JP2000141478A - 合成樹脂製延伸パイプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱可塑性樹脂からなる管状体を軸方向及び／又
は周方向に延伸して外周拡径比にして１．２倍を超えて
拡径することにより高強度の合成樹脂製延伸パイプを製
造する方法を提供する。 【解決手段】熱可塑性合成樹脂からなる中空前駆体を用
意し、該前駆体に対し、該前駆体の内部に配設された錐
状フォーマーを通すことによる延伸工程を２回以上繰り
返して延伸することを特徴とする合成樹脂製延伸パイプ
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は合成樹脂製延伸パイプ
の製造方法に関する。詳しくは、本発明は熱可塑性樹脂
からなる管状体を軸方向及び／又は周方向に延伸して高
強度の合成樹脂製延伸パイプを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性合成樹脂からなる中空前駆体の
固相延伸の手段としては特公平４−５５３７９号に示さ
れているように合成樹脂製中空前駆体を外径規制ダイと
内径規制フォーマーとからなる延伸治具に通して引張な
がら延伸する方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法によれば、
軸方向および周方向に二軸延伸された合成樹脂管の製造
が可能で、延伸により機械的物性が改良された合成樹脂
管を提供することができる。この外径規制ダイと内径規
制フォーマーとからなる方法における延伸制御範囲を評
価した結果、軸方向の延伸可能倍率は最高数十倍まで到
達できるのに対し、周方向の延伸倍率は内周の拡径比に
して３倍程度までが限界であり、外周の拡径比では１．
２倍を超すと材料の破壊を引き起こし、実質的に拡径す
る方向の延伸は大変難しいことがわかった。本発明の目
的は上記従来技術では困難を伴っていた外周拡径比にし
て１．２倍を超えて拡径するための具体的な拡径手段を
提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは熱可塑性樹
脂を固相延伸する際の樹脂の挙動に着目し、鋭意検討を
重ねた結果、特殊な延伸手段を用いることにより本発明
を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨は、熱可
塑性合成樹脂からなる中空前駆体を用意し、該前駆体に
対し、該前駆体の内部に配設された錐状フォーマーを通
すことによる延伸工程を２回以上繰り返して延伸するこ
とを特徴とする合成樹脂製延伸パイプの製造方法に関す
る。

【０００５】以下図面を用いて本発明の方法の一例につ
き更に説明する。図１は１段目延伸用の延伸装置の模式
的な縦断面図、図２は２段目以降の延伸用の延伸装置の
模式的な縦断面図、図３は１段目延伸、２段目延伸を連
続して行うための延伸装置の模式的な縦断面図である。
図中１は中空前駆体、２は第一オーブン、３は第一外径
規制ダイ、４は第一フォーマー、５は機械的クランプ機
構を持つ引張装置、６は第一冷却水槽、７は延伸管、８
は第二オーブン、９は第二外径規制ダイ、１０は第二フ
ォーマー、１１は機械的クランプ機構を持つ引張装置、
１２は第二冷却水槽、１３は二回以上延伸された延伸管
を示す。

【０００６】本発明に使用する熱可塑性合成樹脂とは、
結晶性の熱可塑性合成樹脂である。このような樹脂の好
ましいものとしては未置換またはハロゲン置換ビニル重
合体、未置換もしくはヒドロキシ置換ポリエステル、ポ
リアミド、ポリエーテルケトン、脂肪族ポリケトン、ポ
リオキシメチレン等が挙げられる。より好ましくは、エ
チレンまたはプロピレンの線状重合体もしくはエチレン
またはプロピレンと少なくとも１種類の他のコモノマー
との線状共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリオキシ
メチレンおよびこれらと少なくとも１種類の他のコモノ
マーとの共重合体が挙げられる。

【０００７】特に好ましいものとしては、エチレンまた
はプロピレンの線状重合体もしくはこれらと少なくとも
１種類のコモノマーとの線状共重合体が挙げられる。本
発明で用いる中空前駆体１とは、熱可塑性合成樹脂から
なる中空の成形物で、両端部の開放した管状体や片端部
のみ開放した容器状体等である。また、断面形状は、用
途に応じ任意であり、例えば円形、楕円形が一般的であ
るが、場合により正方形、長方形もしくは三角形等も可
能である。

【０００８】中空前駆体１は、熱可塑性合成樹脂から押
出成形、射出成形等の方法で形成できる。射出成形や押
出成形を用いるのが最も実用的であるが、場合によって
は、熱可塑性樹脂のブロックから切削加工により中空前
駆体１を削り出す等の方法も考えられる。延伸を開始す
るには中空前駆体１を錐状フォーマー４上に被せる作業
が必要である。

【０００９】つまり、錐状フォーマー４の最大外径は通
常中空前駆体１の内径より大きいので中空前駆体の内径
を拡大する作業が必要となる。例えば中空前駆体１の端
部の内面を切削して内径を大きくすれば、この錐状フォ
ーマー４上に被せる作業を容易にすることができる。ま
た、中空前駆体１を加熱し軟化させて中空前駆体１の端
部を拡径することでもこの作業が容易になる。

【００１０】中空前駆体１を錐状フォーマー４に被せた
後、中空前駆体１の端部を引張手段に固定して、延伸の
準備が完了する。錐状フォーマー４だけでも延伸は可能
であるが、中空前駆体１の外側から規制するダイ３を用
いることにより、より正確な形状にコントロールできる
ので、外部規制ダイ３を用いる場合には錐状フォーマー
４に被せる時に同様にダイ３を潜らせればよい。

【００１１】引張手段５としては、中空前駆体１の端部
を把持して機械的に引っ張る構造のものであって、具体
的には機械式、油圧式、空気圧式等の中空前駆体グリッ
プ機構とワイヤ式、チェーン式、ラックピニオン式等の
引張機構に接続された装置が使用できる。他には、無端
ベルト式のパイプ等引取機を用いて連続的に引張力を中
空加工物に加えることでも延伸を実施できる。

【００１２】本発明においては、中空前駆体１を少なく
とも２回延伸する。２回以上の多段延伸を行うことによ
り、１度の延伸では得られなかった円周方向の高倍率延
伸が可能となり、強度的にも優れた延伸パイプが得られ
る。１段目の延伸は、まず中空前駆体１を所定の温度に
加熱することから行われる。加熱温度は、中空前駆体１
を構成する樹脂の種類等によって異なるが、通常中空前
駆体１を構成する樹脂の融点以下１０℃からガラス転移
温度以上の温度範囲に加熱する。

【００１３】一段目の変形率は中空前駆体１の肉厚変化
割合で表わされ、延伸前の肉厚／延伸後の肉厚が４〜８
程度となるように延伸するのが良い。１段目の延伸終了
後、一段延伸中空体（延伸パイプ）７を冷却しても良い
が、冷却することなく連続して２段目以降の延伸を行っ
ても良い。冷却する場合の冷却装置６としては、例えば
図１に示したような冷却水槽６を用いることができる。

【００１４】この槽６には冷水チラーなどにより温度調
節された水が循環されており、水が漏れないようにシリ
コンラバー等からなるシール機構が延伸パイプ挿入口と
排出口に取り付けられている。延伸パイプ７は挿入口か
ら槽６内に入ると直ちに温度調節された循環水に直接接
触することで冷却される。

【００１５】延伸パイプ７はまた、１段目の延伸後中空
体に熱処理を施し、安定化させても良い。熱処理条件は
樹脂の種類等によって異なるが、結晶性樹脂の場合は一
段目の延伸温度より１０℃から３０℃低い温度範囲で５
分から１時間処理することで安定化することができる。

【００１６】例えば、高密度ポリエチレンの場合は、１
００℃、３０分程度が目安となる。この熱処理は二段目
以降の延伸におけるクラックの発生、材料破壊といった
好ましくない現象を低減する効果がある。現実の製造に
おいては二段目以降の延伸のための予熱工程でこの熱処
理を兼ねることができる。

【００１７】２段目以降の延伸の条件は使用樹脂の融点
以下１０℃からガラス転移温度以上の範囲の温度に加熱
し、前段延伸後の肉厚／当該段延伸後の肉厚にして１．
５〜３程度となるように延伸すれば良い。２段目以降の
延伸処理に際しては、１段目の延伸を生かすため１段目
の延伸温度より１〜１０℃程度低い温度で延伸を行うの
が良い。

【００１８】最終的な延伸倍率は変形率にして５〜１５
とするのが高強度の管を得るのに望ましい。本発明で
は、図１、図２に示すような引張手段を有しダイ３およ
び錐状フォーマー４を一組だけ設置でき、かつこれらが
交換可能な装置を用い、有限長さの中空加工物を延伸変
形させて出口側からすべて回収して１段目の延伸を完結
した後、その装置に大径なダイ８および錐状フォーマー
１０を交換設置し、２段目以降の延伸を実施する方法も
含まれる。

【００１９】また本発明では、図３に示すような引張手
段を有し外径規制ダイ３、８および錐状フォーマー４、
９が複数組直列に設置された装置を用い、中空前駆体を
順次延伸変形させて製造する方法も含まれる。以下、具
体的実施例を以て本発明を説明するが、本発明はその要
旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではな
い。

【００２０】実施例１ 図１、図２に概略を示した装置を用いた。ポリエチレン
樹脂（日本ポリケム社の市販品ノバテックＨＤ ＨＦ４
１０；密度：０．９５５ｇ／ｃｍ³、ＭＦＲ：０．０６
ｇ／１０分、融点１３５℃）を押出機を用いて円筒形状
に溶融押出し、真空式外径サイジング装置で外径６０ｍ
ｍ、内径３０ｍｍ、長さ１．７ｍの円筒型中空前駆体１
を製造した。

【００２１】この中空前駆体１の１段目の延伸を以下の
手順で実施した。まず中空前駆体１の一端を長さ７００
ｍｍにわたって中心軸を通る平面に沿って切削加工によ
りスリットを入れた。加工した端末の内側に１２０℃に
保持できる電熱機構を設けた半頂角１５゜、最大外径７
０ｍｍ（中空前駆体外径の１．１７倍）の円錐状フォー
マー４を挿入して、下流側端部にテーパーの無い外径規
制ダイ３（内径７５ｍｍ）が設置されたオーブン２中に
入れ、スリット部分を機械的クランプ機構を持つ引張装
置５に把持した。

【００２２】極めて遅い速度で引張装置を動かし中空前
駆体の内部にフォーマーを引き込んだ後、外径規制ダイ
とフォーマーの位置を調整した。１２０℃で約３時間放
置した後、引張装置の引張張力をモニターしながら延伸
速度１０ｍｍ／分で延伸を開始し、張力が安定したのを
確認後、延伸速度５０ｍｍ／分に上昇させて延伸した。

【００２３】張力は増加後漸次減少しながら安定し、そ
れに伴いネッキングが現れ、管が不透明から次第に半透
明に変化するのが観察された。７００ｍｍほど延伸させ
た後、延伸を止め先端をクランプからはずし、管を冷却
水槽に通した。冷却水槽は長さ６００ｍｍ、幅約４００
ｍｍ、深さ約４００ｍｍの第一冷却水槽６で、シール機
構を施した横壁の挿入口および排出口に管を通した。

【００２４】中空加工物（延伸管７）の先端を再度クラ
ンプし、水槽に約６℃の冷水を循環させ、冷水がフォー
マー上の延伸管７の一部を冷やせる位置に固定した。こ
の条件で中空前駆体１のすべてが延伸されて、外径７０
ｍｍ、内径６３ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの半透明で光沢の
ある延伸管７を得た。この延伸管７から実質的に均質な
２．５ｍを切り出した。

【００２５】次に、この延伸管７の２段目の延伸を以下
の手順で実施した。まずこの延伸管７の一端を長さ７０
０ｍｍにわたって中心軸を通る平面に沿って切削加工に
よりスリットを入れた。加工した端末の内側に１１０℃
に保持できる電熱機構を設けた半頂角１５゜、最大外径
１００ｍｍ（中空前駆体外径の１．６７倍）の円錐状フ
ォーマー１０を挿入して、下流側端部にテーパーの無い
外径規制ダイ９（内径１０５ｍｍ）が設置されたオーブ
ン８中に入れ、スリット部分を機械的クランプ機構を持
つ引張装置１１に把持した。

【００２６】極めて遅い速度で引張装置を動かし延伸管
７の内部にフォーマーを引き込んだ後、外径規制ダイ９
とフォーマー１０の位置を調整した。１１０℃で約１時
間放置した後、引張装置の引張張力をモニターしながら
延伸速度１０ｍｍ／分で延伸を開始し、張力が安定した
のを確認後、延伸速度５０ｍｍ／分に上昇させて延伸し
た。

【００２７】７００ｍｍほど延伸させた後、延伸を止め
先端をクランプからはずし、二段目延伸管１３を長さ６
００ｍｍ、幅約４００ｍｍ、深さ約４００ｍｍの冷却水
槽１２の、シール機構を施した横壁の挿入口および排出
口に通した。２段目延伸管１３の端部を再度クランプ
し、水槽に約６℃の冷水を循環させ、冷水がフォーマー
上の二段目延伸体１３の一部を冷やせる位置に固定し
た。

【００２８】この条件で二段目延伸管１３のすべてが延
伸されて、外径８８ｍｍ、内径８５ｍｍ、肉厚１．５ｍ
ｍの半透明で光沢のある二段目延伸管１３を得た。この
二段目延伸管１３から、軸方向および円周方向に幅１５
ｍｍ、長さ１５０ｍｍの短冊を打ち抜き、２３℃にて２
４時間状態調節後、引張速度１０ｍｍ／分の引張試験に
より引張降伏強度を測定した。

【００２９】その結果、軸方向の引張降伏強度は１０５
ＭＰａ、円周方向の引張降伏強度は５２ＭＰａであっ
た。比較のため同じ原料樹脂を溶融プレス法で成形した
２ｍｍ厚のシートの弾性率を同様の方法で測定したとこ
ろ２１ＭＰａであり、得られた延伸管はの軸方向と円周
方向のいずれの方向にも強化された二軸延伸体であるこ
とが確認された。

【００３０】比較例１ 実施例１で用いたと同様の中空前駆体１（未延伸）に実
施例１の２段目延伸で用いた半頂角１５゜、最大外径１
００ｍｍ（中空前駆体外径の１．６７倍）の円錐状フォ
ーマー１０を挿入して、下流側端部にテーパーの無い外
径規制ダイ８（内径１０５ｍｍ）が設置されたオーブン
８中に入れ、スリット部分を引張装置に機械的クランプ
機構１１により把持した。極めて遅い速度で引張装置を
動かし中空前駆体の内部にフォーマーを引き込むことを
試みたが、スリット端部のノッチ部の裂けが止まらずフ
ォーマーが中空前駆体内部に入らなかった。

【００３１】比較例２ 実施例１と同様の中空前駆体を、半頂角１５゜最大外径
８０ｍｍ（中空前駆体外径の１．３３倍）の円錐状フォ
ーマーと内径６５ｍｍの外径規制ダイを用い実施例１の
１段目延伸とほぼ同様の操作により冷却水槽を用いて１
２０℃において延伸速度２００ｍｍ／分で延伸し、外径
８３ｍｍ、内径７９ｍｍ、肉厚２ｍｍの半透明で光沢の
ある延伸管を得た。

【００３２】この管から、軸方向および円周方向に幅１
５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの短冊を打ち抜き、２３℃にて
２４時間状態調節後、引張速度１０ｍｍ／分の引張試験
により引張降伏強度を測定した。その結果、軸方向の引
張降伏強度は１１０ＭＰａ、円周方向の引張降伏強度は
３９ＭＰａであった。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の樹脂管状
体の製造方法によれば、従来技術では不可能であった外
周拡径比１．２倍を超える高倍率の円周方向延伸倍率を
有する高強度の延伸パイプが製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】１段目延伸用の延伸装置の模式的な縦断面図

【図２】２段目以降の延伸用の延伸装置の模式的な縦断
面図

【図３】１段目延伸、２段目延伸を連続して行うための
延伸装置の模式的な縦断面図である。

【符号の説明】

１ 中空前駆体 ２ 第一オーブン ３ 第一外径規制ダイ ４ 第一フォーマー ５ 機械的クランプ機構を持つ引張装置 ６ 第一冷却水槽 ７ 延伸管 ８ 第二オーブン ９ 第二外径規制ダイ １０ 第二フォーマー １１ 機械的クランプ機構を持つ引張装置 １２ 第二冷却水槽 １３ 二回延伸された延伸管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F210 AA04 AG08 QA06 QC01 QC05 QG02 QQ01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱可塑性合成樹脂からなる中空前駆体を用
   意し、該前駆体に対し、該前駆体の内部に配設された錐
   状フォーマーを通すことによる延伸工程を２回以上繰り
   返して延伸することを特徴とする合成樹脂製延伸パイプ
   の製造方法。