ETFE溶融体の液-固、液-液界面スリップに関する研究
Wall slip and interfacial slip of ETFE◯((正)Sathish K. Sukumaran)(())

Abstract: We studied wall slip of ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE), and interfacial slip of ETFE/PS coaxial
flow. Wall slip velocity and interfacial slip velocity were evaluated by the Mooney method and expansion
Mooney method. The critical stress for wall slip was found to be σc-w=1.0×105 Pa, at which the sharkskin wasobserved. The interfacial roughness of ETFE/PS were observed over the critical stresses of σc-i=4.0×104 Pa. The
slip velocity showed power-low behavior against the interfacial stress.
keywords: ETFE, wall slip, interfacial slip
1.緒言
高分子溶融体はせん断応力の増加により金型

本研究では、耐熱性、低接着性、絶縁性など壁面で滑る(壁面スリップ)ことが一般的に知ら様々な特性に優れるフッ素樹脂の中で、溶融成れており、1931年にMooneyによってスリップ速形が可能なエチレン-テトラフルオロエチレン共度評価方法(Mooney法)が提案されてから、壁面重合体(ETFE)に着目し、壁面スリップ速度、液-スリップに関する研究報告は急激に増加し、樹液界面スリップ速度を測定し、また得られた押脂の種類や分子量依存性、温度依存性など様々出物の粗さ測定を行った。

な条件で解析が行われている。また、高分子溶融体をダイ内で合流させて多層フィルムを成形

2.実験方法する共押出法において、しばしば樹脂どうしの本研究では、低融点ETFE ( 旭硝子製,Tm=約

界面で荒れることが問題として挙げられている190℃)と、PS(PSジャパン製,G9305)の2種類の試が、高分子特有の粘弾性挙動により多層流動が非常に複雑になるため、原因の特定には至っていない。界面荒れの原因の一つとして樹脂どうしの界面での滑り(液-液界面スリップ)が挙げられており、樹脂、温度依存性など様々な条件で料を使用し、温度260℃における壁面スリップ
速度測定と液-液界面スリップ測定を行った。液-液界面スリップの試験では、内層にETFE、外層にPSを使用した。スリップ測定はキャピラ研究が行われている1),2)。これまでの報告によるリーレオメーター(東洋精機製作所、キャピログと、PP/PSにおける界面スリップ速度はべき乗ラフ1C)を用い、ダイはL/D=20, 30, 40(D=1.0, 1.5,=Kσm)に従い、また、ある臨界応力におい2.0 mm)、流入角α=60°を使用した。界面スリッてべき乗則指数mが変化することが知られていプ速度測定用の試料として、外径がキャピラリーる。

レオメータの炉体の直径(室温時9.55mm)に調整則(Vs-i

Takuya Ito1, Sathish K. SUKUMARAN1, Masataka
Sugimoto1*, Seigo Kotera2, and Toshitaka Yaoita2.
1Graduate school of Science and Engineering,
Yamagata University.
2Asahi Glass Co., ltd.
*4-3-16 Jounan, Yonezawa, Yamagata, 992-8510
E-mail: sugimoto@yz.yamagata-u.ac.jp
Tel:0238-26-3058, Fax:0238-26-3411

された 2 層円心棒 ( 内層 : ETFE(9.1~9.2 mm) , 外層:PS(0.1~0.2 mm))を作製した。この試料を用いて界面スリップ測定を行った。界面スリップ測定の算出式として、式1に示す拡張Mooney法1)を使用した。
QET F E/P S
Vs i
1=+ 3
⇡Ri3RiiZi02(dVET F E)ddr(1)Q ETFE/PS
Vs-i

RiETFE,σi),(PSTHF)
VK-X100Rq)

3.結果と考察3.1 壁面スリップと押出物形状
図1にL/D=20, d=1mm, α=60°, T=260℃で測定したETFEの流動曲線と光学顕微鏡で撮影した

図1. Flow curve and picture of ETFE

押出物写真、図2にL/D=20, 30, 40, T=260℃で測(L/D=20, D=1mm,α=60°, T=260℃)定したETFEの壁面スリップ速度測定の結果を示す。図1,2より、ETFEの壁面スリップ臨界応力値はL/Dに依らずσw 1.0×10 5 Paであり、臨界応力値付近からシャークスキンが発生し、その後
σw=5.0×105Pa付近でメルトフラクチャーが発生した。HDPEやLLDPEでも、壁面スリップが発生する臨界応力値付近でシャークスキンが発生しており、壁面スリップとシャークスキン発生には関連性があると考えられる。
3.2 液-液界面スリップと押出物形状
図3にL/D=30, α=60°, T=260℃で測定した

図2. Wall slip velocity of ETFE
(L/D=20,30,40 α=60°, T=260℃)

ETFE/PSにおける界面スリップ速度と、押出物の界面粗さ、レーザー顕微鏡で撮影した押出物写真(D=1.5mm, σi=2.0×104Pa, 5.0×104Pa)を示す。

Vs=Kσi m

臨界応力値σc-i 4.0×104Paでべき乗則次数mが変化し、この応力値以上から押出物に界面荒れが見られ、二乗平均平方根粗さRqが増加することを確認した。今後はL/Dによる依存について検討を行う。
4.緒言ETFEの壁面スリップ臨界応力値は、L/Dに依らず約1.0×10 5 Paで、この臨界応力値付近からシャークスキンが見られた。ETFE/PSでは界面スリップが2.0×10 4 Pa付近から発生し、V s-iはべ

図3. Interfacial slip velocity and the root mean squareroughness Rq as a function of interfacial shear stress σifor ETFE/PS(L/D=30, α=60°, T=260℃)

き乗則を示した。σiが大きくなるとべき乗則指参考文献:数が変化し、このとき界面荒れが生じた。液-液1)R. Komuro, S. K. Sukumaran, M. Sugimoto, K.
Koyama, Rheol. Acta, 42, 23-30 (2014)2)H. E. Park, P. C. Lee, C. W. Macosko, J. Rheol. ,54 , 1207-1218 (2010)

界面スリップと界面荒れの関連性が示唆される。