(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼成したポリテトラフルオロエチレン粉体を、当該焼成したポリテトラフルオロエチレンの融点以上に加熱された低酸素雰囲気ガス中に浮遊させて電離性放射線を照射し、架橋することを特徴とする粉体状架橋ポリテトラフルオロエチレンの製造方法。
【請求項２】
前記焼成したポリテトラフルオロエチレン粉体は、未焼成のポリテトラフルオロエチレン粉体をマット状に成形してから当該ポリテトラフルオロエチレンの融点以上の温度で焼成し、続いてこの焼成マット状成形体を粉砕することにより得られたものである請求項１記載の粉体状架橋ポリテトラフルオロエチレンの製造方法。
【請求項３】
前記焼成したポリテトラフルオロエチレン粉体は、閉じた容器内で高速で循環している焼成したポリテトラフルオロエチレンの融点以上に加熱された低酸素雰囲気ガス中に浮遊させる請求項１記載の粉体状架橋ポリテトラフルオロエチレンの架橋方法。
【請求項４】
焼成したポリテトラフルオロエチレンの融点以上に加熱された低酸素雰囲気ガスを前記閉じた容器内に連続的に注入し、当該注入量とほぼ同量の低酸素雰囲気ガスを連続的に排出することにより、前記閉じた容器内で低酸素雰囲気ガスを高速循環させるようにした請求項３記載の粉体状架橋ポリテトラフルオロエチレンの架橋方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性や耐クリープ性に優れた摺動部品、シール部品、パッキン、ガスケット、半導体製造用容器・治具等を実現できる架橋ポリテトラフルオロエチレン（以下「ポリテトラフルオロエチレン」を「ＰＴＦＥ」という）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＴＦＥは、低摩擦性、耐熱性、電気特性、耐薬品性及びクリーン性（非汚染性）に優れており、産業用、民生用の各種用途に広く利用されている。しかし、ＰＴＦＥは摺動環境下や高温での圧縮環境下で、摩耗やクリープ変形が大きく、用途によっては使用できないケースがある。ＰＴＦＥを、低酸素雰囲気ガス中においてＰＴＦＥの融点以上の温度下で電離性放射線を照射して架橋すると、耐摩耗性、耐クリープ性、耐放射線性を向上できることが知られており、このような特徴を有するＰＴＦＥ成形体を得るための方法として、架橋処理したＰＴＦＥ粉体を単独あるいは他のポリマと混合して所定形状に圧縮成形する方法がある。
【０００３】
ＰＴＦＥ粉体を架橋処理する方法としては、ＰＴＦＥ粉体を、当該ＰＴＦＥの融点以上に加熱された低酸素雰囲気ガス中に浮遊させて電離性放射線を照射する方法が本願出願人により提案されている（特願平１０−３６５２９２）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＰＴＦＥには１９℃付近に変態点が存在し、この変態点温度以上ではＰＴＦＥ粉体の集合体は僅かな圧力で綿状に固まり易くなり、上記した方法では、架橋反応が進行するまでの間に、照射容器内での気流の遅くなる箇所や、照射容器へ搬送する過程でＰＴＦＥが凝集し易いという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、ＰＴＦＥ粉体が凝集することなく容易に架橋処理を行うことができる粉体状架橋ＰＴＦＥの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、焼成したＰＴＦＥ粉体を、当該焼成したＰＴＦＥの融点以上に加熱された低酸素雰囲気ガス中に浮遊させて電離性放射線を照射し、架橋する粉体状架橋ＰＴＦＥの製造方法を提供する。ＰＴＦＥの融点以上に加熱して焼成したＰＴＦＥ粉体は凝集しにくいため、架橋処理を容易に行うことができるようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において、焼成したＰＴＦＥ粉体を得る方法としては、ＰＴＦＥ粉体をそのまま焼成する方法や、ＰＴＦＥ粉体をマット状に成形してから当該ＰＴＦＥの融点以上の温度で焼成し、続いてこの焼成マット状成形体を粉砕する方法等があるが、ＰＴＦＥ材料の取扱い性を考慮すると、後者の方法によるのが好ましい。
【０００８】
焼成したＰＴＦＥ粉体の架橋処理は、焼成ＰＴＦＥ粉体と低酸素雰囲気ガスを閉じた容器内に閉じ込め、焼成ＰＴＦＥ粉体の融点以上の温度に保った状態で電離性放射線を照射することにより行われる。この場合、ＰＴＦＥ粉体の吸収線量に比例してＰＴＦＥ粉体が発熱し、過度の加熱によって分子主鎖の切断と分解を招くようになり、また、ふっ素ガスや種々のふっ化炭化水素が発生するようになるので、焼成ＰＴＦＥの融点以上に加熱された低酸素雰囲気ガスを閉じた容器内に連続的に注入し、同時に注入量とほぼ同量の低酸素雰囲気ガスを連続的にフィルターを通して排出するようにすることが好ましい。なお、過度の加熱により分子主鎖の切断と分解が起こるのを防止するためにも、加熱温度は焼成ＰＴＦＥの融点よりも１０〜３０℃高い範囲内に抑えることが好ましい。
【０００９】
本発明においては、電離性放射線としては、γ線や電子線等を使用できるが、γ線の場合、物体に対する透過能力が大きいため、粒子の大きさには実質上制限なくなるが、照射線量の制御や装置の取扱いが難しい等の理由により、電子線を利用することが好ましい。電子線は、加速電圧によって被照射物（ＰＴＦＥ）への浸透深さが決まり、例えば、加速電圧が８００kVである場合、かさ比重０．５のマット状焼成ＰＴＦＥへの浸透深さは約４mmである（相対線量７０％以上としたとき）。ＰＴＦＥの粗粒は雰囲気ガスの高速気流中で全方向にアットランダムに動くので、形状が球に近いとした場合、その最大粒径は電子線の浸透深さの２倍、つまり約８mmまで許容されることになる。ただ、焼成後粉砕して得られる粉体の形状は複雑であり、また、気流中に浮遊させる必要があるため、１mm程度以下にするのが望ましい。なお、電子線の照射線量は１kGy 〜１０MGy の範囲内が好ましい。
【００１０】
照射架橋後のＰＴＦＥ粉体は、凝集により粗粒化するため、必要に応じて粉砕等により微粉化が行われる。焼成ＰＴＦＥ粉体を架橋処理したものでは微粉化が容易であるという特徴を有しているが、微粉化の程度は、あまり細かすぎると凝集しやすくなるので、平均粒径５μｍ以上が好ましい。
【００１１】
【実施例】
図１は、本発明の架橋ＰＴＦＥ粉体の製造方法の一実施例を示すフローチャートである。ＰＴＦＥ粉体をラム押出によりマット状に成形し、当該マット状成形体をＰＴＦＥの融点以上の温度で焼成し、この焼成マット状成形体を粉砕して焼成ＰＴＦＥ粉体を得る。続いて、焼成ＰＴＦＥ粉体を容器内に投入し、高速で循環している焼成ＰＴＦＥの融点以上に加熱された低酸素雰囲気ガス中に浮遊させて電子線を照射して架橋ＰＴＦＥ粉体を得、その後所定の粒度に微粉砕して架橋ＰＴＦＥ微粉末を得る。
【００１２】
図２は、焼成ＰＴＦＥ粉体を製造する一実施例の説明図である。１はエアーシリンダ、２は押出ラム、３はホッパー、４はＰＴＦＥ粉体、５は成形シリンダー、６はＰＴＦＥマット状成形体、７は支持ロール、８は焼成室、９は雰囲気ガス発生装置、１０は雰囲気ガスブロワー、１１はガス加熱装置、１２は焼成ＰＴＦＥ粉体、１３は冷却室、１４は冷却ブロワー、１５はガス冷却装置、１６は粉砕装置である。
【００１３】
ホッパー３へ供給した未焼成のＰＴＦＥ粉体４を、エアーシリンダ１で往復駆動される押出ラム２でもって成形シリンダー５に押込み、ＰＴＦＥマット状成形体６を連続的に成形する。これによって、例えば、断面での厚さが２０mm、幅が２００mmであり、かさ比重が約０．５のＰＴＦＥマット状成形体６が得られる。
【００１４】
ＰＴＦＥマット状成形体６は、焼成室８に連続的に送込まれる。焼成室８は複数の支持ロール７を備え、内部は雰囲気ガス発生装置９から供給される雰囲気ガスで満たされている。この雰囲気ガスは、雰囲気ガスブロワー１０、加熱装置１１を介して循環するようになっており、これによって、ＰＴＦＥマット状成形体は３７０〜３８０℃の焼成温度に保持されるようになっている。
【００１５】
焼成されたＰＴＦＥマット状成形体６は、複数の支持ロール７を備えた冷却室１３に連続的に送込まれる。冷却室１３内は、雰囲気ガス発生装置９から供給された雰囲気ガスで満たされている。この雰囲気ガスは冷却ブロワー１４、ガス冷却装置１５を介して循環するようになっており、ＰＴＦＥマット状成形体は、冷却室１３内で２００℃以下まで冷却されるようになっている。
【００１６】
焼成温度以上に加熱され、その後冷却されたＰＴＦＥマット状成形体６は、粉砕装置１６へ送込まれ、所定の粒径に粉砕され、焼成ＰＴＦＥ粉体となる。
【００１７】
図３は、架橋ＰＴＦＥ粉体を製造する一実施例の説明図である。１７は照射架橋装置本体、１８は底部円錐状円筒体、１９は蓋板、２０はインペラ駆動用モータ、２１は撹拌インペラ、２２は撹拌用羽根、２３はＰＴＦＥ粉体供給ポート、２４はＰＴＦＥ粉体抽出ポート、２５は貯蔵ホッパー下部バルブ、２６はＰＴＦＥ粉体貯蔵ホッパー、２７は第一サイクロン側面バルブ、２８は第一サイクロン分離機、２９は電子線照射窓、３０は温度センサー、３１は排ガス抽出ポート、３２は本体フィルタ、３３は本体フィルター部バルブ、３４は吸引ファン、３５は排ガス処理装置、３６は電気ヒータ、３７は断熱材、３８は貯蔵ホッパー側バルブ、３９は第二サイクロン分離機、４０は第二サイクロン側バルブ、４１はガス式ＰＴＦＥ粉体搬送装置、４２は第二サイクロン側フィルタ、４３は第二サイクロン上部バルブ、４４は貯蔵ホッパー側面バルブ、４５は低温雰囲気ガス供給装置、４６は高温雰囲気ガスバルブ、４７は高温雰囲気ガス供給装置、４８は第一サイクロンフィルタ、４９は第一サイクロン上部バルブ、５０は第一サイクロン下部バルブ、５１は電子線照射装置である。
【００１８】
照射架橋装置本体１７の主要部分は、底部円錐状円筒体１８の上部に蓋板１９が取付けられた密閉容器である。その底部にはインペラ駆動用モータ２０で高速回転される撹拌インペラ２１が備えられ、撹拌インペラ２１の上面には撹拌用羽根２２が取付けられており、この撹拌用羽根２２によって、雰囲気ガスとＰＴＦＥ粉体１２の混合物が撹拌され、ＰＴＦＥ粉体１２が高速気流中に浮遊した状態となる。
【００１９】
底部円錐状円筒体１８の側面には、未架橋のＰＴＦＥ粉体１２の供給ポート２３及び架橋ＰＴＦＥ粉体の抽出ポート２４が取付けられており、供給ポート２３は貯蔵ホッパー下部バルブ２５を介してＰＴＦＥ粉体貯蔵ホッパー２６と接続され、抽出ポート２４は第一サイクロン側面バルブ２７を介して第一サイクロン分離機２８に接続されている。底部円錐状円筒体１８の外面には電気ヒータ３６が取付けられ、密閉容器外面は全体が断熱材３７で覆われている。
【００２０】
蓋板１９には、Ｔｉ箔よりなる電子線照射窓２９、温度センサ３０及び排出ガス抽出ポート３１が取付けられている。排出ガス抽出ポート３１は、本体フィルタ３２、本体フィルタ部バルブ３３及び吸引ファン３４を介して排ガス処理装置３５に接続されている。
【００２１】
ＰＴＦＥ粉体貯蔵ホッパー２６の上部には、貯蔵ホッパー側バルブ３８を介して第二サイクロン分離機３９が取付けられており、第二サイクロン分離機３９は、第二サイクロン側バルブ４０を介してガス式ＰＴＦＥ粉体搬送装置４１に接続されている。第二サイクロン分離機３９の上部は、第二サイクロン側フィルタ４２及び第二サイクロン側バルブ４３を経て吸引ファン３４及び排ガス処理装置３５に接続されている。ＰＴＦＥ粉体貯蔵ホッパー２６には、貯蔵ホッパー側面バルブ４４を介して温度調整機能付の低温雰囲気ガス供給装置４５が接続されている。この低温雰囲気ガス供給装置４５からのガスは、ガス式ＰＴＦＥ粉体搬送装置４１にも供給されるようになっている。ＰＴＦＥ粉体供給ポート２３には、高温雰囲気ガスバルブ４６を介して高温雰囲気ガス供給装置４７が接続されている。
【００２２】
第一サイクロン分離機２８の上部は、第一サイクロンフィルタ４８及び第一サイクロン上部バルブ４９を経て吸引ファン３４及び排ガス処理装置３５に接続されている。第一サイクロン分離機２８の下部には架橋ＰＴＦＥ粉体を排出する下面側バルブ５０が取付けられている。
【００２３】
図４は、図３のＡ−Ａ断面矢視図である。撹拌インペラ２１の上面には撹拌用羽根２２が取付けられており、底部円錐状円筒体１８の外面全体は断熱材３７で覆われている。
【００２４】
図５は、図３のＢ−Ｂ断面矢視図である。電子線照射窓２９の周辺の蓋板１９は断熱材３７で覆われており、蓋板１９には温度センサー３０及び排出ガス抽出ポート３１が設けられている。
【００２５】
図３に示した装置でもってＰＴＦＥ粉体を架橋処理する手順を以下に説明する。
【００２６】
▲１▼  第一サイクロン側面バルブ２７、第二サイクロン側バルブ４０、高温雰囲気ガスバルブ４６及び第一サイクロン上部バルブ４９を閉じる。
【００２７】
▲２▼  上記▲１▼で閉じたバルブ以外の全バルブを開け、吸引ファン３４を作動させ、更に低温雰囲気ガス供給装置４５より雰囲気ガスを系内に充満させることにより、空気を一掃させ、その後全てのバルブを閉じる。
【００２８】
▲３▼  貯蔵ホッパー側バルブ３８、第二サイクロン側バルブ４０及び第二サイクロン上部バルブ４３を開け、吸引ファン３４を作動させた状態でガス式ＰＴＦＥ粉体搬送装置４１で所定量の未架橋ＰＴＦＥ粉体１２をサイクロン分離機３９を通してＰＴＦＥ粉体貯蔵ホッパー２６へ送り、その後第二サイクロン上部バルブ４３を閉じる。
【００２９】
▲４▼  貯蔵ホッパー下部バルブ２５、本体フィルタ部バルブ３３及び貯蔵ホッパー側面バルブ４４を開け、これによって未架橋ＰＴＦＥ粉体１２を低温雰囲気ガスと共に底部円錐状円筒体１８の容器内部に投入し、その後上記各バルブ２５、３３、４４を閉じる。
【００３０】
▲５▼  インペラ駆動モータ２０を起動し、撹拌インペラ２１を高速回転させることによりＰＴＦＥ粉体をガス気流中に浮遊させる。
【００３１】
▲６▼  高温雰囲気ガスバルブ４６を開けて高温雰囲気ガスを注入しながら電気ヒータ３６で容器内部を加熱する。温度センサ３０で検出した温度が所定の値（焼成ＰＴＦＥの融点以上）に達したら電気ヒータ３６をオフにし、電子線照射装置５１を作動させて電子線照射窓２９を介してＰＴＦＥ粉体に電子線を照射する。この過程で、新鮮な高温雰囲気ガスの連続的注入と連続的排出を行いながら内部の温度を一定に保つと共に生成ガスを除去するようにする。
【００３２】
▲７▼  予め定めた時間電子線を照射したら、高温雰囲気ガスバルブ４６を閉じる。
【００３３】
▲８▼  貯蔵ホッパー下部バルブ２５、第一サイクロン側面バルブ２７、貯蔵ホッパー側面バルブ４４、第一サイクロン上部バルブ４９及び第一サイクロン下部バルブ５０を開け、低温雰囲気ガスを注入しながら架橋ＰＴＦＥ粉体を容器の外に排出する。排出が完了したら上記バルブを閉じ、インペラ駆動用モータを停止させる。
【００３４】
▲９▼  上記▲１▼〜▲８▼の操作を繰り返すことにより架橋ＰＴＦＥ粉体を量産できる。
【００３５】
上記のようにして製造された架橋ＰＴＦＥ粉体を通常のプラスチック用微粉砕機を用いて微粉化することにより、成形加工用の架橋ＰＴＦＥ粉末が得られる。
【００３６】
上記した本発明の粉体状架橋ＰＴＦＥの製造方法の一実施例によれば、ＰＴＦＥ粉体の凝集が起こらなくなるため、焼成、架橋、粉砕の３工程を粉体自動搬送装置で連結でき、原料となるＰＴＦＥ粉体を一旦投入すると、架橋ＰＴＦＥ粉体を自動的に製造することができ、高品質で低コスト、且つ高能率に粉体状架橋ＰＴＦＥを製造することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明してきた本発明によれば、高品質の粉体状ＰＴＦＥを低コストで、且つ高能率に生産でき、工業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粉体状架橋ＰＴＦＥの製造方法の一実施例のフローチャート。
【図２】本発明の粉体状架橋ＰＴＦＥの製造方法の一実施例における焼成ＰＴＦＥの製造方法の説明図。
【図３】本発明の粉体状架橋ＰＴＦＥの製造方法の一実施例における架橋ＰＴＦＥの製造方法の説明図。
【図４】図３のＡ−Ａ断面矢視図。
【図５】図３のＢ−Ｂ断面矢視図。
【符号の説明】
１  エアーシリンダ
２  押出ラム
３  ホッパー
４  ＰＴＦＥ粉体
５  成形シリンダー
６  ＰＴＦＥマット状成形体
７  支持ロール
８  焼成室
９  雰囲気ガス発生装置
１０  雰囲気ガスブロワー
１１  ガス加熱装置
１２  焼成ＰＴＦＥ粉体
１３  冷却室
１４  冷却ブロワー
１５  ガス冷却装置
１６  粉砕装置
１７  照射架橋装置本体
１８  底部円錐状円筒体
１９  蓋板
２０  インペラ駆動用モータ
２１  撹拌インペラ
２２  撹拌用羽根
２３  ＰＴＦＥ粉体供給ポート
２４  ＰＴＦＥ粉体抽出ポート
２５  貯蔵ホッパー下部バルブ
２６  ＰＴＦＥ粉体貯蔵ホッパー
２７  第一サイクロン側面バルブ
２８  第一サイクロン分離機
２９  電子線照射窓
３０  温度センサー
３１  排ガス抽出ポート
３２  本体フィルタ
３３  本体フィルター部バルブ
３４  吸引ファン
３５  排ガス処理装置
３６  電気ヒータ
３７  断熱材
３８  貯蔵ホッパー側バルブ
３９  第二サイクロン分離機
４０  第二サイクロン側バルブ
４１  ガス式ＰＴＦＥ粉体搬送装置
４２  第二サイクロン側フィルタ
４３  第二サイクロン上部バルブ
４４  貯蔵ホッパー側面バルブ
４５  低温雰囲気ガス供給装置
４６  高温雰囲気ガスバルブ
４７  高温雰囲気ガス供給装置
４８  第一サイクロンフィルタ
４９  第一サイクロン上部バルブ
５０  第一サイクロン下部バルブ
５１  電子線照射装置
【図１】
0003642003.tif 000002
【図２】
0003642003.tif 000003
【図３】
0003642003.tif 000004
【図４】
0003642003.tif 000005
【図５】
0003642003.tif 000006