JP2009113324A - 樹脂中空管の製造方法 - Google Patents
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- Shaping By String And By Release Of Stress In Plastics And The Like (AREA)
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Abstract
【解決手段】本発明の樹脂中空間の製造方法は、ストランド供給部、引取り部、および供給部と引取り部との間に配置した赤外線集光加熱部を有する加熱延伸装置内で、熱可塑性樹脂からなるストランドを、該熱可塑性樹脂に吸収される波長を含む赤外線を該ストランドに向けて複数方向から集光することにより、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱しながら延伸することにより、該ストランドの延伸方向に中空部を連続的に形成する工程Yを有する樹脂中空管の製造方法。
【選択図】図2
Description
従来より、光ファイバのコア形成用の中空管、光ファイバのクラッド中空管、医療用チューブ等の中空管は、管の寸法精度として、高い真円度のほか、管内壁の平滑性が要求されている。
溶融押出法で製造する方法は、マンドレル(芯線)を用いるか否かに関わらず、管状の口金部を有するダイから溶融した樹脂を押出すことにより製造するため、押出機内部での樹脂の滞留時間が長いほど、熱分解生成物やゲル化物などの滞留劣化物が生成し易いといった問題がある。
これらの問題を解決するための様々な方法が従来提案されている(例えば特許文献1、2参照)。
た問題、マンドルを用いない場合には中空管内壁に汚染物が付着したり、流れ方向に筋が発生し易くなり、中空管内壁表面の平滑性を損ない易い問題、マンドルを用いる場合には、マンドレルから中空管を引き抜く際に中空管が変形して残留歪みを生じたり、中空管内壁が傷ついたりする問題や、中空管内壁にマンドレル表面から脱離した金属や潤滑剤の一部が移行し、汚染物となるといった問題)を解決するための手段としては、不充分であり、いまだ改善の余地があった。
すなわち本発明の樹脂中空管の製造方法は、ストランド供給部、引取り部、および供給部と引取り部との間に配置した赤外線集光加熱部を有する加熱延伸装置内で、
熱可塑性樹脂からなるストランドを、該熱可塑性樹脂に吸収される波長を含む赤外線を該ストランドに向けて複数方向から集光することにより、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱しながら延伸することにより、該ストランドの延伸方向に中空部を連続的に形成する工程Yを有する。
本発明の樹脂中空管の製造方法は、熱可塑性樹脂からなるストランドを、流動延伸状態となるように加熱しながら延伸する工程Xと、
前記工程Xの加熱および/または延伸条件を変化させることにより、該ストランドへの赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させることにより行われる前記工程Yとを有することが好ましい。
前記工程Xにおけるストランド供給速度をVf1、集光強度をI1、引取速度をVt1としたとき、
工程Yにおけるストランド供給速度がVf1、集光強度がI1であり、引取速度がVt1より速いVt2であることが好ましい。
前記熱可塑性樹脂からなるストランドの材質がポリエチレンであることが好ましい。
本発明の樹脂中空管の製造方法は、ストランド供給部、引取り部、および供給部と引取り部との間に配置した赤外線集光加熱部を有する加熱延伸装置内で、熱可塑性樹脂からなるストランドを、該熱可塑性樹脂に吸収される波長を含む赤外線を該ストランドに向けて複数方向から集光することにより、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱しながら延伸することにより、該ストランドの延伸方向に中空部を連続的に形成する工程Yを有することを特徴とする。
本発明に用いる加熱延伸装置の概略図の一例を図1に示し、以下本発明の製造方法を図1と共に示す。
張力を意味する。引取張力は、引取り部にテンションコントローラーを設けること等により調整することができる。
ファイバレーザーとしては、例えば、Yb(イッテルビウム)ファイバーレーザー、Tmファイバーレーザー、Hoファイバーレーザー、Erファイバーレーザーなどが挙げられる。また、例えば気体レーザーとしては、一酸化炭素レーザー(COレーザー、光源波長5〜6μm)、炭酸ガスレーザー(CO2レーザー、光源波長9〜11μm)が挙げられ
る。
熱可塑性樹脂組成物からなるストランドの材質が、非フッ素系熱可塑性樹脂からなる場合には、発振波長が1.8〜3.0μmの範囲にあるHo、Tm、及びEr等をドープしたYAGレーザー、CO2レーザー、ファイバーレーザー等を好適に用いることができる
。
また、ストランド材質がフッ素系熱可塑性樹脂からなる場合には、COレーザー、Er
,Cr:YSGGレーザーを用いることができる。
これらの光源から照射される赤外線を、ミラー、ハーフミラー、分光器、楕円ミラー、レンズ、プリズム、マスク、光ファイバー、波長フィルター等から構成される光学系を用いて、ストランドに向けて2以上の複数の方向から集光させることにより、前記工程Yにおいて、熱可塑性樹脂からなるストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱しながら延伸することができる。この集光は、集光領域(赤外線集光加熱部)を通過するストランドの横断面内の温度分布が中心軸対称に近くなるように加熱することが好ましい。
本発明において、赤外線光源がレーザーであり、互いのビーム形状、空間強度分布、及び互いのビームのなす角が等しい赤外線ビームをストランドの中心軸に向けて三方向から集光させた際の一態様を図2に示す。
また、ストランドの直径Dは、1×10-3m以上であることがより好ましく、その上限としては10×10-3m以下であることが好ましい。
K・D値が上記上限を超えると、ストランド外周部の粘度(表面粘度)がストランドの延伸方向の中心部の粘度より高くなる傾向がある。このため、中空化が困難になり、延伸切れを生じる場合がある。また、K・D値が上記下限範囲を下回ると、ストランドの延伸方向の中心部の粘度がストランド外周部の粘度(表面粘度)より高くなり過ぎ、延伸切れを生じる場合がある。
また前記工程Yにおいて、光源として、レーザー光以外の光源を用いた場合であっても波長フィルター等を用いて、赤外線として単色光を照射した場合には、上記式(1)を満たし、かつ直径Dは0.5×10-3m以上が好ましく、1×10-3m以上であることがより好ましい。Dの上限としては10×10-3m以下であることが好ましい。
上記温度条件を満たさない場合、すなわち、ストランド外周部の温度(表面温度)がストランドの延伸方向の中心部の温度より高い場合には、中空化が困難になり、ストランド表層で熱分解などの熱劣化、延伸切れを生じる場合がある。
部の温度よりも高くなるように加熱されていることも、同じ予備試験で確認できる。
さらに、赤外線をストランドに集光する際に、ストランド中心部の粘度を外周部の粘度より高く保つための補助手段として、赤外線集光により加熱を行う際に、ストランド表面に強制的にストランドの外周部温度より低い冷却空気などの冷却風を吹き付けても良い。また、赤外線を集光する前にストランド供給部と赤外線集光加熱部との間で、一旦、熱風炉や熱板炉などの加熱炉にストランドを通し、ストランドを中心部まで十分に加熱した後、連続して水槽や冷風槽などの冷媒槽に通すなどして、予め、ストランドを固相状態で外周部より中心温度を高く保持した上で、赤外線集光加熱部に通すようにしても良い。
さらに、前記断面の直径は、ポリエチレンの場合は0.5〜10mm、好ましくは1.0〜3.0mmである。前記範囲内では、好適に樹脂中空管を製造することができる。
工程Xのストランド供給速度をVf1、集光強度をI1、引取速度をVt1としたとき、工程Wの供給速度は、通常、Vf1、引取速度Vt1で、集光強度は、I1よりも弱いI0である。本発明の製造方法において、前述の工程W、工程Xおよび工程Yを有する態様としては、例えば、熱可塑性樹脂からなるストランドに対し、該熱可塑性樹脂の吸収波長を含む赤外線を、該ストランドに向けて複数方向から、集光強度I0で集光することにより、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなる条件で加熱しながら、供給速度Vf1、引取速度Vt1で延伸し(工程W)、赤外線を集光強度I0よりも大きい集光強度I1で集光することにより、流動延伸状態を形成させ(工程X)、次いで、引取速度をVt1よりも速いVt2へ変化させることにより、ストランドへの赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させて延伸することにより、該ストランドの延伸方向に中空部を連続的に形成すること(工程Y)により樹脂中空管を製造することが好ましい。
本発明の樹脂中空管の製造方法によって、樹脂中空管が得られる理由は、明らかではないが、本発明者らは以下のように推定した。
が、その集光領域を熱可塑性樹脂からなるストランドが通過することにより、集光領域内にあるストランドの中心軸付近(中心部)の粘度は、外表面付近(外周部)よりも低くなる。この状態で延伸を行うことにより、粘度が低い中心軸付近の樹脂は、粘度が高い外表面側に引っ張られ、ストランド表面に裂け目が生じると同時にストランドの中心軸付近に穴が開く。その後直ちに、ストランド表面の裂け目は閉じ、中心軸付近から連続した空洞部が形成される。以上のような理由によって、本発明の製造方法によって、連続した中空部を有する樹脂中空管が得られると本発明者らは推定した。
上記集光領域を熱可塑性樹脂からなるストランドが通過することにより、集領域内にあるストランドの中心軸付近の粘度が外表面よりも低くなる。まず供給速度Vf1、引取速度Vt1、集光強度I1で流動延伸状態とし、その後、加熱および/または延伸条件を変化させることにより、ストランドへの赤外線入熱量を低下させるとともに、引取張力を増加させるが、この際好適に、粘度が低い中心軸付近の樹脂は、粘度が高い外表面側に引っ張られ、ストランド表面に裂け目が生じると同時にストランドの中心軸付近に穴が開く。その後直ちに、ストランド表面の裂け目は閉じ、中心軸付近から連続した空洞部が形成される。以上のような理由によって、本発明の製造方法によって、連続した中空部を有する樹脂中空管が得られると本発明者らは推定した。
また上記製造方法で得られる、樹脂中空管は、通常樹脂中空管の内壁の表面平滑性に優れる。
〔実施例〕
次に本発明について実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン(重量平均分子量150,000、JIS K
7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgfのメルトフローレート0.33g/10分、融点134℃、炭酸ガスレーザー発振波長10.6μmにおける吸収係数6.5×102m-1)を用い、該ポリエチレンを溶融押出法によって、ノズル(内径2
mm、ランド長10mm)から押出温度155℃で溶融押出を行い、直径2.5mmの未延伸のストランドを得た。
樹脂中空管の製造に用いたレーザー加熱延伸装置は、図1に示す構成を有しており、その赤外線集光加熱部は図2に示す構成を有している。
実施例に用いた赤外線集光加熱部は、光源がレーザー発振器[鬼塚硝子社製 炭酸ガスレーザーPIN‐30S(レーザー波長(発振波長)10.6μm、定格出力30W、照射スポット径6mm)]であり、レーザービームを三方向から照射するための図2に示す光学系を有している。なお、レーザーの照射パワー密度は、光軸について対称なガウシア
ン分布を成しており、照射スポット径は、照射パワー密度がレーザー光軸のe-2になる位置を半径としている。なお、eは自然対数の底である。
本発明に用いるレーザー加熱延伸装置は、送出ローラーから直径2.5mmの未延伸のストランドを送り出し、引取ローラーにて引取り、その間にレーザービームが三方向からストランドの中心軸に向けて集光される赤外線集光加熱部を有している。
前記レーザー加熱延伸装置の送出ローラーから前記熱可塑性樹脂からなるストランドを供給速度Vf1(0.06m/分)で送出し、引取ローラーで引取速度Vt1(0.17m/分)で引取り、延伸倍率(Vt1/Vf1)2.8倍で延伸状態を形成した。なお、このときのレーザー出力は一方向あたり0.8W(合計I0=0.8×3=2.4W)であった。
得られた樹脂中空管は、外径が1.2mmであり、内径が0.98mmであった。
得られた樹脂中空管を斜めに切り出し、中空管内壁にオスミウムコートを施した後、走査電子顕微鏡(日立製作所:S‐4700)を用いて、加速電圧5kV、倍率250倍、および10,000倍にて樹脂中空管内壁を観察した。結果を図3および4に示す。本発明の樹脂中空管は流れ方向の筋は観察されず、滑らかな表面を有していた。
実施例1と同様の熱可塑性樹脂からなるストランドと、レーザー加熱延伸装置とを用いて行った。
(樹脂中空管の性状)
得られた樹脂中空管は、外径が1.1mmであり、内径が0.93mmであった。
実施例1と同様の熱可塑性樹脂からなるストランドと、レーザー加熱延伸装置とを用いて行った。
(樹脂中空管の性状)
得られた樹脂中空管は、外径が1.1mmであり、内径が0.90mmであった。
熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン(重量平均分子量150,000、JIS K
7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgfのメルトフローレート0.33g/10分、融点134℃、炭酸ガスレーザー発振波長10.6μmにおける吸収係数6.5×102m-1)を用い、該ポリエチレンを溶融押出法によって、ノズル(内径2
mm、ランド長10mm)から押出温度155℃で溶融押出を行い、直径1.5mmの未延伸のストランドを得た。
実施例1と同様のレーザー加熱延伸装置を用いて行った。
実施例1においてストランド直径は2.5mm、初期レーザー出力は一方向あたり0.8W(合計I0=0.8×3=2.4W)で延伸状態を保ったまま、レーザー出力を大きくし、一方向あたり1.5W(合計I1=1.5×3=4.5W)へ変化させ流動延伸状態を形成させた。その後、供給速度VfはVf1=Vf2(0.06m/分)、引取速度Vtは、引取速度Vt1(0.17m/分)から引取速度Vt2(1.02m/分)、かつ引取張力Tは、引取張力T1(5N)から引取張力T2(12N)へ変化させることにより流動延伸状態から赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させて延伸したが、実施例4では、上記熱可塑性樹脂からなるストランドを用いて、初期レーザー出力は一方向あたり0.8W(合計I0=0.8×3=2.4W)で延伸状態を保ったまま、レーザー出力を大きくし、一方向あたり1.3W(合計I1=1.3×3=3.9W)へ変化させて流動延伸状態を形成させた。その後、供給速度VfはVf1=Vf2(0.12m/分)、引取速度Vtは、引取速度Vt1(0.36m/分)から引取速度Vt2(2.26m/分)、かつ引取張力Tは、引取張力T1(3N)から引取張力T2(12N)へ変化させることにより流動延伸状態から赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させて延伸した。それ以外はすべて実施例1と同様に行い、樹脂中空管を製造した。
得られた樹脂中空管は、外径が0.7mmであり、内径が0.4mmであった。
〔比較例1〕
(樹脂中空管の製造)
熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン(重量平均分子量150,000、JIS K
7210に準拠して測定した190℃、荷重2.16kgfのメルトフローレート0.33g/10分、融点134℃)を用い、中空ダイを備えた押出機を用いて、溶融押出法による樹脂中空管を作製した。中空ダイの溶融樹脂の出口に相当する環状部サイズは外形4mm、内径3mmのものを用いた。
った。
(樹脂中空管の性状)
得られた樹脂中空管は、外径が1.2mmであり、内径が0.92mmであった。
(樹脂中空管の製造)
押出温度170℃、引取速度3.6m/分とした以外は比較例1と同様に行い樹脂中空管を作製した。
得られた樹脂中空管は、外径が1.1mmであり、内径が0.84mmであった。
実施例1と同様な方法で樹脂中空管内壁を観察した。結果を図7および8に示す。倍率250倍では流れ方向の筋が多数認められた。また、倍率10,000倍でも表面が荒れていた。
していない。また得られる樹脂中空管は通常、中空管内壁の表面平滑性に優れており、例えば医療用チューブ、光ファイバのクラッド材やコア材形成用の樹脂中空管として用いることができる。
2・・・赤外線集光加熱部
3・・・引取り部
4a・・・ハーフミラー
4b・・・ハーフミラー
4c・・・ハーフミラー
5a・・・ミラー
5b・・・ミラー
5c・・・ミラー
5d・・・ミラー
5e・・・ミラー
5f・・・ミラー
6a・・・ビームストッパー
6b・・・ビームストッパー
6c・・・ビームストッパー
10・・・レーザー光
A・・・ストランド供給部
B・・・レーザー発振器
C・・・パワーメーター
Claims (6)
- ストランド供給部、引取り部、および供給部と引取り部との間に配置した赤外線集光加熱部を有する加熱延伸装置内で、
熱可塑性樹脂からなるストランドを、該熱可塑性樹脂に吸収される波長を含む赤外線を該ストランドに向けて複数方向から集光することにより、該ストランドの延伸方向の中心部の粘度が、外周部の粘度よりも低くなるように加熱しながら延伸することにより、
該ストランドの延伸方向に中空部を連続的に形成する工程Yを有する樹脂中空管の製造方法。 - 前記工程Yにおいて、ストランドの延伸方向の中心部の温度が、外周部の温度よりも高くなるように加熱しながら延伸することを特徴とする請求項1に記載の樹脂中空管の製造方法。
- 熱可塑性樹脂からなるストランドを、流動延伸状態となるように加熱しながら延伸する工程Xと、
前記工程Xの加熱および/または延伸条件を変化させることにより、該ストランドへの赤外線入熱量を低下させ、かつ引取張力を増加させることにより行われる前記工程Yとを有することを特徴とする請求項1または2に記載の樹脂中空管の製造方法。 - 前記工程Yにおいて、前記赤外線が単色光であって、該単色光における前記熱可塑性樹脂の吸収係数K(m-1)と、加熱前の前記ストランドの直径D(m)とが、下記式(1)の関係を満たし、かつ直径Dが0.5×10-3m以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂中空管の製造方法。
0.1<K・D<2.6 ・・・(1) - 前記工程Xにおけるストランド供給速度をVf1、集光強度をI1、引取速度をVt1としたとき、
工程Yにおけるストランド供給速度がVf1、集光強度がI1であり、引取速度がVt1より速いVt2であることを特徴とする請求項3または4に記載の樹脂中空管の製造方法。 - 前記赤外線が、炭酸ガスレーザーから出射される赤外線であり、
前記熱可塑性樹脂からなるストランドの材質がポリエチレンであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の樹脂中空管の製造方法。
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