(57)【要約】【課題】  シートの蛇行を防止し、ＰＴＦＥの改質を長尺に亘って製造できるふっ素樹脂シートの製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】  ふっ素樹脂シート９ａを加熱ゾーン１で加熱した後、照射ゾーン３で、そのシート９ａに電子線等を照射して改質し、これを冷却ゾーン５で冷却して巻き取るにおいて、改質後のシート９ｂを温度２８０〜３６０℃の下で加圧ロール７で加圧しながら冷却して巻き取ることで、蛇行がなく、しかもしわがないシートにすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送り出されてくるふっ素樹脂シートを加熱した後、そのシートに電離性放射線を照射して改質し、さらにそのシートを温度２８０〜３６０℃の下で加圧した後、そのシートを冷却して巻き取ることを特徴とするふっ素樹脂シートの製造方法。
【請求項２】
加圧する圧力が０．１ＭＰａ〜０．６ＭＰａである請求項１記載のふっ素樹脂シートの製造方法。
【請求項３】
ふっ素樹脂シートを酸素濃度１０ｔｏｒｒ以下の不活性ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態で電離性放射線を照射線量１ｋＧｙ〜１０ＭＧｙの範囲で照射し改質する請求項１又は２記載のふっ素樹脂シートの製造方法。
【請求項４】
送り出されてくるふっ素樹脂シートを加熱する加熱手段と、当該加熱手段を通過してきたシートに電離性放射線を照射して改質する改質手段と、当該改質手段を通過してきたシートを温度２８０〜３６０℃の下で、加圧する加圧ロールと、当該加圧ロールを通過してきたシートを冷却する冷却手段と、当該冷却手段を通過してきたシートを巻き取る巻き取り手段を備えたことを特徴とするふっ素樹脂シートの製造装置。
【請求項５】
加圧ロールの加圧する圧力が０．１ＭＰａ〜０．６ＭＰａである請求項４記載のふっ素樹脂シートの製造装置。
【請求項６】
前記改質手段は、ふっ素樹脂シートを酸素濃度１０ｔｏｒｒ以下の不活性ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態で電離性放射線を照射線量１ｋＧｙ〜１０ＭＧｙの範囲で照射し改質する請求項４又は５記載のふっ素樹脂シートの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐摩耗性に優れた改質ふっ素樹脂シートを製造する製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ふっ素樹脂は、電気特性、耐薬品性、耐熱性に優れており、産業用、民生用の各種用途に広く利用されている。しかし、ふっ素樹脂のみの配合では摺動環境下では摩耗が大きく使用できないケースがある。このため、ふっ素樹脂にカーボン繊維等の充填材を配合し耐摩耗性を改良している。しかし、充填材を配合した場合には摩擦係数が高くなってしまう。また、ふっ素樹脂は元来白色であるが、充填材の色がついてしまうために、食品や半導体関係の装置では大きな問題となっている。
【０００３】
この対策として、テトラフルオロエチレン系重合体（以下ＰＴＦＥという）に、酸素濃度１０ｔｏｒｒ以下の不活性ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態で電離性放射線を照射線量１ｋＧｙ〜１０ＭＧｙの範囲で照射したＰＴＦＥ（以下改質ＰＴＦＥ）を用いることにより摩耗やクリープ変形を改善することが採用されている。
【０００４】
改質ＰＴＦＥの製造法は、使用するふっ素樹脂原料の形態により粉末照射法（特許文献１）とシート照射法（特許文献２）に分類できる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６１７５１号公報
【特許文献２】特開２００２−３２１２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
粉末照射法は、粉体の飛散防止や精密な温度制御に製造上注意が必要であるが、製造技術はすでに確立されているものの、粉体からシートを製造するためコストが高くなる問題がある。
【０００７】
一方、シート照射法は取扱いが容易であり、低コスト化が可能な量産製造法として有効であるが、照射シートの蛇行が技術課題であった。
【０００８】
本発明の目的は、シートの蛇行を防止し、ＰＴＦＥの改質を長尺に亘って製造できるふっ素樹脂シートの製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、送り出されてくるふっ素樹脂シートを加熱した後、そのシートに電離性放射線を照射して改質し、さらにそのシートを温度２８０〜３６０℃の下で加圧した後、そのシートを冷却して巻き取るふっ素樹脂シートの製造方法である。
【００１０】
請求項２の発明は、加圧する圧力が０．１ＭＰａ〜０．６ＭＰａである請求項１記載のふっ素樹脂シートの製造方法である。
【００１１】
請求項３の発明は、ふっ素樹脂シートを酸素濃度１０ｔｏｒｒ以下の不活性ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態で電離性放射線を照射線量１ｋＧｙ〜１０ＭＧｙの範囲で照射し改質する請求項１又は２記載のふっ素樹脂シートの製造方法である。
【００１２】
請求項４の発明は、送り出されてくるふっ素樹脂シートを加熱する加熱手段と、当該加熱手段を通過してきたシートに電離性放射線を照射して改質する改質手段と、当該改質手段を通過してきたシートを温度２８０〜３６０℃の下で、加圧する加圧ロールと、当該加圧ロールを通過してきたシートを冷却する冷却手段と、当該冷却手段を通過してきたシートを巻き取る巻き取り手段を備えたふっ素樹脂シートの製造装置である。
【００１３】
請求項５の発明は、加圧ロールの加圧する圧力が０．１ＭＰａ〜０．６ＭＰａである請求項４記載のふっ素樹脂シートの製造装置である。
【００１４】
請求項６の発明は、前記改質手段は、ふっ素樹脂シートを酸素濃度１０ｔｏｒｒ以下の不活性ガス雰囲気下で、且つその融点以上に加熱された状態で電離性放射線を照射線量１ｋＧｙ〜１０ＭＧｙの範囲で照射し改質する請求項４又は５記載のふっ素樹脂シートの製造装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、照射後のふっ素樹脂シートを温度２８０〜３６０℃で加圧することで、巻き取り時のシートは破断やしわが発生せず、蛇行を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施形態を添付図面により説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に使用される設備の概要を示したもので、１は発熱体等の加熱手段を備えた加熱ゾーン、２は電離性放射線の照射ホーン、３は上方に放射線が透過するチタン箔の照射窓４を配した照射ゾーン（改質手段）、５は冷却手段を備えた冷却ゾーンで、これらはそれぞれ機台２０上に設けられる。
【００１８】
加熱ゾーン１には、その内部を均一な温度分布となるように撹拌するファン６が設けられ、加熱ゾーン１の入口側には、仕切りロール８ａが設けられ、加熱ゾーン１と照射ゾーン３とは、仕切りロール８ｂと仕切り板１５ａで仕切られ、その間をふっ素樹脂シート９が通過するようになっている。
【００１９】
照射ゾーン３の内部には、改質を進行させるため、酸素濃度が規定値以下となるよう、窒素ガスなどの不活性ガスが封入され不活性ガス雰囲気に保たれている。
【００２０】
照射ゾーン３と冷却ゾーン５間は、加圧ロール７と仕切り板１５ｂで仕切られ、冷却ゾーン５の出口側には、仕切りロール８ｃが設けられて、照射ゾーン３内の窒素ガスの流出を防ぎ、加熱ゾーン１と冷却ゾーン５の気密性を確保できるようになっている。
【００２１】
本発明における装置は、シールドルーム内に設置されていて、送出ボビン１０から送り出されたふっ素樹脂シート９は加熱ゾーン１、照射ゾーン３、冷却ゾーン５を通過し、巻き取り手段としての巻き取りボビン１１に巻き取る構造になっている。なお巻き取りボビン１１には巻き取り駆動装置（図示せず）が設けられ、一定の張力でシート９ｂを巻き取るようになっている。
【００２２】
図２に示すように、加熱ゾーン１と冷却ゾーン５の側壁１８間には、矯正用ガイド１３ａ、１３ｂが設けられる。この矯正用ガイド１３ａ、１３ｂは、シートのずれ（シートの幅方向のずれ）を補正するための治具であり、具体的には、シート９がずれた場合、図２中の照射ゾーン前のふっ素樹脂シート９ａと照射ゾーン後の改質ふっ素樹脂シート９ｂの側端が左右の矯正用ガイド１３ａ、１３ｂのガイド部材１６ａ，１６ｂに当たり、シート９の幅方向のずれを防止するためのものである。
【００２３】
また、側壁１８には、仕切りロール８ａ，８ｂ，８ｃが回転自在に支承されている。
【００２４】
加熱ゾーン１、照射ゾーン３は高温に保持されており、加熱ゾーン１でシート９ａを改質の最適温度まで加熱し、照射ゾーン３ではその温度近傍で電子線加速器等により照射ホーン２から電離性放射線を照射し、その後冷却ゾーン５でシート９ｂを冷却し、巻き取る構造になっている。
【００２５】
本発明における電離性放射線としては、γ線、電子線、Ｘ線、中性子線、あるいは高エネルギーイオン等が使用される。電離性放射線の照射は酸素不在のもとで行うことが望ましく、また、その照射線量は１ｋＧｙ〜１０ＭＧｙの範囲内であることが望ましい。さらに、ふっ素樹脂の低摩擦性、耐摩耗性を改善する観点からすると、この電離性放射線のより好ましい照射線量は、１０ｋＧｙ〜５００ｋＧｙである。
【００２６】
電離性放射線の照射を行うに際しては、ＰＴＦＥをその結晶融点（例えば３２７℃）以上に加熱した状態で電離性放射線を照射する。
【００２７】
ＰＴＦＥをその結晶融点以上に加熱することは、ふっ素樹脂を構成する主鎖の分子運動を活性化させることになり、その結果、分子間の架橋反応を効率良く促進させることが可能となる。但し、過度の加熱は、逆に分子主鎖の切断と分解を招くようになるので、このような解重合現象の発生を抑制する意味合いから、加熱ゾーン１での加熱温度は、ふっ素樹脂の結晶融点よりも１０〜３０℃高い範囲内に抑えるのが好ましい。
【００２８】
本発明では過度の酸素濃度で照射すると架橋が抑制されＰＴＦＥの分解が起こるため、照射ゾーン３では、酸素濃度１０ｔｏｒｒ以下で改質することが好ましい。
【００２９】
さて、本発明において改質したシートが蛇行する原因を検討した結果、シート幅方向の温度分布によりシートがうねりしわ（波打ち）を発生し、これによりシートが蛇行し、結果として均一に巻き取ることが難しくなることが分かった。この解析を基にその解決法について種々検討した結果、高温下でシートを加圧し、生成したしわを除去することが有効なことを見出し本発明に至った。
【００３０】
そこで、加圧ロール７を加圧治具１２にて加圧力を調整できるようにしたものである。
【００３１】
先ず、加圧ロール７は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように昇降自在な枠体２１に回転自在に設けられ、歯車減速装置２２を介して枠体２１に設けられたモータ２３にて駆動される。加圧治具１２は、枠体２１を介して加圧ローラ７を加圧バネ１４で押圧するもので、治具本体２５内に枠体２１のロッド２４が上下摺動自在に設けられ、治具本体２５内に加圧バネ１４が収容され、その加圧バネ１４がロッド２４に設けたナット２６に係合し、加圧バネ１４より、ナット２６、ロッド２４、枠体２１を介して加圧ロール７を押圧するようにされる。また加圧力は、ナット２６の位置を調整することで自在に変更できるようになっている。
【００３２】
以上において、送出ボビン１０から送り出されたふっ素樹脂シート９ａは、加熱ゾーン１で、ふっ素樹脂の結晶融点（例えば３２７℃）よりも１０〜３０℃高い範囲に加熱され、照射ゾーン３にて、１０ｋＧｙ〜５００ｋＧｙで電子線が照射され、その後、冷却ゾーン５を通過する間に改質ふっ素樹脂シート９ｂは、加圧ロール７と仕切り板１５ｂの上面間で加圧された後、冷却ゾーン５に入り、そこで冷却されて巻き取りボビン１１に巻き取られる。この仕切り板１５ｂの上面は滑りやすい材料で形成されている。なお、仕切り板１５ｂに代えて受けロールを用いその受けロールと加圧ロール７とでシート９ｂを挟んで加圧するように構成してもよい。
【００３３】
本発明においては、照射ゾーン３で電子線照射後に、加圧ロール７でシート９ｂを加圧することで、照射で発生したしわを延ばして巻き取ることが可能となる。
【００３４】
加圧ロール７で加圧する面圧は０．１〜０．６ＭＰａが効果的である。面圧が０．６ＭＰａより大きな圧力ではシート９ｂが破断し、０．１ＭＰａ未満の圧力ではしわを除去できずに蛇行する。
【００３５】
また、加熱ゾーン１と冷却ゾーン５での矯正用ガイド１３ａ，１３ｂでの蛇行防止を併用することにより蛇行発生時に効果がある。
【００３６】
また加圧時の加圧温度は、２８０〜３６０℃が良い。これ以下の温度では成形時に加わった歪が緩和されず、これ以上の温度ではシートが伸張あるいは溶断してしまうためである。
【００３７】
上述の実施の形態では、加圧ロール７をモータ２３で回転しつつ昇降動させてシート９ｂを加圧するようにしたが、上述のように仕切り板１５ｂに変えて受けロールとし、これを駆動するようにして、加圧ロール７は回転自在にして加圧のみ行うように構成してもよい。また加圧治具１２として加圧バネ１４を用いてシートを加圧する例を示したが、空気圧あるいは油圧シリンダを用いて加圧するようにしてもよい。
【実施例】
【００３８】
次に、上記の装置を用い、加圧ロールの加圧力と加圧温度を種々変えた時の実施例と比較例とを説明する。
【００３９】
この実施例と比較例において、シートが千切れて巻き取れなくなった場合に破断と判定した。
【００４０】
また、全長３ｍの照射装置で加熱及び照射された後に室温まで冷却したシートを、表面に凹凸のない金属板の上に載せたとき、０．１ｍｍ以上浮いた場合に、しわと判定した。
【００４１】
さらに、全長３ｍの照射装置で加熱及び照射されたシートを巻き取る巻き取りボビン１１において、巻き取り開始時のシートの位置からシートの幅方向に５ｃｍ以上シートがずれた場合に、蛇行と判定した。
【００４２】
（実施例１〜１８）
全長３ｍの照射装置は３つの仕切られた部屋（加熱ゾーン１，照射ゾーン３、冷却ゾーン５）があり、窒素雰囲気に保たれている。
【００４３】
ここに心棒に巻かれた幅が４００ｍｍで、厚さが０．１ｍｍ（実施例１〜６）と０．４ｍｍ（実施例７〜１２）と１．０ｍｍ（実施例１３〜１８）のそれぞれのシートについて、装置の一方からシートを送り出すと共に他方から巻き取り、照射ゾーンの照射時のシート温度が３３５±４℃になるように、精密な温度制御をしつつ、１００ｋＧｙの電子線を照射し、加圧ロ−ルでＰＴＦＥシートに荷重を加えながら搬送させた。
【００４４】
加圧時のＰＴＦＥシートの温度は、２８０℃（実施例１，４，７，１０，１３，１６）と３２０℃（実施例２，５，８，１１，１４，１７）と３６０℃（実施例３，６，９，１２，１５，１８）の３条件で、加圧ロールの荷重は、０．１ＭＰａ（実施例１〜３，７〜９，１３〜１５）と０．６ＭＰａ（実施例４〜６，１０〜１２，１６〜１８）の２条件で、それぞれ変えて行った。
【００４５】
１００ｍ搬送したときのシートの破断、しわ、蛇行の状況を確認した。その結果、シートの破断、実施例１〜１８は、しわ、蛇行とも発生しなかった。
【００４６】
（比較例１〜２４）
実施例１〜１８の中で加圧時の温度による影響を比較した。すなわち、温度を２６０℃（比較例１，２、１１，１２，２１，２２）あるいは３８０℃（比較例３，４，１２，１４，２３，２４）に設定してシート厚さ０．１ｍｍ、０．４ｍｍ、１．０ｍｍのそれぞれを搬送させ、実施例と同様にシートの破断、しわ、蛇行の状況を確認した。
【００４７】
その結果、シート厚さ０．１ｍｍ、０．４ｍｍで、２６０℃（比較例１，２，１１，１２）では、しわの発生があり、シートの厚さが１．０ｍｍ、２６０℃の場合（比較例２１，２２）では、しわの発生はなかった。但しシートの厚さが１．０ｍｍの場合は、変形しにくいため、しわの発生が抑えられるものの蛇行が発生した。
【００４８】
３８０℃（比較例３，４，１３，１４，２３，２４）では、いずれもしわの発生はないものの、いずれもシートが破断してしまった。
【００４９】
これにより、温度は２８０〜３６０℃の範囲が好ましいことが判った。
【００５０】
次に、加圧力による影響を比較した。
【００５１】
実施例１〜１８のシート厚さ０．１ｍｍ、０．４ｍｍ、１．０ｍｍの条件の中で、それぞれ仕切ロールの荷重を０ＭＰａ（比較例５〜７，１５〜１７，２５〜２７）あるいは０．８ＭＰａ（比較例８〜１０，１８〜２０，２８〜３０）に設定して搬送させた。
【００５２】
その結果、０ＭＰａで、シートの厚さが１．０ｍｍの場合（比較例２５〜２７）では変形しにくいため、しわの発生は抑えられたが、０．１ｍｍ、０．４ｍｍの場合（比較例５〜７，１５〜１７）ではしわが発生した。
【００５３】
また０．８ＭＰａでは、シートの厚さ１．０ｍｍの場合（比較例２８〜３０）ではしわの発生がなく、０．１ｍｍ、０．４ｍｍで、温度３２０、３６０℃の場合（比較例６，７，１９，２０）では、しわの発生がなく、温度２８０℃の場合（比較例５，１５）ではしわの発生があった。またシート厚さにかかわらず０．８ＭＰａでは、いずれも破断があった。
【００５４】
これにより、加圧ロールの荷重は、０．１〜０．６ＭＰａの範囲が好ましいことが判った。
【００５５】
以下、表１に実施例及び表２に比較例の試験結果を示す。
【００５６】
【表１】
2006160807.tif 000003
【００５７】
【表２】
2006160807.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明によるシート照射法での改質ＰＴＦＥを製造する装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線の平面図である。
【図３】本発明によるシート照射法での改質ＰＴＦＥを製造する装置の加圧治具の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  加熱ゾーン
２  照射ホーン
３  照射ゾーン
４  照射窓
５  冷却ゾーン
６  ファン
７  加圧ロール
８ａ，８ｂ，８ｃ  仕切ロール
９ａ  照射前のシート
９ｂ  照射後のシート
１０  送出ボビン
１１  巻き取りボビン
１２  加圧治具
１３ａ，１３ｂ  矯正用ガイド
１４  加圧バネ
１５ａ，１５ｂ  仕切り板
【図１】
2006160807.tif 000005
【図２】
2006160807.tif 000006
【図３】
2006160807.tif 000007