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JP2002265630A - エンジニアリングプラスチック架橋体の製造方法、およびエンジニアリングプラスチックとふっ素樹脂の共架橋体の製造方法 - Google Patents

エンジニアリングプラスチック架橋体の製造方法、およびエンジニアリングプラスチックとふっ素樹脂の共架橋体の製造方法

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JP2002265630A
JP2002265630A JP2001070786A JP2001070786A JP2002265630A JP 2002265630 A JP2002265630 A JP 2002265630A JP 2001070786 A JP2001070786 A JP 2001070786A JP 2001070786 A JP2001070786 A JP 2001070786A JP 2002265630 A JP2002265630 A JP 2002265630A
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JP
Japan
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engineering plastic
fluororesin
producing
crosslinked
melting point
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JP2001070786A
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Toshiaki Yagi
敏明 八木
Yosuke Morita
洋右 森田
Hajime Nishi
甫 西
Hiroo Kusano
広男 草野
Yasuaki Yamamoto
康彰 山本
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Hitachi Cable Ltd
Japan Atomic Energy Agency
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Hitachi Cable Ltd
Japan Atomic Energy Research Institute
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Publication date
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  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低線量の放射線照射でも架橋させることがで
き、耐熱性、寸法安定性、潤滑性に優れたエンジニアリ
ングプラスチック架橋体の製造方法、およびエンジニア
リングプラスチックとふつ素樹脂の共架橋体の製造方法
を提供する。 【解決手段】 エンジニアリングプラスチックをその融
点の近傍あるいはそれ以上に加熱した状態で酸素濃度1
0torr以下の雰囲気の下で1kGy〜10MGyの
電離性放射線を照射し、エンジニアリングプラスチック
架橋体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジニアリング
プラスチック架橋体の製造方法、およびエンジニアリン
グプラスチックとふっ素樹脂の共架橋体の製造方法に関
し、特に、低線量の放射線照射でも架橋させることがで
き、耐熱性、寸法安定性、潤滑性に優れたエンジニアリ
ングプラスチック架橋体の製造方法、およびエンジニア
リングプラスチックとふつ素樹脂の共架橋体の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】エンジニアリングプラスチックは、優れ
た力学的性質、耐熱性、耐久性を有しており、機械部品
を中心に電気部品、住宅用材等のある程度の強度維持が
必要な部分に使用されている。ふっ素樹脂は、耐熱性、
耐薬品性、耐溶剤性に優れるため、近年その特徴を生か
して、容器の内面コーティングの素材、電線被膜材、流
体移送用チューブ等の用途に用いられており、エンジニ
アリングプラスチックに配合されて用いられる場合もあ
る。
【0003】しかし、エンジニアリングプラスチック
は、ガラス転移点以上の高温における耐熱性や寸法安定
性、動的部位に使用した場合の潤滑性が必ずしも十分と
は言えないため、強度を向上させるために無機フィラー
等の充填材を用いたり、潤滑性を付与するために低分子
量化したふっ素樹脂(ルブリカント)を配合している
が、さらに高性能なエンジニアリングプラスチックのニ
ーズが高まってきている。
【0004】このようなニーズに鑑みてなされた従来の
エンジニアリングプラスチック架橋体の製造方法とし
て、例えば、エンジニアリングプラスチックを照射処理
して架橋させるものが知られている。この方法によれ
ば、耐熱性、寸法安定性、潤滑性に優れたエンジニアリ
ングプラスチック架橋体を得ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のエンジ
ニアリングプラスチック架橋体の製造方法によれば、耐
放射線に優れるエンジニアリングプラスチックを用いた
場合は、架橋が非常に起こりにくく、架橋を起こすため
の高総量照射により逆に劣化が促進されるという問題が
ある。
【0006】従って、本発明の目的は、低線量の放射線
照射でも架橋させることができ、耐熱性、寸法安定性、
潤滑性に優れたエンジニアリングプラスチック架橋体の
製造方法、およびエンジニアリングプラスチックとふつ
素樹脂の共架橋体の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、エンジニアリングプラスチックをその融点
の近傍あるいはそれ以上に加熱し、加熱された状態の前
記エンジニアリングプラスチックに酸素濃度10tor
r以下の雰囲気の下で1kGy〜10MGyを照射する
ことを特徴とするエンジニアリングプラスチック架橋体
の製造方法を提供する。上記構成によれば、エンジニア
リングプラスチックをその融点の近傍あるいはそれ以上
に加熱した状態で放射線を照射することにより、低線量
の放射線照射でも架橋させることができる。
【0008】本発明は、上記目的を達成するため、エン
ジニアリングプラスチック100重量部にふっ素樹脂1
〜100重量部を混練した混合樹脂を前記エンジニアリ
ングプラスチックあるいは前記ふっ素樹脂の融点の近傍
あるいはそれ以上に加熱し、加熱された状態の前記混合
樹脂に酸素濃度10torr以下の雰囲気の下で1kG
y〜10MGyを照射することを特徴とするエンジニア
リングプラスチックとふっ素樹脂の共架橋体の製造方法
を提供する。上記構成によれば、エンジニアリングプラ
スチックあるいはふっ素樹脂の融点の近傍あるいはそれ
以上に加熱した状態で放射線を照射することにより、低
線量の放射線照射でも架橋させることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】<第1の実施の形態>本発明の第
1の実施の形態に係るエンジニアリングプラスチック架
橋体の製造方法について説明する。まず、エンジニアリ
ングプラスチックを準備する。エンジニアリングプラス
チックとしては、熱可塑性ポリイミド(以下「TPI」
という。)、ポリエーテルエーテルケトン(以下「PE
EK」という。)、ポリフェニレンサルファイド(以下
「PPS」という。)、ポリアミドイミド(以下「PA
I」という。)、ポリフェニレンオキサイド(以下「P
PO」という。)、改良ポリフェニレンオキサイド(以
下「PPE」という。)、ポリスルフォン(以下「PS
F」という。)、ポリエーテルスルフォン(以下「PE
S」という。)、液晶ポリマー(以下「LCP」とい
う。)か挙げられる。上記PPEは、溶融成形性を向上
させるため、PPOにポリスチレンを加えた材料であ
る。なお、エンジニアリングプラスチックは、それぞれ
単独あるいは2種以上の混合で使用してもよい。
【0010】次に、エンジニアリングプラスチックをそ
の融点の近傍あるいはそれ以上に加熱する。例えば、エ
ンジニアリングプラスチックとしてPEEKを使用する
場合には、この材料の融点である343℃の近傍あるい
はそれ以上の温度にPEEKを加熱する。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、樹脂の劣化を抑え、架橋の効率を良くするために、
加熱温度はエンジニアリングプラスチックの融点よりも
−10〜30℃高い範囲に抑えることが望ましい。な
お、融点は示差走査熱量計(DSC)により20℃/分
で昇温したときの吸熱ピークから求められる。
【0011】次に、加熱された状態のエンジニアリング
プラスチックに電離性放射線を照射する。電離性放射線
としては、γ綿、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、材料の酸化劣化防止のため、酸素濃度が10tor
r以下の雰囲気で行うことが望ましく、その照射総量は
材料の劣化を抑えるために、1kGy〜10MGyの範
囲内であることが望ましい。高温雰囲気下で電離性放射
線を照射することにより、エンジニアリングプラスチッ
クの主鎖の分子運動を活発にさせ、分子間で架橋が起こ
りやすい状態になり、特に融点以上の照射では樹脂内の
全領域で分子運動が活発になり、ラジカル同士の結合が
起こり易くなる。
【0012】このようにしてエンジニアリングプラスチ
ック架橋体が得られる。なお、エンジニアリングプラス
チック架橋体は、充填剤、着色剤、補強剤等を添加した
ものを含む。
【0013】第1の実施の形態によれば、エンジニアリ
ングプラスチックをその融点の近傍あるいはそれ以上に
加熱した状態で電離性放射線を照射することにより、分
子間の架橋反応を効率よく促進させることが可能とな
る。
【0014】<第2の実施の形態>次に、本発明の第2
の実施の形態に係るエンジニアリングプラスチックとふ
っ素樹脂の共架橋体の製造方法について説明する。ま
ず、エンジニアリングプラスチック100重量部にふっ
素樹脂1〜100重量部を混練して混合樹脂を形成す
る。エンジニアリングプラスチックは、第1の実施の形
態と同様のものを用いることができる。なお、エンジニ
アリングプラスチックは、それぞれ単独あるいは2種以
上の混合で使用してもよい。ふっ素樹脂としては、テト
ラフルオロエチレン系重合体(以下「PTFE」とい
う。)、テトラフルオロエチレン/パーフルオ口(アル
キルビニルエーテル)系共重合体(以下「PFA」とい
う。)、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロ
ピレン系共重合体(以下「FEP」という。)が挙げら
れる。上記PTFEの中には、パーフルオロ(アルキル
ビニルエーテル)、ヘキサフルオロプロピレン、(パー
フルオロアルキル)エチレン、あるいはクロロトリフル
オロエチレン等の共重合性モノマーに基づく重合単位を
1.0モル%以下含有するものも含まれる。また、この
共重合体形式のふっ素樹脂の場合、その分子構造中に少
量の第3成分を含むこともあり得る。また、ふっ素樹脂
は、そのふっ素樹脂の融点以上で酸素濃度10torr
以下の雰囲気の下で1kGy〜10MGyの電離性放射
線を照射して得られる改質ふっ素樹脂も含まれる。ま
た、エンジニアリングプラスチックと混練する際の分散
性を良好にするために、ふっ素樹脂あるいは改質ふつ素
樹脂の粒径は50μm以下であることが望ましい。
【0015】次に、混合樹脂をエンジニアリングプラス
チックおよびふっ素樹脂の融点の近傍あるいはそれ以上
に加熱する。例えば、エンジニアリングプラスチックと
してPEEKを使用し、ふっ素樹脂としてPTFEを使
用する場合は、PEEKの融点は343℃、PTFEの
融点は327℃であるから、327℃か343℃の近傍
あるいはそれ以上の温度に加熱する。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、樹
脂の劣化を抑え、架橋の効率を良くするために、加熱温
度はエンジニアリングプラスチックやふっ素樹脂の融点
よりも−10〜30℃高い範囲に抑えることが望まし
い。なお、融点は示差走査熱量計(DSC)により20
℃/分で昇温したときの吸熱ピークから求められる。
【0016】次に、加熱された状態の混合樹脂に電離性
放射線を照射する。電離性放射線としては、第1の実施
の形態と同様に、γ綿、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、第1の実施の形態と同様に、酸素濃度が10
torr以下の雰囲気で行い、1kGy〜10MGyの
範囲内であることが望ましい。ふっ素樹脂をその融点近
傍以上に加熱することにより、ふっ素樹脂を構成する主
鎖の分子運動を活発化させる。なお、ふっ素樹脂は照射
することにより、分子主鎖が切断するとともに架橋し、
生成する分枝した構造の改質ふっ素樹脂の結晶サイズが
小さくなり、融点が低下することが知られている。この
ことから、照射によって改質されたふっ素樹脂は、融点
が325℃以下のものを用いるのが望ましい。
【0017】このようにしてエンジニアリングプラスチ
ックとふっ素樹脂の共架橋体が得られる。なお、エンジ
ニアリングプラスチックとふっ素樹脂の共架橋体は、充
填剤、着色剤、補強剤等を添加したものを含む。
【0018】第2の実施の形態によれば、エンジニアリ
ングプラスチックあるいはふっ素樹脂の融点の近傍ある
いはそれ以上に加熱した状態で電離性放射線を照射する
ことにより、分子間の架橋反応を効率よく促進させるこ
とが可能となる。また、エンジニアリングプラスチック
にふっ素樹脂をブレンドした混合樹脂に、高温雰囲気下
で電離性放射線を照射すると、それぞれの樹脂で生成し
たラジカル同士の相互作用が起こり、架橋効率が相乗的
に向上する。
【0019】
【実施例】<実施例1〜7>フレーク状のPEEKパウ
ダ(ビクトレックス・エムシー社製、450P)にPT
FEルブリカント(喜多村社製、KTL−610)の0
重量部(実施例1、2)、11重量部(実施例3)、2
5重量部(実施例4、5)、67重量部(実施例6)、
改質PTFE(旭硝子社製のPTFEモールディングパ
ウダG163に、酸素濃度0.5torr以下の真空
下、350℃の加熱温度の下で吸収線量50kGyの電
子線を照射し、平均粒径20μmになるまで粉砕したパ
ウダ)の25重量部(実施例7)をブラベンダ社製のミ
キサーにより、350℃・スクリュー回転数30rpm
で3分間混練し、PEEK/PTFEの混合樹脂を得
た。
【0020】次に、PEEK単体およびPEEK/PT
FEの混合樹脂を400℃、150kgf/cm2で5
分間保持した後、300℃になるまで保圧して圧縮プレ
スし、0.5mm×100mm×100mmのシートを
作成した。
【0021】さらに、酸素濃度0.5torrの真空
下、335℃(実施例1、3、4、6、7)、355℃
(実施例2、5)の加熱温度(照射温度)の下で、吸収
線量100kGy(実施例1、4)、50kGy(実施
例2、3、5、6、7)のγ線を照射し、厚さ0.5m
mの試験用サンプルシートを作成した。
【0022】<比較例1〜5>比較例1として、PEE
K単体、比較例2、3、4として、前述のPTFEルブ
リカント25重量部(比較例2、3)、167重量部
(比較例4)をPEEKにブレンドした混合樹脂、比較
例5として、PTFEモールディングパウダG163を
25重量部PEEKにブレンドした混合樹脂を圧縮プレ
スし、サンプルシートを得た。
【0023】比較例3のサンプルシートには、さらに、
酸素濃度0.5torrの真空下、365℃の加熱温度
の下で、吸収線量50kGyのγ線を照射した。
【0024】表1に実施例1〜7、表2に比較例1〜5
によって得られたサンプルシートを対象にして行つた融
点、溶融粘度、ガラス転移点、線膨張係数、摺動特性お
よび引張特性の測定結果を示す。
【表1】
【表2】
【0025】融点は、示差走査熱量計(DSC)によ
り、20℃/分で昇温したときの吸熱ピークから求め
た。溶融粘度測定は、フローテスタ(ダイの長さ8m
m、直径2mm)を使用し、測定温度400℃、荷重1
0kgfで行った。ガラス転移点、線膨張係数の測定
は、熱機械分析(TMA)により、10℃/分で昇温し
て行った。線膨張係数は90〜110℃の係数が直線的
になる部分から求めた。摺動試験は、リングオンディス
ク型摩擦摩耗試験機(JIS K 7218)を使用し、
相手材には表面粗さ0.2μmのSUS304を用い
た。また、測定条件は面圧0.098MPa、周速60
m/分、室温で行った。引張試験は、ISO R 527
に準じて、クロスヘッド速度50mm/分で行った。
【0026】表1、2における実施例と比較例から明ら
かなように、ガラス転移温度に関して、実施例ではガラ
ス転移温度が高温側にシフトしており、架橋により耐熱
性が向上していることが分かる。線膨張係数に関して
は、実施例では線膨張係数が小さく、寸法安定性に優れ
ている。特にPEEK単体の照射品は、金属並みの線膨
張係数である。これに対し、比較例では線膨張係数が大
きい。また、摺動特性に関しては、PTFEのブレンド
量の多い共架橋体で、耐摩耗性と低摩擦係数が実現され
ている。一方、比較例ではPTFEの分子量が大き過ぎ
て分散が悪くなったり、ブレンド量が多過ぎることによ
って材料が脆くなり(比較例4、5)、折り曲げによっ
て簡単に割れてしまった。比較例3では、照射温度が高
すぎて材料の劣化が起こり、著しい発泡が見られた。
【0027】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明のエンジニア
リングプラスチック架橋体の製造方法、およびエンジニ
アリングブラスチックとふっ素樹脂の共架橋体の製造方
法によれば、エンジニアリングプラスチックあるいはふ
っ素樹脂の融点の近傍あるいはそれ以上に加熱した状態
で放射線を照射することにより、従来、架橋が非常に困
難であったエンジニアリングプラスチックを低線量で架
橋させることが可能となる。また、この製造方法により
得られるエンジニアリングブラスチック架橋体、および
エンジニアリングプラスチックとふっ素樹脂の共架橋体
は、耐熱性、寸法安定性、摺動特性に優れており、この
工業的価値は極めて大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 洋右 群馬県高崎市綿貫町1233番地 日本原子力 研究所高崎研究所内 (72)発明者 西 甫 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 草野 広男 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 山本 康彰 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社総合技術研究所内 Fターム(参考) 4F070 AA41 AA52 AA55 AA56 AA58 AC79 GA04 GB02 HA03 HB01 4J002 BD132 BD152 BD162 CH071 CH091 CM041 CN011 CN031 FD172 GM00

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジニアリングプラスチックをその融点
    の近傍あるいはそれ以上に加熱し、 加熱された状態の前記エンジニアリングプラスチックに
    酸素濃度10torr以下の雰囲気の下で1kGy〜1
    0MGyを照射することを特徴とするエンジニアリング
    プラスチック架橋体の製造方法。
  2. 【請求項2】前記エンジニアリングプラスチックは、熱
    可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ
    フェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリフェ
    ニレンオキサイド、改良ポリフェニレンオキサイド、ポ
    リスルフォン、ポリエーテルスルフォン、又は液晶ポリ
    マーである構成の請求項1記載のエンジニアリングプラ
    スチック架橋体の製造方法。
  3. 【請求項3】エンジニアリングプラスチック100重量
    部にふっ素樹脂1〜100重量部を混練した混合樹脂を
    前記エンジニアリングプラスチックあるいは前記ふっ素
    樹脂の融点の近傍あるいはそれ以上に加熱し、 加熱された状態の前記混合樹脂に酸素濃度10torr
    以下の雰囲気の下で1kGy〜10MGyを照射するこ
    とを特徴とするエンジニアリングプラスチックとふっ素
    樹脂の共架橋体の製造方法。
  4. 【請求項4】前記エンジニアリングプラスチックは、熱
    可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ
    フェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリフェ
    ニレンオキサイド、改良ポリフェニレンオキサイド、ポ
    リスルフォン、ポリエーテルスルフォン、又は液晶ポリ
    マーである構成の請求項3記載のエンジニアリングプラ
    スチックとふっ素樹脂の共架橋体の製造方法。
  5. 【請求項5】前記ふっ素樹脂は、テトラフルオロエチレ
    ン系重合体、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ
    (アルキルビニルエーテル)系共重合体、テトラフルオ
    ロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン系共重合体、テ
    トラフルオロエチレン/エチレン系共重合体、ポリビニ
    リデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレ
    ン、クロロトリフルオロエチレン/エチレン系共重合
    体、又はポリビニルフルオライドである構成の請求項3
    記載のエンジニアリングプラスチックとふっ素樹脂の共
    架橋体の製造方法。
  6. 【請求項6】前記ふっ素樹脂は、325℃以下の融点、
    および50μm以下の粒径を有する構成の請求項3記載
    のエンジニアリングプラスチックとふっ素樹脂の共架橋
    体の製造方法。
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