(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱流動化させた結晶性高分子を連続的に押出した押出工程後、冷却しながら形状を規制して成形する冷却工程を備えた結晶性高分子成形品の製造方法において、
前記冷却工程が、押出工程後の結晶性高分子が強制冷却されることによってその結晶性高分子のガラス転移温度に達するまでの間を第１強制冷却工程とし、この第１強制冷却工程後、該ガラス転移温度未満に移行するまでの間、前記強制冷却の冷却を緩和又は停止する冷却緩和・停止工程と、該冷却緩和・停止工程後に再度強制冷却する第２強制冷却工程と、を有することを特徴とする結晶性高分子成形品の製造方法。
【請求項２】
前記第１強制冷却工程では、所定時間、圧縮空気の吹き付けを行うことにより強制冷却を行い、
前記冷却緩和・停止工程では、前記圧縮空気の吹付時間を、前記第１強制冷却工程の０〜６０％にすることを特徴とする請求項１記載の結晶性高分子成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性高分子成形品、特に寸法精度が要求される結晶性高分子成形品の製造方法に関する。詳しくは、押出成形工程中の冷却工程を工夫することによって、最終製品である成形品の寸法精度の向上、冷却時間の短縮、さらには冷却エネルギ消費量の低減を図った結晶性高分子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、結晶性高分子成形品の製造方法において、寸法精度を向上させる手段として、成形機の溶融炉内で特定の処理を行う手段が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−５５５３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、押出成形において寸法精度に影響を最終的に及ぼすのは、押し出された後であり、上記従来の手段では、押出機から押し出された後の冷却工程では何ら改良がなされていなかった。
【０００５】
この冷却工程には、水、水溶液等による液体や空気や他の素材の冷却風等による気体によって強制的に冷却する強制冷却の他、そのまま環境温度下で放置される自然冷却がある。この冷却工程にばらつきがあると押し出された製品の寸法精度が悪くなることから、一般に冷却温度や冷却時間が管理された強制冷却によって冷却されている。
【０００６】
しかし、強制冷却では、低すぎる温度条件での強制冷却や過剰な時間をかけた強制冷却を行うと、結晶性高分子成形品の結晶度が低く、結晶粒子が小さいため、物理的強度が弱くなり、場合によっては寸法精度が悪くなるという課題があった。一方。それほど低くない低温での強制冷却や短時間での強制冷却を行うと、安定固化するまでに時間がかかるという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、結晶性高分子成形品の製造方法において、押出成形工程における冷却工程を工夫することによって、最終製品である成形品の寸法精度の向上、冷却時間の短縮、さらには冷却エネルギー消費量の低減を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するために、本発明に係る結晶性高分子成形品の製造方法では、加熱流動化させた結晶性高分子を連続的に押出した押出工程後、冷却しながら形状を規制して成形する冷却工程を備えた結晶性高分子成形品の製造方法において、該冷却工程が、押出工程後の結晶性高分子が強制冷却されることによってその結晶性高分子のガラス転移温度に達した後、該ガラス転移温度未満に移行するまでの間、該強制冷却の冷却を緩和又は停止し、さらに、該結晶性高分子が該ガラス転移温度未満になった時に再度強制冷却するように工夫した。より具体的には、前記強制冷却の冷却度合の緩和が強制冷却時の０〜６０％であるようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、「冷却工程が、押出工程後の結晶性高分子が強制冷却されることによってその結晶性高分子のガラス転移温度に達した後、該ガラス転移温度未満に移行するまでの間、該強制冷却の冷却を緩和又は停止するものであり、さらに、該結晶性高分子が該ガラス転移温度未満になった時に再度強制冷却する」ように工夫したのは、寸法精度の悪くならない範囲での最大限の冷却度合で冷却する一方、結晶化が進行するガラス転移温度時には冷却を緩和又は停止することにより、結晶化を促して成形品の物理的強度を高めるためである。
【００１０】
具体的な強制冷却の方法は、その冷却対象である結晶性高分子や、冷却媒体である液体や気体によって異なり、液体では冷却バスの中に流した５〜１５℃の水や水溶液を、気体では一定圧の圧縮空気を吹き付ける手段等を適宜採用することができる。
【００１１】
冷却を緩和又は停止したのは、結晶性高分子がガラス転移温度における結晶化を促すためである。緩和の度合は０〜６０％が良く、さらに０〜４０％が好ましい。０％、すなわち冷却を停止し、放置する状態が望ましいのは、結晶化が行われている際には、強制冷却を全く行なわない方がよいということが判明したからである。また、好適な緩和の度合を６０％、４０％としたのは、あまりに強制冷却に近い緩和の度合では、結晶化を促す効果が充分に発揮されないためである。但し、結晶性高分子成形品の用途によっては、結晶度の低い方が良い場合があるため、その結晶化の進行を制御するために、それぞれに適した緩和度合を選択することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、副次的に、冷却度合を緩和又は停止した前後の強制冷却時の冷却度合を、従来の連続的強制冷却方法（ガラス転移温度でも強制冷却を行う方法）の場合よりも高く設定できるようになるため、トータルの冷却時間を短くすることができるという効果が得られる。さらに、本発明によれば、トータルの冷却量を減少させることが可能となるので、冷却工程全体の冷却エネルギー消費量を低減させることができる望ましい効果も得られる。
【００１３】
なお、本発明に係る製造方法による寸法精度向上（寸法ばらつきの減少）の作用、効果は、ガラス転移温度に達したときに強制冷却を停止又は弱めることによって、ガラス転移温度において開始する分子のミクロブラウン運動（分子内の結合の回転による分子内のゆらぎ運動）が外温度変化の影響を受けることなく安定的に進行し、エネルギー的に最も安定した空間配置（コンフォーメーション）をとりやすくなり、この結果、より均一な相のガラス状態を有する最終成形品が得られるからと考えられる。
【００１４】
本発明に係る結晶性高分子成形品の製造方法で用いられる結晶性高分子は、部分的に結晶性である高分子をいい、結晶性領域と非晶性領域の複雑な凝集からなるものである。結晶性領域においては、高分子鎖は一定の構造で伸びており、互いに規則的に充填された微結晶を形成するものであり、非晶性領域においては、高分子鎖は無秩序に配置されている。この結晶性領域の割合が結晶化度又は結晶度といわれる。
【００１５】
このような結晶性高分子としては、従来公知のものを採用でき、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ四フッ化エチレン、ポリビニルアルコール等がある。結晶の分子鎖の型式としては、平面ジグザグ型、らせん型・映進型、芳香族ポリエステル及び剛直棒高分子がある。平面ジグザグ型における結晶性高分子としては、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ナイロン６（α），ポリフッ化ビニリデン（Ｉ）がある。らせん型・映進型における結晶性高分子としては、ポリジアセチレン、ｉｔ−ＰＰ（イソタクチックポリプロピレン）、ポリオキシメチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＩＩ）、ナイロン６（γ）がある。芳香族ポリエステルにおける結晶性高分子としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンフタレート（α）、ポリテトラメチレンフタレート（β）がある。剛直棒高分子における結晶性高分子としては、Ｋｅｖｌａｒ、ポリ（ｐ−ベンズアミド）、Ｎｏｍｅｘ、ポリブチレンテレフタレート、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリベズゾビスチアゾール、ポリ（ｐ−フェニレンピロメリットイミド）、セルロース（Ｉ）、セルロース（ＩＩ）がある。
【００１６】
本発明に係る結晶性高分子成形品の製造方法の形態を図１に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る結晶性高分子成形品の製造方法の要部工程である「冷却工程」の際の樹脂温度を示したグラフである。
【００１８】
この図１に符合Ｔで示されたグラフ線は、結晶性高分子成形品の製造方法の「冷却工程」の際の樹脂温度であり、図１の符合Ｔｇは、当該結晶性高分子のガラス転移温度（ガラス転移点）を示している。
【００１９】
本発明に係る結晶性高分子成形品の製造方法を構成する冷却工程は、溶融されダイ（図示せず。）から押し出された結晶性高分子を冷却固化させる工程であって、ダイから押し出されてからガラス転移温度Ｔｇに至るまでの間に、強制冷却する第１強制冷却工程（図１中の一次冷却に対応。）と、ガラス転移温度Ｔｇになった時に、結晶性高分子に対する冷却を緩和又は停止する冷却緩和・停止工程と、この冷却緩和・停止工程によって結晶性高分子がガラス転移温度Ｔｇ未満になった時以降に再度強制冷却する第２強制冷却工程（図１中の一次冷却に対応。）からなる。
【００２０】
このような第１強制冷却工程、冷却緩和・停止工程、第２強制冷却工程の区別なく、同じペースで強制冷却を続ける冷却工程では、冷却レベルを、結晶性樹脂の冷却レベルの最大量１００換算で６０程度にまで落とさないと、高い寸法精度を維持できる冷却工程にならなかった。これは、ガラス転移温度Ｔｇになった時に強制冷却を続けて行うと結晶化に悪影響を及ぼすためと考えられる。
【００２１】
本発明では、冷却工程を、鋭意研究の上、第１強制冷却工程、冷却緩和・停止工程、第２強制冷却工程に区別したため、第１強制冷却工程及び第２強制冷却工程における冷却力が、冷却工程を前記各工程に区別しない連続強制冷却の場合と比較して１．６７倍（１００／６０倍）となり、それに伴い冷却時間も短縮することができた。冷却緩和・停止工程にあっては、冷却力が０〜６０％の範囲であれば、冷却時間は同じであった。これは、結晶化における外的要因（強制冷却）は、影響を受け難いためと考えられる。
【００２２】
なお、本発明に係る結晶性高分子成形品の製造方法にあっては、前記冷却工程前後の押出工程、引取工程等の諸工程は、適宜採用可能である。
【００２３】
【実施例】
本発明に係る結晶性高分子成形品の製造方法の実施例について、詳細に説明する。
【００２４】
本実施例に係る結晶性高分子成形品の製造方法で用いた結晶性高分子は、結晶化度８０％の高密度ポリエチレン（溶融温度：１４０℃、ガラス転移温度１１０℃）を溶融し、直径３．０ｍｍの金属線の外周に全体で直径１０．０ｍｍになるように押出成形によって被覆したものである。
【００２５】
このときの冷却工程について、図１及び表１を参照しつつ、詳細に説明する。図１は、本発明に係る結晶性高分子成形品の製造方法の要部工程である「冷却工程」の際の樹脂温度を示したグラフである。表１は、各実施例、各比較例における冷却工程時の強制冷却時間の比率、各製品寸法精度を示している。この寸法精度は、押し出された縦断面円形のＸ−Ｙ方向における長さの差であって、その差が０．１ｍｍ以下の場合を良好（○）、０．１ｍｍを越える場合を不良（×）とした。
【００２６】
【表１】
0003716277.tif 000002
【００２７】
本冷却工程は、押出工程後の結晶性高分子が強制冷却されることによってその結晶性高分子のガラス転移温度に達するまでの間の第１強制冷却工程と、この第１強制冷却工程後、該ガラス転移温度未満に移行するまでの間において前記強制冷却の冷却を緩和又は停止する冷却緩和・停止工程と、該冷却緩和・停止工程後（該結晶性高分子が該ガラス転移温度未満になった以降）に再度強制冷却する第２強制冷却工程から成り立っている。
【００２８】
前記第１強制冷却工程及び前記第２強制冷却工程にあっては、押し出された樹脂に変形を与えない範囲での圧縮空気を吹き付けている。また、前記冷却緩和・停止工程にあっては、前記圧縮空気の吹き付けを行わず、雰囲気温度の環境下としている。本実施例１における成形品の外径の寸法精度は±０．１ｍｍ以内で良好であった。
【００２９】
実施例２及び実施例３は、前記実施例１の冷却緩和・停止工程における圧縮空気の温度を一定にしつつ、吹付時間のみを前記第１強制冷却工程における圧縮空気の３０％（実施例２）、５０％（実施例３）にしたものである。実施例２、実施例３共に、寸法精度が１．０ｍｍ以内であり、好ましい結果が得られた。
【００３０】
比較例１について説明する。比較例１は、実施例１の冷却緩和・停止工程における圧縮空気の温度を一定にしつつ吹付時間のみを前記第１強制冷却工程における吹付時間の９０％にしたものである。本比較例にあっては、寸法精度が１．０ｍｍを越えてしまい、好ましくない結果となった。
【００３１】
次に、比較例２について説明する。比較例２は、表１には示さなかったが、実施例１における第１強制冷却工程、冷却緩和・停止工程、第２冷却工程の区別なく、全てを同一温度の圧縮空気で強制冷却したものである。このときの圧縮空気の吹付量は、実施例１の吹付量と同じ（１００％）では、寸法精度が１．０ｍｍを越えてしまい、吹付量を減らしていくと、６０％程度で寸法精度が０．１ｍｍ以内となった。
【００３２】
この比較例２にあっては、その吹付量が実施例１の６０％と強制冷却力が少ない。そのため、一次冷却工程及び二次冷却工程における実施例１の冷却時間は、比較例２の６０％であった。なお、冷却緩和・停止工程での冷却時間は、実施例、比較例共、同じであった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明にあっては、加熱流動化させた結晶性高分子を連続的に押出した押出工程後、冷却しながら形状を規制して成形する冷却工程を備えた結晶性高分子成形品の製造方法において、該冷却工程が、押出工程後の結晶性高分子が強制冷却されることによってその結晶性高分子のガラス転移温度に達するまでの間を第１強制冷却工程とし、この第１強制冷却工程後、該ガラス転移温度未満に移行するまでの間、前記強制冷却の冷却を緩和又は停止する冷却緩和・停止工程と、該冷却緩和・停止工程後（該結晶性高分子が該ガラス転移温度未満になった以降）に再度強制冷却する第２構成冷却工程を有することを特徴とし、これにより最終製品である成形品の寸法精度の向上、冷却時間の短縮、さらには冷却エネルギー消費量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る結晶性高分子成形品の製造方法の要部である「冷却工程」の際の樹脂温度を示したグラフ
【符号の説明】
Ｔ  結晶性高分子成形品の製造方法の要部である「冷却工程」の際の樹脂温度
Ｔｇ  結晶性高分子のガラス転移温度（ガラス転移点）
【図１】
0003716277.tif 000003