく、あるいは後述するごとく、変形直前に押出装置中
で達成してもよく、装置は275℃で5 kbarの圧力に
耐え得るべきであることがわかる。延伸鎖結晶形態は
3.5 kbar以上の圧力(但し、通常4.8 kbarを越え
る必要はない)および207℃(ポリビニリデンフルオ
リドの場合)および220℃(直鎖ポリエチレンの場
合)以上の温度でポリマーに付与されることがわかっ
た。
延伸鎖結晶形態の存在は融点上昇(DSC)と密度上昇
によって示される。直鎖ポリエチレンの場合はそれぞれ
>140℃および>0.98gcm-3である。
本発明はまた本発明方法によって調製される配向した、
半結晶質の熱可塑性ポリマーを提供する。本発明はさら
に20より大きくない変形比、例えば12に変形され
た、軸方向モジュラスが少なくとも10GPa、例えば
少なくとも15GPaである配向した直鎖ポリエチレン
を提供する。
さらに本発明は、本発明方法によって調製された配向ポ
リマーを含む水硬性または有機熱硬化性マスを提供す
る。
本発明を実施例および添付図面にもとづいて更に説明す
る。
第1図は本発明方法に用いるアニールと押出し用の装置
の軸方向断面を表わす。
図中、装置は一般に直径20mm、有効長170mmの、軸
方向に直結状に配置したチャンバー(2)を含むシリンダ
ー状静水圧押出容器(1)を含み、このチャンバーは上端
部で内部滑動型ピストン(3)により液密に封止されてお
り、該ピストンは万能材料試験機のロードセル(図示せ
ず)に外部連結されている。チャンバーの下端部は2個
の軸対称の内部ショルダー(4)および(5)が形成されて
おり、このショルダーにはそれぞれ、ねじ山が設けら
れ、加工物(7)を配置したねじ山を有する円錐状の径違
いダイ(6)と上端部にねじ山を有する押出物容器(8)と
螺合し、該押出物容器は、これによって径違いダイを所
定位置に効果的に留め、また直径8mmおよび有効長22
0mmの軸に整合した押出物チャンバー(9)を有してい
る。押出物容器の下端部には内部ショルダー(10)が形
成されており、該ショルダーはねじ山を有し、ねじ山を
有する端部閉止材(11)と螺合している。押出容器(1)
および押出物容器(8)はそれぞれ第1ポート(12)およ
び第2ポート(13)を有し、これらのポートは圧力可変
システム(図示せず)と連結する。該押出容器および押
出物容器はそれらの外周にそれぞれバンドヒーター(1
5)および(14)を備え、操作温度(toolig temperatur
e)を2℃以内に維持可能にする。
装置の使用法を以下の実施例に記載し、本発明を説明す
る。
実施例 ビレットの調製及びその加圧アニール: 高密度ポリエチレ(リジデックス 006/60:ビーピー・
ケミカル・リミテッド製;w =135,000、n
=25,500、「RIGIDEX」は登録商標であ
る)をビレット・モールド中に溶融押出し、均衡圧縮し
ながら徐々に冷却した。かくして密度約0.97gcm-3
を有する多数のシリンダー状ビレットを製造した。各ビ
レットの先端(nose)を添付図面に示すごとく径違いダイ
と正確に嵌合するよう機械処理する。穴直径2.5、
3.1および5.0mmを有する種類の径違いダイを用い
た。いずれも円錐半角は15゜である。
各ビレットを順次、径違いダイ中の所定位置に押込み、
装置を添付図面に示すごとく組み立て、チャンバーをシ
リコーン油(DC550、ダウ・コーニング社)で満た
し滲ませた。水圧ポンプを用いて、両容器の油圧を周囲
温度において平均3 kbar、即ち、押出しなしにビレッ
トを所定位置に保持するに十分な、押出容器中に維持さ
れている圧力より僅かに高い圧力に上げた。その後、バ
ンドヒータで加熱すると、熱によりシリコーン油の膨張
とさらに圧力の増加をきたしめ、200℃の温度におい
て圧力は4.5 kbarとなった。ピストンを停止するか
(本方法のこの段階では静的シールとして作用すること
がピストンの主たる目的であるが)、あるいはポートを
通してシリコーン油の一部を放出することによって、平
衡温度が240℃に達するまで、圧力を約4.5 kbar
に維持しながら加熱を継続する。この温度と圧力におい
てビレットを1時間アニールする。アニールの停止まで
の全工程は約3〜4時間を要する。バンドヒーターの加
熱を止め、圧力を4.5 kbarに維持しながら押出容器
を約160℃に冷却する。その後、温度と圧力の両方を
徐々に落し、温度が100℃になったとき、残りの過剰
圧力をポートを開放して放出した。
加圧アニールビレットの静水圧押出: バンドヒーターで再加熱し、シリコーン油を平均100
℃に上げた。次いでロードをピストンにかけ、これを定
速で押出容器中に押し込んだ。加工物(またはビレッ
ト)を毎分20mmまでの押出速度、例えば毎分5mmでダ
イを通して押出した。
他の調製ビレットで行なった実験では押出容器および押
出物容器の両方に圧力をかけて、高い周囲圧を与え、ポ
ート(13)を抜くことにより押出物容器中の押出背圧を
押出中一定に維持する。押出の終了に際して、各ケース
につき、温度を、過剰圧を開放し、生成物を抜き取る前
に100℃以下に下げる。
押出し生成物の軸方向モジュラスを荷重に与えた後10
秒の応答で、歪率>0.1%での3点曲げ法により測定
した。結果を表−1に示す。
発明の効果 上記結果から明らかなごとく、加工物の押出前に達成さ
れる加圧アニールは、達成されるべきより効果的な変形
を可能にする。即ち、所定の変形比に対する軸方向モジ
ュラスの著るしい増加が達成される。またアニール後の
実質的な圧力の附与は比肩し得る効果をもたらさないこ
とも明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法に用いるアニールと押出用の装置の
軸方向断面を表す。 (1) ……シリンダー状静水圧押出容器 (2) ……チャンバー、(3) ……内部滑動型ピストン (6) ……径違いダイ、(7) ……加工物 (8) ……押出物容器、(9) ……押出物チャンバー (11)……端部閉止材、(12)(13)……ポート (14)(15)……バンドヒーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブライアン・パースンズ イギリス国イングランド、ケント テイ ー・エヌ・13 3・ジエイ・ピー、セブン オークス、メール・ウツド、ラストリング ス(番地の表示なし) (72)発明者 ジヤフアール・ビン・サーリ マレーシア国セランゴール、ケラン、バト ウー・ベラー、ケー・ジー、ケデイア・マ レイユ(番地の表示なし) (56)参考文献 特公 昭57−15535(JP,B1)

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配向可能な熱可塑性ポリマーを含む加工物
    を入口側と出口側を有するダイを固相状態で通過せしめ
    ることにより変形させる方法において、(i)変形前の該
    加工物を溶融させないで加圧アニール処理に付すことに
    よって、最初に存在する該熱可塑性ポリマーを、ダイの
    入口側において延伸鎖結晶形態とした後、(ii)加工物を
    少なくとも90℃に保持した固相状態でダイを通過さ
    せ、(iii)ダイの出口側から変形した加工物を回収する
    ことを特徴とする加工物の変形方法。
  2. 【請求項2】ダイを通過する加工物の変形比が少なくと
    も10である第1項記載の方法。
  3. 【請求項3】ポリマーが重量平均分子量(w)100,
    000〜3,000,000の直鎖ポリエチレンである
    第1項または第2項記載の方法。
  4. 【請求項4】w が100,000から1,500,0
    00である第3項記載の方法。
  5. 【請求項5】加工物がバー、ストリップ、ロッドまたは
    チューブである第1項から第4項いずれかに記載の方
    法。
  6. 【請求項6】ポリマーが充填されている第1項から第5
    項いずれかに記載の方法。
  7. 【請求項7】加工物が径違いダイを通して静水圧的に押
    出される第1項から第6項いずれかに記載の方法。
  8. 【請求項8】静水圧押出が延伸補助静水圧押出である第
    7項記載の方法。
  9. 【請求項9】加工物を静水圧なしに径違いダイを通して
    延伸する第1項から第6項いずれかに記載の方法。
  10. 【請求項10】径違いダイの温度がポリマーのTg 以上
    であるが、変形が行なわれる周囲圧力においてポリマー
    の融点以下である第7項、第8項または第9項記載の方
    法。
  11. 【請求項11】押出を行なう周囲圧力が大気圧である第
    1項から第10項いずれかに記載の方法。
  12. 【請求項12】ポリマーが直鎖ポリエチレンであり、加
    工物を固相状態に保持しながら220℃以上の温度に加
    熱する第1項から第11項いずれかに記載の方法。
  13. 【請求項13】加工物を少なくとも3.5kbar の圧力
    で処理する第1項から第12項いずれかに記載の方法。
JP60079144A 1984-04-13 1985-04-12 固相変形方法 Expired - Lifetime JPH0659680B2 (ja)

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GB8409656 1984-04-13
GB8409656 1984-04-13

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JPS60236718A JPS60236718A (ja) 1985-11-25
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US (1) US4938913A (ja)
EP (1) EP0161802B1 (ja)
JP (1) JPH0659680B2 (ja)
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DE (1) DE3578399D1 (ja)
GB (1) GB2157298B (ja)

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