JPS5953847B2 - 口径の大きい四フツ化エチレン樹脂管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は口径の大きい四フッ化エチレン樹脂管の新規な
製造方法に関する。

四フッ化エチレン樹脂（以下、ＴＦＥ樹脂という）は、
融点以上で溶融流動しないため、いわゆる粉末冶金法に
よつて成形される。

すなわち、ＴＦＦ樹脂の成形はあらかじめ常温で予備成
形により賦形しておき、これを融点以上に加熱して焼成
することによつて行なわれる。予備成形の方法や条件は
、加圧下であつたり無加圧であつたり、各成形物の形態
に応じて多少異なるが、前述の基Ｊ本的な成形原理は、
大型ブロックのばあいでも、フィルムの成形のばあいで
も、また基材へＴＦＥ樹脂を被覆するばあいでも、まつ
たく変らない。ＴＦＥ樹脂の成形には、その形態に応じ
て各種の方法が採用されるが、基本的には前記の成形原
・理にしたがわざるをえないため、成形物の形態によつ
ては、それをうるために非常な困難や手数を要するばあ
いがある。困難な形態の成形物のーー例は、均質な大口
径の管の製造である。ポリエチレンなどのように溶融流
動性のある樹フ脂であれば、たとえばブロー成形によつ
て、きわめて容易に連続工程により大口径管をつくるこ
とができるが、ＴＦＥ樹脂のばあい、そのような成形法
を適用するときは、一旦焼成したパイプ状の成形物をつ
くり、これをブロー成形にかけて管径ｑを大きくするよ
うな複雑な方法をとる必要がある。

しかもこのようなブロー成形によつて製造した管は熱収
縮チューブとしての特殊用途に使用されるものである。
このような大口径管をＴＦＥ樹脂からつくる従ク来の方
法のなかでもつとも適しているのは、ＴＦＥ樹脂ファイ
ンパウダーのペースト押出法による製造法である。

ファインパウダーとは乳化重合によつてえられるＴＦＥ
樹脂水性分散体を凝析してえた微粉末で、有機溶剤を良
く吸収し容易に５ペースト状となる性質を有するもので
あり、前記方法はこのファインパウダーに炭化水素系の
潤滑剤を混合してペースト状にし、それをダイの断面積
より大きい断面積のシリンダーに仕込んで絞り押出しし
、潤滑剤を乾燥除去したのち焼成するものであるが、こ
の方法で安定して製造できる管の口径は限られてくる。
すなわちフアインパウダ一のペースト押出法によるばあ
いは、成形されるべき管の肉厚を均一にするために金型
の精度をいちじるしく高くしなければならず、たとえば
口径１００ｃ！ｎ程度のものまでなら製造できると考え
られるが、このような大口径のものになると、シリンダ
ーおよびダイが大型化して実施がきわめて難かしくなり
、たとえ実施できても均一な肉厚のものがなかなかｊら
れないのである。さらにＴＦＥ樹脂のモールデイングパ
ウダ一を用い、バツクモールド法によつて大きな口径の
管をつくる方法も知られているが、この成形方法も特殊
な手数とを必要とすることや均一な厚さの管がえられに
くいなどの問題を有している。本発明者らは、口径の大
きいＴＦＥ樹脂管を容易に製造しうる方法を開発すべく
種々研究を重ねた結果、ＴＦＥ樹脂水性分散体を軸の周
りに管体内で遠心沈降させ、ついで上澄の水性媒体を除
去し、同じ管体内で該管体を回転させつつ管体内へ熱風
を送入することにより沈降物内の水性媒体を除去して該
沈降物を乾燥させたのち、同じ管体内で該管体を回転さ
せつつ管体内へ熱風を送入することにより該沈降物を焼
成するときは、口径の大きいＴＦＥ樹脂管が容易にえら
れると共に、えられたＴＦＥ樹脂管の性能がすぐれてい
ることを見出し、本発明を完成するにいたつた。

本発明においてＴＦＥ樹脂とは、四フツ化エチレン（Ｔ
ＦＥ）の単独重合体、およびＴＦＥと少量の共重合性単
量体、たとえばクロロトリフルオロエチレン、ヘキサフ
ルオロプロピレン、フツ化ビニル、フツ化ビニリデン、
エチレン、プロピレンなどとを共重合させたものをいい
、これら共重合体中のＴＦＥ以外の単量体の共重合比は
５％（重量％、以下同様）以下、とくに２％以下である
。

本発明においてＴＦＥ樹脂の水性分散体とは、ＴＦＥ樹
脂を水性媒体中に乳化剤の作用により分散させたものを
いう。かかるＴＦＥ樹脂の水性分散体としては、ＴＦＥ
の乳化重合でえられるＴＦＥ樹脂の水性分散体を用いる
ことが通常であつて、その中に分散しているＴＦＥ樹脂
は平均粒径０．１〜０．４μ程度の亜コロイド状微粒子
である。その樹脂濃度は、重合で直接えられるものは２
０〜３０％程度であるが、これを約６０〜７０％まで濃
縮したものも使用することができる。ＴＦＥ樹脂の分散
のために使用される分散剤としては、パーフルオロアル
キル基を有するフツ素系界面活性剤や非イオン系界面活
性剤などがあげられる。なお、この水性分散体に固形物
質の充填剤を混合したものも使用できるが、ＴＦＥ樹脂
との密度差の大きい充填剤は、遠心力による沈降の際Ｉ
ＴＦＥ樹脂に比し沈降速度が相違するため、本発明にお
いては沈降物が不均一なものとなる。

そのため通常はそのような充填剤を含まないものが好ま
しい。しかし、このような沈降速度の相違を利用して、
充填剤の配合割合を層状に変えた特殊な内部組成の成形
品をうることができる。本発明の方法は前記のごとく１
ＴＦＥ樹脂水性分散体を軸の周りに回転させた管体内で
遠心沈降させる工程、ついで２上澄の水性媒体を除去す
る工程、３沈降物内の水性媒体を乾燥させる工程、およ
び４沈降物を焼成する工程からなるものであり、３およ
び４の工程を遠心沈降を行なつた同じ管体内で該管体を
回転させつつ管体内へ熱風を送入して行なうものである
が、以下にそれらの詳細を工程順に説明する。

１遠心沈降工程 遠心力が与えられる管体に、前記ＴＦＥ樹脂の水性分散
体を注入し、遠心力（１００〜５００００Ｇ、好ましく
は５００〜２０００Ｇ）によつて水性分散体中の重合体
あるいは分散体固形分を遠心力の方向に沈″降させる。

遠心力の与え方は、管体の軸を回転軸として回転を与え
る方法である。

しかしてこの遠心分離により、水性分散体中の重合体あ
るいは分散体固形分は管内壁にそつて沈降集積され、パ
イプ状の予・備成形品がえられる。遠心力は前記のごと
く１００〜５００００Ｇ、好ましくは５００〜２０００
Ｇの範囲である。

遠心力が１００Ｇ未満だと沈降に時間がかかりすぎて実
用的でなく、５００００Ｇは遠心力をかけることができ
る機械の能ノカ限界である。一般に遠心力が小さすぎる
ばあい沈降した樹脂の解膠による再分散が起りやすく、
この傾向は樹脂の分散剤に非イオン系界面活性剤を使用
したときに遠心力が大きい方が沈降時間を短縮できるの
で、通常は機械の能力の許す範囲内でできるだけ大きな
遠心力によつて遠心沈降処理が行なわれる。

沈降量は原料樹脂の粒子径、界面活性剤の種類によつて
も多少異なるが、一般に単位時間あたりの沈降樹脂量は
遠心力の対数と比例的な関係にあることが判明した。

たとえば本発明者らの実験によれば、平均粒子径０．２
μのＴＦＥ樹脂をパーフルオロオクタン酸アンモニウム
塩によつて２５％濃度で分散させた水性分散体について
遠心力と樹脂の沈降量との関係を調べたところ、２５℃
における一時間の処理においてつぎの結果をえた。２上
澄み水性媒体の除去工程 前記のごとくして遠心沈降処理を行なつたのち、回転す
る管体を停止させてから傾斜などによつて上澄み水性媒
体を除去するか、あるいは管体を回転させたままで熱風
を管体内に送入して水性媒体を蒸発させることにより、
上澄み水性媒体の除去が行なわれる。

また管体の側面に排出口を設け熱風の送入によつて上澄
み水性媒体を排出口から排出させてもよい。なお蒸発に
よつて上澄み水性媒体を除去するばあいは、上澄液中に
少量の樹脂が残存していても差しつかえがないという利
点がある。３乾燥工程 有用な成形品をうるためには、クラツクのない乾燥した
予備成形品をうることがまず必要である。

したがつて、この乾燥工程は本発明の方法において重要
な意義を有するものである。たとえば未乾燥の予備成形
品を管体内で遠心力を与えずに水性媒体を乾燥すると、
たちまちマツドタラツタ（干上つた池の底にできるよう
なひび割れ）が発生する。本発明者らは、マットクラッ
クを防止する方法として、遠心力下で前記予備成形品か
ら水性媒体の乾燥を行なうとクラツクのないものがえら
れることを発見した。

また他の方法として前記予備成形品を一旦管体から取り
出して自由状態を行なうと、やはリクラツクのないもの
がえられることを発見した。しかし成形品が管状のばあ
い、厚さは通常うすいのでそれを破損せずに管体から取
りだすことは実質的に不可能であり、この方法は実用的
なものとはいえない。しかして乾燥は、管体を回転させ
つつ行なうのが最適で、予備成形品に含まれる水が沸騰
しない程度の温度の熱風を送入するか、あるいは管体の
外部から管壁を通して加熱することによつて行なわれる
。

４焼成工程 焼成は乾燥と同様に管体を回転させながら行なう。

焼成の条件はＴＦＥ樹脂の通常の焼成条件と同一であつ
て、約３３０〜４００℃、好ましくは３６０〜３９０℃
で加熱することによつて焼成が行なわれる。なお成形品
の肉厚が厚いほど焼成に長時間を要する。つぎに本発明
の方法を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の方法を実施するための装置の一例を示
す説明図であり、第２図は第１図のＡ一Ａ線断面図であ
る。図面において１はＴＦＥ樹脂を沈着させるための管
体であり、２は管体１を回転させるためのタイヤであり
、タイヤ２は管体１に固定されている。３は管体１を包
囲する断熱材層であり、４は管蓋である。

管蓋４は管体１の回転時に分散体液および水性媒体が管
体１外に流出するのを防止するためのもので、管体１の
両端に取りはずし可能に設けられており、その中央部に
は、樹脂水性分散体の仕込口および熱風の送排気口とし
ての孔５が設けられている。６はタイヤ２を回転させる
ための動輪であり、動輪６は軸７、変速機８を介して電
動機９によつて駆動される。

１０は押え動輪であり、押え動輪１０は高速回転管体１
の飛び出しや振動を防止するためにあり、その軸１１が
バネ１２を有する押え装置１３によつて定荷重で押圧さ
れている。

１４は熱風発生装置であり、熱風発生装置１４には、熱
風を管体１に供給するための給気管１５および熱風と水
゛性媒体の蒸発によつて生成した蒸気とを循環させるた
めのダクト１６が設けられている。

かかる装置によりＴＦＥ樹脂管を成形するには、まず貯
槽１７からＴＦＥ樹脂水性分散体１８をバルブ１９およ
び供給管２０を経て管体１内に供給する。

その際、管体１は静止状態であつてもよいし、また回転
されていてもよい。ついで管体１を回転させると、ＴＦ
Ｅ樹脂水性分散体はＴＦＥ樹脂層２１と上澄み水性媒体
２２とに遠心分離される。ついで前記のごとく管体１を
傾斜させるかまたは管体１内へ熱風を送入することによ
り、上澄み水性媒体を除去し、回転させながら熱風を送
入してＴＦＥ樹脂層２１を乾燥させ、焼成する。焼成さ
れたＴＦＥ樹脂管は管体１の内壁から引き剥がされ取り
出される。管体１の材質がどのようなものであつても、
ＴＦＥ樹脂の非粘着性がきわめて大きいため、この剥離
は通常容易であるが、剥離を容易にするため管体１の内
面は平滑に仕上げるか、メツキ処理により平滑化してお
くことが好ましい。しかし管体１の内面を逆に粗面化し
ておき、樹脂の焼成によつて管体内面にＴＦＥ樹脂層を
接着させＴＦＥ樹脂被覆管をつくることも可能である。
本発明の方法は、フアインパウダ一のペースト押出によ
る従来のＴＦＥ樹脂管の製造法に比べて、つぎのごとき
特徴を有する。

１本発明の方法によれば、従来のペースト押出成形では
工業的に生産することが困難であつた大口径のＴＦＥ樹
脂管をきわめて容易に製造することができる。

また本発明の方法は、遠心力を利用するものであるから
、管の口径が大きくなればなるほど、その特徴をよく発
揮しうる有利な成形方法である。２前述したごとく、ペ
ースト押出法では大口径管、とくに直径１００ｍｍ程度
より大きい管をつくるばあいには偏肉しやすいので金型
の精度を高くしなければならず、そのため金型が非常に
高価となり、かつ装置も大型化しなければならないが、
本発明の方法のばあいは口径の調節はきわめて容易であ
り、高価な金型と装置とをいち．いち設計してつくる必
要がない。

３ＴＦＥ樹脂の水性分散体を凝析、洗浄、乾燥などの工
程をへて粉末化することなく、この分散体を用いて直接
緻密な成形体をつくることができる。

従来このようなことはことはまつたく不可能とされてお
り、このこと自体従来にない特異な方法といえる。本発
明の方法は、乳化重合でえられたＴＦＥ樹脂からの成形
方法としては、もつとも簡単で経済的な方法といえる。
４本発明の方法を応用すれば、前述したように管体１内
面へのＴＦＥ樹脂被覆や、また管体１内面部分にあらか
じめガラスクロスを挿入しておき、本発明による遠心沈
降処理によつてこのガラスクロスにＴＦＥ樹脂を沈着さ
せ焼成することによつて、ＴＦＥ樹脂を被覆したガラス
クロスをつくるなどの種々の応用が可能である。

また本発明によつてえられる成形品はつぎのごとき特徴
を有する。すなわち、従来のペースト押出方法では、押
出方向に粒子が配向するため、成形品においても同方向
に高い結晶配向率を有しているのに対して、本発明の成
形方法では粒子の配向が少なくその方向性も少ない。

したがつて本発明の成形品をＸ線回折法により配向率を
測定して確認したところによると、本発明の方法による
管の結晶配向率は、ペースト押出によつてえられたもの
に比べてかなり低いうえに、管の厚さ方向、断面の接線
方向および管の軸方向に関して、配向率に有意差が認め
られなかつた。そのため本発明によつてつくられた管は
、ペースト押出による管が接線方向の配向率が低いため
に引裂強度が小さいのに対して、引裂強度が大であり、
それに基づいて実用上内圧に対する耐久性がきわめて大
である。

また軸方向と接線方向との配向率が等しいことから、た
とえばえられたＴＦＥ樹脂管の管壁に孔をあけて二次加
工するばあい、孔の収縮に方向性がないため、その孔を
歪みのない形に仕上げることができる。つぎに実施例を
あげて本発明の方法をさらに説明する。

実施例 第１図に示すごとき装置を用いてＴＦＥ樹脂管を製造す
る。

装置において、管体１の内径は３００ｍｍ、長さは１０
０ｍｍである。

使用したＴＦＥ樹脂の水性分散体は、クロロトリフルオ
ロエチレンを０．２５％含有する乳化重合方法で製造し
たＴＦＥ樹脂の水性分散体で、その樹脂分濃度は２５％
、含有する乳化剤はパーフルオロオクタン酸アンモニウ
ム（樹脂の量に対して０．３％）、ＴＦＥ樹脂の平均粒
子径は２．３μである。

前記装置の管体１を回転させながら、そこへ前記ＴＦＥ
樹脂水性分散体５ｋｇを導入し、これを２５００ｒｐｍ
（遠心力は管体１の内壁部分において９６５Ｇ）で１時
間回転させたのち、給気管１５より約９０℃の乾燥熱風
を、管体１を回転させながら６時間送入し、ダクト１６
を通じて循環させ、水性媒体の蒸発除去および遠心成形
物の乾燥を行なう。その後、同様に回転させながら、熱
風発生装置１４より３６０℃の熱風を管体１内に送入し
てＴＦＥ樹脂を焼成する。熱風の送入は、室温から３６
０℃まで１０時間かけて徐々に昇温し、３６０℃で３時
間維持し、以後熱風の送入を止めて室温まで徐冷する方
法によつて行なう。以上のごとくして、管体１内に肉厚
５．８ｍｍのＴＦＥ樹脂管をえた。

このＴＦＥ樹脂管の密度は２．１６ｇ／ＣＩＩｌ３であ
り、引張強度は軸方向で２９７ｋｇ／―（伸び３１０％
）、周方向で２９４ｋｇ／ＣＩｎ２（伸び３１０％）で
あつた。なお引張強度と伸びの測定は、厚さ１ｍｍのシ
ートを切削してＪＩＳＫ６８９ｌの記載の方法によつて
行なつたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置の一例を示
す説明図であり、第２図は第１図のＡ一Ａ線断面図であ
る。 図面の主要符号、１・・・管体、２・・・タイヤ、３・
・・断熱材層、４・・・管蓋、６・・・動輪、１０・・
・押え動輪、１３・・・押え装置、２１・・・ＴＦＥ樹
脂層、２２・・・水性媒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 四フッ化エチレン樹脂水性分散体を軸の周りに回転
   させた管体内で遠心沈降させ、ついで上澄の水性媒体を
   除去し、同じ管体内で該管体を回転させつつ管体内へ熱
   風を送入することにより沈降物内の水性媒体を除去して
   該沈降物を乾燥させたのち、同じ管体内で該管体を回転
   させつつ管体内へ熱風を送入することにより該沈降物を
   焼成することを特徴とする口径の大きい四フッ化エチレ
   ン樹脂管の製造方法。 ２ 上澄の水性媒体の除去を、遠心沈降を行なつた同じ
   管体内で、該管体を回転させつつ管体内へ熱風を送入し
   て水性媒体を蒸発させることによつて行なうことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の方法。