JP4237924B2 - ポリオレフィン発泡シート接合構造体及びその製造方法、並びに樹脂複合管の製造方法。 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超高分子量のポリオレフィン発泡シート（以下、単に「ポリオレフィンシート」、又は、「発泡シート」ということがある）を被着体に接合した構造体、及びその製造方法並びに樹脂複合管の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリオレフィン樹脂は低極性材料であるため、他の材料との接合性が低く、接合が困難であった。
特に超高分子量のポリエチレンは自己潤滑性が高いため、他の材料と接合する際は、ビス止めを行ったり、ゴムを溶融状態で超高分子量の製品に裏貼りし、このゴム面に他の材料を接着するなど、材料のコストアップが必要な方法や、生産性の悪い方法を取らざるを得ないのが実状であった。
例えば、特開平８−２０７１６３号公報には、超高分子量のポリエチレンシート層をゴムの内部側に一体的に配設した耐磨耗性ホースが開示されているが、かかる構成とするには、通常、接着性の極めて低い超高分子量のポリエチレンシート層とゴム層とを融着せざるを得ず、ポリオレフィン材料と他材料との接合体を得るという点では、生産性が悪いものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、超高分子量ポリオレフィンを発泡させて得た表層にスキン層を有する発泡体が、意外にも、発泡させていない成形体と比べて耐摩耗性等の物性に殆ど遜色がないこと、及び、発泡体の表層の一部を除去して多孔層を形成し、その多孔層と被着体とを接合することによって、十分な接着強度を有する発泡体接合構造体が得られることを見出し、これらの知見を基に本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の目的は、軽量で耐摩耗性に優れている超高分子量ポリオレフィン発泡シートの接合構造体を提供すること、及びその製造方法を提供すること、並びに、低コスト化が図れ、接合信頼性が向上した樹脂複合管の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリオレフィン発泡シートが接着剤により被着体と接合された構造体であって、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの一方の表層に上記超高分子量ポリオレフィンからなるスキン層を有し、内部が発泡層であり、多数の凹部からなる多孔層である他方の表層が被着体と接合されてなることを特徴とする超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体を提供する。
【０００５】
また、請求項２記載の発明は、粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリオレフィン発泡シートが被着体と接合された構造体であって、被着体が熱硬化性樹脂であり、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの一方の表層に上記超高分子量ポリオレフィンからなるスキン層を有し、内部が発泡層であり、多数の凹部からなる多孔層である他方の表層が被着体と接合されてなることを特徴とする超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体を提供する。
【０００６】
また、請求項３記載の発明は、粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリオレフィン発泡シートが接着剤により被着体と接合された構造体であって、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの比重が０．８５〜０．１５である請求項１又は２に記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体を提供する。
また、請求項４記載の発明は、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの摩耗輪による摩耗試験における摩耗損量が、同一材料の非発泡成形体と比較して、１５０〜２５重量％の範囲であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体を提供する。
【０００７】
また、請求項５記載の発明は、超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体の剪断接合強度が、同一材料の非発泡成形体が同一材料の被着体と接合された接合構造体と比較して、１２５〜１０００％であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体を提供する。
【０００８】
また、請求項６記載の発明は、粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリオレフィンに非反応性ガスを高圧下で溶解させて易成形状態とし、押出機中で溶融混練した後に金型から押出発泡させる際に、該易成形状態の樹脂を溶解時のガス圧力以上の樹脂圧力で金型に導入し、次いで冷却しながら樹脂圧力を溶解時のガス圧力以上に保持した状態で（降温時の結晶化ピーク温度−１０℃）〜（降温時の結晶化ピーク温度＋１０℃）の温度範囲で金型先端からシート状に押出して発泡させた後、得られた超高分子量ポリオレフィン発泡シートの表層の一方のスキン層を除去して多数の凹部からなる多孔層を形成した後、該多孔層と被着体とを接合することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体の製造方法を提供する。
【０００９】
また、請求項７記載の発明は、マンドレル外周面に、
超高分子量ポリオレフィン発泡シートの一方の表層に上記超高分子量ポリオレフィンからなるスキン層を有し、内部が発泡層であり、多数の凹部からなる多孔層である他方の表層を有する粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリオレフィン発泡シートを上記多孔層が外側になるように螺旋状に巻回して筒体を形成する工程と、
形成された筒体をマンドレルに沿って螺旋送りしつつ、その筒体の外周面に合成樹脂層を積層する工程と、
前記筒体とともに合成樹脂層を硬化させながら超高分子量ポリオレフィン発泡シートを接合する工程と、
硬化された合成樹脂および筒体を、所定の長さに切断する工程と、
を包含することを特徴とする樹脂複合管の製造方法を提供する。
【００１０】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【００１１】
（請求項１記載の発明）
本発明に用いることのできる超高分子量ポリオレフィンとしては従来公知のポリオレフィン樹脂を用いることができ、オレフィン性モノマーの単独重合体、または主成分オレフィン性モノマーと他のモノマーとの共重合体であり、特に限定されるものではない。
例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等のポリエチレン、ホモタイプポリプロピレン、ランダムタイプポリプロピレン、ブロックタイプポリプロピレン等のポリプロピレン、ポリブテン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、エレチン−ブテン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体等のエチレンを主成分とする共重合体等を挙げることができる。
更に、オレフィン性モノマーと、共役ジエン系炭化水素化合物、非共役ジエン系炭化水素化合物、共役オレフィン系炭化水素化合物、非共役オレフィン系炭化水素化合物、その他分子内に少なくとも2 個の不飽和結合、好ましくは二重結合を有する炭化水素化合物との共重合体等を挙げることができる。
【００１２】
また、本発明に用いる超高分子量ポリオレフィンの粘度平均分子量は５０万以上である。例えば粘度平均分子量５０万以上のポリエチレン樹脂は、耐摩耗性、自己潤滑性、耐衝撃性及び低温特性などの優れた性質を有する点で好ましい。
粘度平均分子量が１００万以上であることがより好ましく、２００万以上であることが更に好ましい。
【００１３】
粘度平均分子量は高ければ高い程、上記の耐摩耗性、自己潤滑性、耐衝撃性、低温特性はより優れた性質を示すが、過大であると、成形が困難となる。
本発明においては、粘度平均分子量が５０万未満のポリオレフィンを超高分子量ポリオレフィンに混合、配合して用いても構わない。ただし、本発明の目的を損なわない範囲にとどめることが必要である。
同様にポリオレフィン以外の合成樹脂もしくは天然樹脂や、可塑剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、滑剤、アンチブロッキング剤、スリップ剤、顔料、染料、充填剤等を本発明の目的を損なわない範囲で配合しても構わない。
【００１４】
また、本発明に用いられる超高分子量ポリオレフィン発泡シートは内部に多数の気泡もしくは気孔（以下、単に気泡という）を有した超高分子量ポリオレフィン発泡シートであるので、比重が低く、軽量である。上記発泡シートの比重は特に限定されないが、請求項３で後述するように、０．８５〜０．１５が好ましい。
【００１５】
気泡の径は特に限定されないが０．０５〜５００μｍであることが好ましく、より好ましくは１．０〜３００μｍである。細か過ぎては、接着剤が浸み込みにくくなって強度低下を来たし、また、大き過ぎてもやはり接着強度や耐摩耗性が低くなるからである。
これら気泡の形状や大きさは走査型電子顕微鏡などで観察することができる。
【００１６】
上記超高分子量ポリオレフィン発泡シートが接合される被着体の材質は特に限定されず、ＳＵＳ、鉄、アルミニウムなどの金属材料、各種合成高分子材料、材木や紙などの天然高分子材料、硝子やセラミックスなどの無機材料などを用いることが可能である。これらは単独で用いられてもよいし、複合材料として用いられてもよい。また相手材料の形状も、板状、管状あるいは異型といずれでもよく特には限定されない。
【００１７】
本発明において、超高分子量ポリオレフィン発泡シートは一方の表層にスキン層を有し、内部が発泡層であり、他方の表層が多数の凹部からなる多孔層である。上記スキン層は非発泡層からなり、本発明の目的を達成する上で支障とならない程度であれば、微細な開口部を有していても良く、その割合はスキン層の全表面積に対して、通常２０％以下、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。また、その厚みは、通常、１０〜２０００μｍ、好ましくは５０〜１０００μｍである。スキン層の開口部、及び厚みが上記範囲にあることにより、超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体はより好ましい耐摩耗特性を発揮する。
【００１８】
スキン層は表裏面両方には必ずしも必要ではなく、接合される相手材料と接する裏面側はスキン層が無いことが好ましい。
スキン層が存在するため、超高分子量ポリオレフィン発泡シートであるにも関わらず、超高分子量ポリオレフィンが本来有する性能である良好な耐摩耗性を発揮し得る。
【００１９】
また、他方の表層に形成される多数の凹部からなる多孔層は、スキン層の反対側の表層における全表面積に対して微細な開口部が５０〜９９面積％を占めているのが好ましい。多孔層は内部の発泡層と均一な構造でもよく、また、気泡、気孔サイズが異なった構造でもよく、また、厚みなどは特に限定されない。また超高分子量ポリオレフィン発泡シートの比重については、後述する請求項３と同様であることが好ましい。
【００２０】
また超高分子量ポリオレフィン発泡シートを接合する相手材料も特に限定されないが、固定する方法は、接着剤による接着が最も好ましい。本発明の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体は、上記多孔層側の表層で相手材料である被着体と接着剤により接着されてなる。無論、接合強度を向上させる目的で、ビス、ナット、釘、鋲などの従来公知の緊結材を併用しても構わない。接着剤を用いるため、被着体の形状は特殊な形状を採用することも可能である。板状、管状あるいは異型といずれでもよく特には限定されない。
【００２１】
本発明で用いることのできる接着剤としては特に限定されず、従来公知の有機溶剤型接着剤、反応型接着剤、ホットメルト型接着剤、エマルジョン型接着剤などの接着剤を好ましく利用することができる。また、天然ゴム、合成ゴムあるいはアクリル系の粘着剤、あるいはそれらによる粘着テープなども好適に用いることができる。
接着する超高分子量ポリオレフィン発泡シートの組成あるいは接着する被着体の材質により好適な接着剤が異なるため、材料に応じた接着剤を選択することが好ましい。
本発明においては、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの多孔層の多数の凹部に接着剤が染み込むため、硬化した接着剤が超高分子量ポリオレフィン材料にくいこんで固定され、超高分子量ポリオレフィン発泡シートと被着体とが高い接着強度をもって接合された接合体を得ることが可能である。
【００２２】
（請求項２記載の発明）
本発明においては、被着体が熱硬化性樹脂であり、従って、超高分子量ポリオレフィン発泡シートと被着体との接合にあたり、接着剤は不要である。この場合、硬化前の液状の熱硬化性樹脂が超高分子量ポリオレフィン発泡シートの多孔層の多数の凹部に接着剤が染み込むため、硬化した熱硬化性樹脂が超高分子量ポリオレフィン材料にくいこんで固定され、超高分子量オレフィン発泡シートと被着体とが高い接着強度をもって接合された接合体を得ることが可能である。
【００２３】
上記熱硬化性樹脂としては特に限定されず、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、フタル酸系樹脂などがあげられる。
【００２４】
上記熱硬化性樹脂には必要に応じて、本発明の目的を著しく損なわない範囲で、天然樹脂、可塑剤、熱安定剤、顔料、染料、充填剤などが添加されてもよい。これらは単独で使用されてもよいし、２種類以上併用されてもよい。
【００２５】
上記熱硬化性樹脂には、さらに必要に応じて、補強繊維が添加されてもよい。
上記補強繊維としては特に限定されず、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、有機繊維などが挙げられる。
また、繊維の形態としても特に限定されず、長繊維、ヤーン、クロス、チョップ状のものなどが使用される。
【００２６】
（請求項３記載の発明）
本発明の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体において、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの比重が０．８５〜０．１５である場合は、接合構造体全体の軽量化を図ることが出来る点で好ましい。０．１５より小さい場合には、気泡気孔の形状が粗大になり成形が困難となる場合がある。また、性能面でも耐摩耗性などの性能を良好に発揮することが困難となる場合が多い。０．８５を越えた比重を有する場合は、発泡倍率が低すぎ、軽量性等、発泡体としての効果の発現が困難となる。より好ましくは０．７０〜０. ２０の範囲である。
【００２７】
（請求項４記載の発明）
本発明は、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの摩耗輪による摩耗試験における摩耗損量が、同一材料の非発泡成形体と比較して、１５０〜２５重量％の範囲である超高分子量ポリオレフィン発泡シート接着構造体である。摩耗試験の方法としては同一条件下での値であれば構わないが、例えばＪＩＳＫ７２０４に例示される測定方法が例示される。また、ここでいう摩耗損量の比は、それぞれのシートの摩耗輪の回転数５０００回転を実施した時点での値とする。
【００２８】
（請求項５記載の発明）
本発明は、超高分子量ポリオレフィン発泡シート接着構造体の剪断接合強度が同一材料の非発泡成形体が同一材料の被着体と接合された接合構造体と比較して、１２５〜１０００％である超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体である。
具体的には同一条件下で接合試験片を作成し、強度を測定することにより両者の強度比較を行うことができる。接合試験片の作成方法、接合強度を測定する方法としては同一条件であれば構わないが、例えばＪＩＳ Ｋ６８３３に例示される方法に準じた方法で剪断接合強さを測定する方法が例示される。
【００２９】
（請求項６記載の発明）
本発明で用いることのできる超高分子量のポリオレフィンとしては請求項１で例示した従来公知の超高分子量のポリオレフィンを好適に用いることができる。尚、本発明においては、本発明の趣旨に損なわない範囲で従来公知の超高分子量のポリオレフィン以外の他の天然、あるいは合成樹脂をブレンド、添加しても構わない。各種添加剤についても同様であるが、過剰にブレンド、添加すると超高分子量ポリオレフィンの持つ特性を最終製品が発揮することが困難となるため、その使用は最小限にとどめることが好ましい。
【００３０】
（非反応性ガス）
超高分子量ポリオレフィンは、超高分子量である特性から溶融粘度が高く、通常の加熱による押出成形が困難な材料である。本発明においては超高分子量ポリオレフィンの可塑化剤として、常温・常圧で気体状態の非反応性ガスを用いるので、加熱時の溶融粘度を低下させて成形を行うことができる。
また、後述するように、脱圧時には非反応性ガスは多泡状集合体を形成する発泡剤として作用する。
【００３１】
本発明で用いる非反応性ガスとしては常温・常圧で気体である有機ないしは無機物質であって、上記高分子量ポリオレフィンを劣化させないものなら特に限定されず、例えば、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、酸素等の無機ガスや、フロンガス、低分子量の炭化水素等の有機ガスが挙げられる。
環境に与える悪影響が低く、そしてガスの回収を必要としない点で、無機ガスが好ましく、超高分子量ポリオレフィン（以下単に樹脂と記載する場合がある）に対する溶解度が高く、樹脂の溶融粘度の低下が大きいという観点から、二酸化炭素が最も好ましい。
なお、このような非反応性ガスは、単独で使用されても良いし、２種以上併用されても良い。
【００３２】
樹脂にガスを高圧下で溶解させる方法としては、ガスを溶融状態の樹脂に溶解させる方法と、固体状態の樹脂に溶解させる方法があるが、どちらの方法を用いても良く、また、両者を併用しても良い。溶融状態の樹脂にガスを高圧下で溶解させる方法としては、例えば、ベントタイプスクリューを使用して、シリンダーの途中からベント部分に混入する方法や、タンデム押出機を利用して第１押出機内または第２押出機への樹脂流入部付近においてガスを圧入させて、第２押出機で充分溶解・混練する方法等が挙げられる。
【００３３】
固体状態の樹脂にガスを高圧下で溶解させる方法としては、例えば以下のような方法が挙げられる。（１）予め高圧容器などでペレットまたはパウダー状態の樹脂にガスを溶解させる方法。（２）押出機内のホッパから固体輸送部においてガスを樹脂中に溶解させる方法。
（１）の方法の場合、ガスを溶解させた樹脂の押出機への供給は、樹脂に溶解したガスが拡散によって大気中に抜けていくことを抑制するためにできるだけ速やかに行うことが好ましい。一方（２）の方法の場合は、ガスが押出機外へ揮散しないようにスクリュー駆動軸及びホッパの耐圧シール構造を組み入れることが好ましい。ガスの供給はガスボンベから直接行っても良いし、プランジャーポンプ等を用いて加圧供給しても良い。
【００３４】
本発明において、常温・常圧で気体状態の非反応性ガスを樹脂に高圧下で溶解させると、樹脂は、可塑化されて流動性が向上し、スクリュ押出機内で溶融混練が可能（易成形状態）となる。樹脂に対する非反応性ガスの溶解量は、溶解によって樹脂の溶融粘度が成形に適した粘度になるのであれれば特に限定されず、超高分子量ポリオレフィンの分子量、ガスの種類によって適宜選択できる。
次いで該溶融混練した樹脂を溶解時のガス圧力以上の樹脂圧力を保持した状態で、押出機排出側に配設した金型に導入する。この場合、樹脂圧力は溶解時のガス圧力以上であることが好ましい。
【００３５】
溶解時のガス圧力より低い場合には、溶解していたガスが樹脂から相分離して気泡となりやすく、ついには金型先端から吹き出すおそれがある。
次いで金型内で冷却しながら樹脂圧力を溶解時のガス圧力以上に保持した状態で（降温時の結晶化ピーク温度−１０℃）〜（降温時の結晶化ピーク温度＋１０℃）の範囲において金型先端から押出して発泡させる。この場合、金型先端近傍部分での樹脂圧力は、溶解時のガス圧力以上であることが好ましい。溶解時のガス圧力未満の場合には、粗大な孔径の気泡ができやすく、外観が悪くなり、良好な発泡体を得ることができなくなる。
【００３６】
また、樹脂の（降温時の結晶化ピーク温度−１０℃）未満の温度で押出した場合には、樹脂の結晶化が進み、樹脂の粘度が急激に上昇するために、ほとんど発泡が起こらず、その結果、比重がほとんど低下しなくなり、良好な発泡体を得ることができなくなる。一方、（降温時の結晶化ピーク温度＋１０℃）を超える温度で押出した場合には、樹脂の粘度が低いために粗大な孔径の気泡ができやすく、それが欠陥となって強度の低下した発泡体となりやすい。
【００３７】
なお、本発明における「降温時の結晶化ピーク温度」とは、溶融状態の樹脂が降温して結晶化する際の結晶かピーク温度を意味し、より詳細には、このような降温の際に、樹脂が発熱する熱量が最大となる温度を意味する。このような温度は、大気圧下で示差走査型熱量計（ＤＳＣ）により測定される。また、「結晶化ピーク温度」は、ＪＩＳ Ｋ ７１２１の９. ２にその求め方とともに詳細に記載されている。上記条件で押出発泡することにより、超高分子量ポリオレフィンからなる、表層にスキン層を形成した発泡体が得られる。なお表層スキンの形状は請求項１で記載した形状が好ましいが特に限定はされない。また、内部の発泡構造および、比重などの値も請求項３に記載した内容が好ましく例示される。
【００３８】
（本発明で適用される成形条件）
非反応性ガスとして二酸化炭素を用いる場合には、樹脂に対する二酸化炭素の溶解量は、１重量％以上３０重量％以下の範囲が好ましく、３重量％以上２０重量％以下の範囲がより好ましい。１重量％未満の場合、樹脂の粘度が充分に低下せず、押出が困難となる。一方、３０重量％を超える量にしようとする場合には、大がかりな設備を用いて溶解時の圧力を極端に高くする必要がある場合があり、生産効率上好ましくない。
【００３９】
溶解量を上記の範囲内とするためには、二酸化炭素の圧力は０. ５MPa 以上５０MPa 以下であることが好ましく、１. ５MPa 以上３５MPa 以下であることがより好ましい。本発明においては、続いて押し出された超高分子量ポリオレフィン発泡シートの片方の表層を除去して、内部の多孔構造が露出した構造とする。露出させる方法としては、表層をカッター刃、ノコギリ刃などの刃物、熱せられた金属線、レーザーなどで切除するあるいは、ヤスリ、グラインダーなどで切削し削除する方法などが挙げられるが、特に限定はされず内部の多孔構造が露出できれば構わない。
押出方向に超高分子量ポリオレフィン発泡シートをスライスし、２枚の製品とすることが、生産効率上好ましい。
【００４０】
（本発明で適用される接着条件）
超高分子量ポリオレフィン発泡シートを接合する相手材料となる被着体は特に限定されないが、ＳＵＳ、鉄、アルミニウムなどの金属材料、各種合成高分子材料、材木や紙などの天然高分子材料、硝子やセラミックスなどの無機材料などを用いることが可能である。これらは単独で用いられてもよいし、複合材料として用いられてもよい。また相手材料の形状も、板状、管状あるいは異型といずれでもよく特には限定されない。
【００４１】
相手材料の形状は、接着剤を用いる場合、特殊な形状も採用することがより可能である。板状、管状あるいは異型といずれでもよく特には限定されない。本発明で用いることのできる接着剤としては特に限定されず、従来公知の有機溶剤型接着剤、反応型接着剤、ホットメルト型接着剤、エマルジョン型接着剤などの接着剤を好ましく利用することができる。
【００４２】
また、天然ゴム、合成ゴムあるいはアクリル系の粘着剤、あるいはそれらによる粘着テープなども好適に用いることが可能である。これらは、接着する超高分子量ポリオレフィン発泡シートの組成あるいは接着する相手材料により好適な接着剤が異なるため、材料に応じた接着剤を選択することが好ましい。本発明においては、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの多孔面に接着剤が染みむため、接着剤が超高分子量ポリオレフィン材料にくいこみ固定され、高い接着強度を得ることが可能である。
【００４３】
（請求項７記載の発明）
本発明で用いることのできる超高分子量のポリオレフィン発泡シートとしては請求項１で例示した従来公知の超高分子量のポリオレフィン発泡シートが用いられ、一方の表層にスキン層を有し、内部が発泡層であり、多数の凹部からなる多孔層である他方の表層が、上記合成樹脂層と接合されてなるものが好ましい。上記超高分子量のポリオレフィン発泡シートとしては、請求項３〜５で例示したものが好ましく使用される。
【００４４】
また、本発明において、筒体の外周面に積層される合成樹脂層には、請求項２で例示した熱硬化性樹脂が好適に使用されるが、光硬化性樹脂であってもよい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
次に、請求項１記載の本発明の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体について、図面を参照して説明する。図１は本発明の接合構造体の一実施形態を示す斜視図である。図１において、１は粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリエチレン発泡シートであり、図示しない両面の表層にスキン層を有する超高分子量ポリエチレン発泡シートの一方のスキン層をスライスして得られたもので、他方のスキン層２は、殆どが非発泡の層からなり、厚さは、通常、１０〜２０００μｍとされ、良好な耐摩耗性を発揮する。スキン層２は本発明の目的を達成する上で支障とならない程度であれば、微細な開口部を有していても良く、その割合はスキン層の全表面積に対して、通常２０％以下である。
【００４６】
また、一方のスキン層をスライスした側は、多孔層４を形成しており、その孔は前記スライスにより内部の発泡層３の孔の一部が表面に露出した多数の凹部からなるものであり、一般に、スキン層の反対側の表層における全表面積に対して５０〜９９面積％を占めている。
多孔層４は内部の発泡層３と均一な構造でもよく、また、気泡、気孔サイズが異なった構造でもよく、また、厚みなどは特に限定されない。
【００４７】
５は、ＳＵＳ板からなる被着体６の接合に用いられている接着剤であり、多孔層４の多数の凹部に染み込んで硬化しており、すなわち、接着剤５が超高分子量ポリオレフィン材料である発泡シート１にくいこんで固定され、超高分子量ポリオレフィン発泡シート１と被着体６とが高い接着強度をもって接合されている。
被着体６の形状は、板状、管状あるいは異型といずれでもよく特には限定されず、材質も、ＳＵＳ、鉄、アルミニウムなどの金属材料、各種合成高分子材料、材木や紙などの天然高分子材料、硝子やセラミックスなどの無機材料等を、特に限定されず用いることが可能である。
【００４８】
次に、請求項７記載の本発明の樹脂複合管の製造方法について、図面を参照して説明する。
【００４９】
図２は本発明の樹脂複合管の製造方法の一実施形態を示す概略図である。この製造方法では、架台１１に片持ち状態で水平に支持された円柱状のマンドレル１２が使用される。このマンドレル１２には、帯状の超高分子量ポリオレフィン発泡シート２４（粘度平均分子量５０万以上、以下、単に「発泡シート」という）が螺旋状に巻回されて筒体２５を形成している。
発泡シート２４は、図３に示すように、内側の表層にスキン層２４ａを有し、内部が発泡層２４ｂであり、外側の表層に多数の凹部からなる多孔層２４ｃが形成されている。
【００５０】
発泡シートを巻回する方式としては、例えば、１）隣接する発泡シートの端面同士を突き合わせた状態で巻回する方式、２）端面同士を部分的に重ねた状態で巻回する方式が挙げられる。
２）の方式の場合には、後述する合成樹脂層２１との接着をより強固にするために、例えば、外側の発泡シートの重ねた部分を他の部分より薄くし、厚み方向に貫通した孔を設けることにより、内側の発泡シートの重ねた部分に位置する多孔層２４ｃの凹部に、硬化前の合成樹脂が染み込むことで、より強固に巻回することができる。
【００５１】
マンドレル１２上に形成された発泡シート２４製の筒体２５には、無端状になった推進ベルト１６が巻き付けられている。この推進ベルト１６は、一対のプーリ１５に巻き掛けられて周回移動するようになっており、推進ベルト１６が周回移動することにより、筒体２５がマンドレル１２の周面上を回転されて、マンドレル１２の先端側へと螺旋送りされる。
【００５２】
螺旋送りされる筒体２５上に、補強層としての帯状の合成樹脂層２１が螺旋状に巻回される。合成樹脂層２１は、例えば、熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステルが長繊維状のガラス繊維に含浸されて構成されている。
【００５３】
筒体２５は、図３に示すように、発泡シート２４の多孔層２４ｃで合成樹脂層２１と接合されている。このように、発泡シート２４の多孔層２４ｃと、合成樹脂層２１とが直接接触しているために、硬化前の不飽和ポリエステル樹脂が発泡シート２４の多孔層２４ｃ表層から多孔層２４ｃに染み込み、硬化して、合成樹脂層２１が筒体２５上に一体的に積層される。
【００５４】
合成樹脂層２１上には、図２に示すように、所定幅および所定厚さの樹脂モルタル層２２が積層される。樹脂モルタル層２２は、螺旋送りされる合成樹脂層２１上に螺旋状態に積層されており、その結果、樹脂モルタル層２２は繊維強化合成樹脂層２１の全周に円筒状に積層される。樹脂モルタル層２２は、例えば、不飽和ポリエステルと珪砂とによって構成されている。
【００５５】
合成樹脂層２１上に樹脂モルタル層２２が積層されると、その樹脂モルタル層２２上に、帯状になった合成樹脂層２３が、螺旋状に積層される。この合成樹脂層２３も、例えば、合成樹脂層２１と同様に、熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステルが長繊維状のガラス繊維に含浸されたものが使用される。
【００５６】
このようにして、マンドレル１２上に設けられた発泡シート２４製の筒体２５上に、合成樹脂層２１が一体的に積層されて、さらに、樹脂モルタル層２２、合成樹脂層２３が順次積層されることにより、マンドレル１２上には、積層体２０が形成される。積層体２０は、筒体２５がマンドレル１２上を螺旋送りされることによって全体が一体となって螺旋送りされ、マンドレル１２の先端から、順次、延出して片持ち状態になる。
【００５７】
マンドレル１２の先端から延出した積層体２０は、マンドレル１２の先端側に配置された硬化炉３１に、順次、導入されて、この硬化炉３１内を通過する間に、遠赤外線によって加熱されて硬化される。硬化炉３１を通過して硬化した積層体２０は、硬化炉３１の出口近傍に配置された切断機３２によって、所定の長さに切断される。切断機３２は、ダイヤモンドチップが周面に取り付けられた回転刃を有している。
【００５８】
このように、硬化した積層体２０が切断機３２によって所定の長さに切断されることによって、図４に示すように、内周側に発泡シート製の筒体２５が設けられてその筒体２５に、合成樹脂モルタルの積層体２０が積層された樹脂複合管２０ａが製造される。
【００５９】
発泡シート２４の厚さおよび幅寸法は、マンドレル１２に螺旋状に巻回されるような剛性になるように、また、容易に螺旋状に成形されるように、マンドレル１２の外径に基づいて、適宜設定される。発泡シート２４の厚さは、通常、０．２〜１０ｍｍ程度、幅寸法は４０〜３００ｍｍ程度が好適である。
この範囲の寸法の厚み、幅であれば、成形性が良好であり、また、得られる樹脂複合管は、耐摩耗性に優れたものとなる。
【００６０】
マンドレル１２は、熱可塑性シート２４が容易に巻回されるように、メッキ処理等を施して表面が滑らかであることが好ましい。
【００６１】
また、前記実施の形態では、筒体２５上に合成樹脂層２１、樹脂モルタル層２２および合成樹脂層２３が順番に積層された樹脂複合管２０ａを製造する場合について説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、樹脂モルタル層を積層することなく、筒体２５上に、直接、合成樹脂層２１が複数層にわたって積層された樹脂複合管２０ａを製造する場合にも適用できる。
【００６２】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
【００６３】
（実施例１）
（超高分子量ポリオレフィン発泡シートの製造）
超高分子量ポリエチレン（三井石油化学工業社製「ハイゼックス・ミリオン２４０Ｍ」粘度平均分子量２３０万、融点１３６℃、降温結晶化ピーク温度１１８℃）を成形装置の原料供給ホッパから単軸押出機（スクリュー径４０mm、Ｌ／Ｄ＝３０）に供給した。
【００６４】
非反応性ガスとして二酸化炭素を用い、これをガス供給口から押出機の固体輸送部及び溶融物輸送部に２０MPa の圧力で圧入した。この圧力で超高分子量ポリエチレン樹脂に対する二酸化炭素の溶解量は、約１０重量％であった。
尚このとき、押出機は、スクリュー駆動軸の高圧軸シール機構とホッパ構造、及び押出機近傍の溶融状態の超高分子量ポリエチレン樹脂により、押出機内の二酸化炭素を高圧状態に保持した。
次いで、押出機に供給された樹脂をその内部で、押出量２kg／時間、スクリュー回転数１０ｒｐｍ、バレル設定温度２３０℃の条件下で十分に溶融混練した。
【００６５】
続いて、金型出口の先端温度を１２０℃に保つことにより、金型入口での樹脂圧力を３５MPa 、及び金型出口近傍での樹脂圧力を２５MPa とし、金型の先端を通過する樹脂の温度を１２０℃として、金型から樹脂をチューブ状に押出すと共に発泡させ、その直後に押出方向に切り欠きを入れて、表裏にスキン層を有する発泡シートを製造した。
得られた超高分子量ポリエチレン発泡シートの比重は０．３５、厚さは２．２ｍｍであった。
この発泡シートを厚み方向に破断して観察したところ、スキン層は１２０μｍで、内部の発泡層には気泡が多数観察された。
【００６６】
また、上記と同じ原料を用い同じ成形条件で、金型から樹脂をチューブ状に押出すと共に発泡させ、その直後に押出方向にスリットを入れて、発泡シートを押し出しつつ、一方のスキン層をスライスして多数の凹部からなる多孔層が形成されている発泡シートを製造した。この超高分子量ポリエチレン発泡シートの比重は０．３２、厚さは１．７ｍｍであった。
【００６７】
（発泡シート接合構造体の製造）
得られた発泡シートの多孔層表面および、ＳＵＳ板にクロロプレン溶剤型接着剤（コニシ社製「ボンドＧ１７」）をそれぞれ２５．４×２５．４ｍｍあたり０．１２５ｇずつ塗布して、両者を接着し、発泡シート接合構造体を得た。
〔発泡シートの耐摩耗性の測定〕
得られた超高分子量ポリエチレン発泡シートのスキン層を評価面としてＪＩＳＫ７２０４に準拠して摩耗輪Ｈ２２を使用し、回転数６０ｒｐｍ、荷重１０００ｇで摩耗輪の回転数１００００回転時での摩耗損量を測定したところ摩耗損量は８６ｍｇであった。
〔剪断接着強さの測定〕
上記発泡シート接合構造体のサンプルを万能試験機（島津製作所社製「オートグラフＡＧ１０ｋＮＧ」）にて２５ｍｍ／ｍｉｎの試験速度で剪断接着強さを測定したところ、１．８５ＭＰａの接着強さであった。
【００６８】
（比較例１）
（超高分子量ポリオレフィン非発泡シートの製造）
超高分子量ポリエチレン（三井石油化学工業社製「ハイゼックス・ミリオン２４０Ｍ」粘度平均分子量２３０万、融点１３６℃、降温結晶化ピーク温度１１８℃）を１６０℃の条件でミキシングロールにて混練後、１６０℃の条件でプレスし、厚さ1 ｍｍの超高分子量ポリエチレン非発泡シートを作製した。
【００６９】
（超高分子量ポリオレフィン非発泡シート接合構造体の製造）
得られた非発泡シートの片面および、ＳＵＳ板にクロロプレン溶剤型接着剤（コニシ社製「ボンドＧ１７」）をそれぞれ２５．４×２５．４ｍｍあたり０．１２５ｇずつ塗布して、両者を接着し、非発泡シート接合構造体を得た。
〔超高分子量ポリオレフィン非発泡シートの耐摩耗製の測定〕
実施例１と同様の方法で摩耗損量を測定したところ摩耗損量は２５８ｍｇであった。
【００７０】
〔剪断接着強さの測定〕
実施例１と同様の方法で、上記接合構造体の剪断接着強さを測定したところ、１．１３ＭＰａの接着強さであった。
【００７１】
（比較例２）
超高分子量ポリエチレンシートにゴムシートが一体化され、接着性が改良されたシート（作新工業社製「ニューライトＷＲ」）を評価した。ニューライトＷＲをクロロプレン系溶剤型接着剤を用いてＳＵＳ板に接合して剪断接着強さの測定サンプルとした。
【００７２】
〔耐摩耗性の測定〕
実施例１と同様の方法で摩耗損量を測定したところ摩耗損量は２１１ｍｇであった。
〔剪断接着強さの測定〕
実施例１と同様の方法で、上記接合構造体の剪断接着強さを測定したところ、１．８０ＭＰａの接着強さであった。
【００７３】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で得られた、一方の表層にスキン層を有し、内部が発泡層であり、他方の表層が多数の凹部からなる多孔層である超高分子量ポリエチレン発泡シート（比重０．３５、厚さ０．５ｍｍ、スキン層厚さ１２０μｍ）２４を用い、図２で説明した製造方法により、図３及び図４に示した積層体２０（筒体２５：０．５ｍｍ、合成樹脂層２１：２ｍｍ、樹脂モルタル層２２：１０ｍｍ、合成樹脂層２３：２ｍｍ）を得た。
【００７４】
なお、図２乃至図４において、合成樹脂層２１、２３として長繊維ガラス６５重量％に不飽和ポリエステル樹脂３５重量％を含浸したものを使用し、樹脂モルタル層２２として、不飽和ポリエステル樹脂１０重量％と珪砂９０重量％からなるモルタルを使用した。
【００７５】
得られた積層体２０を切断機３２によって１０００ｍｍの長さに切断し、樹脂複合管２０ａを得た。
【００７６】
〔剪断接着強さの測定〕
得られた樹脂複合管２０ａを、オートグラフＡＧ１０ｋＮＧ（島津製作所社製）にて２５ｍｍ／ｍｉｎの試験速度で剪断接合強さを測定したところ、３．０ＭＰａの接合強さであった。
【００７７】
（比較例３）
実施例２と同様の超高分子量ポリエチレン発泡シート２４の多孔層を内面に、スキン層を外面にして合成樹脂層２１を積層したが、すぐに剥離し、積層体は得られなかった。
【００７８】
【発明の効果】
本発明に係る超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体は、粘度平均分子量が５０万以上の超高分子量ポリオレフィン発泡シートが被着体と接合されており、耐摩耗性等の物性に優れている超高分子量ポリオレフィンと内部が発泡構造となっているため軽量な発泡体の特性を兼ね備えた超高分子量ポリオレフィン発泡シートの利点が活かされ得る接合構造体である。
【００７９】
請求項１記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体は、一方の表層がスキン層で他方の表層が多数の凹部からなる多孔層を有するため、スキン層側は耐摩耗性等の物性に優れており、多数の凹部からなる多孔層である他方の表層が接着剤により被着体と接合されてなるので、接着剤が超高分子量ポリオレフィン材料である発泡シートにくいこんで固定され、発泡シートと被着体とが高い接着強度をもって接合されている。
【００８０】
請求項２記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体は、被着体が熱硬化性樹脂であり、一方の表層がスキン層で他方の表層が多数の凹部からなる多孔層を有するため、スキン層側は耐摩耗性等の物性に優れており、多数の凹部からなる多孔層である他方の表層が被着体と接合されてなるので、硬化前の熱硬化性樹脂が超高分子量ポリオレフィン材料である発泡シートにくいこんで固定され、発泡シートと被着体とが高い接着強度をもって接合されている。さらに、被着体が熱硬化性樹脂であるので、余分な接着剤を必要とせず、低コストであり、接合プロセスも簡易である。
【００８１】
請求項３記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体は、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの比重が０．８５〜０．１５であるので、軽量でかつ、耐摩耗性に優れている。
請求項４記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体は、超高分子量ポリオレフィン発泡シートが、摩耗輪による摩耗試験における摩耗損量が、同一材料の非発泡成形体と比較して、１５０〜２５重量％の範囲であるため、摩擦に対する耐久性に極めて優れている。
【００８２】
請求項５記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体は、超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体の剪断接合強度が、同一材料の非発泡成形体が同一材料の被着体と接合された接合構造体と比較して、１２５〜１０００％であるため、耐久性に優れている。
請求項６記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体の製造方法は、上述の通りの構成であり、超高分子量ポリオレフィンにガスを溶解させて易成形状態とし、溶融混練した後に金型から押出発泡させる際に、溶解時のガス圧力以上の樹脂圧力で金型に導入し、次いで冷却しながら溶解時のガス圧力以上に保持した状態で特定の温度範囲で金型からシート状に押出して発泡させるので、生産性よく超高分子量ポリオレフィン発泡シートを製造することができ、その後、発泡シートの表層の一方のスキン層を除去して多数の凹部からなる多孔層を形成した後、該多孔層と被着体とを接合するものであるので、従来公知の接着剤などを用いて、容易に被着体と接合することが可能であり、結局、高い生産性をもって容易に、本発明の超高分子量ポリオレフィン発泡シートを製造することができる。
【００８３】
請求項７記載の樹脂複合管の製造方法は、上述の通りの構成であり、マンドレル外周面に上記超高分子量ポリオレフィン発泡シートを螺旋状に巻回して筒体を形成し、形成された筒体をマンドレルに沿って螺旋送りしつつ、その筒体の外周面に合成樹脂層を積層するし、前記筒体とともに合成樹脂層を硬化させながら超高分子量ポリオレフィン発泡シートを接合するので、極めて合理的に、生産性よく、超高分子量ポリオレフィン発泡シートが合成樹脂層に接合された樹脂複合管を製造することができる。
さらに、従来の樹脂複合管の製造方法のように接着剤を必要とせず、低コスト化が図れ、超高分子量ポリオレフィン発泡シートと、被着体である合成樹脂層が直接接合されているので、接合信頼性が向上する。
さらに、マンドレルを交換することにより、任意の内径の樹脂複合管を、容易に、かつ、経済的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１記載の発明における超高分子量ポリオレフィン発泡シート接着構造体の一例を示す斜視図である。
【図２】 請求項７記載の発明における樹脂複合管の製造方法の一実施形態を示す概略図である。
【図３】 請求項７記載の発明により製造される樹脂複合管の一例の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】 請求項７記載の発明により製造される樹脂複合管の一例を示す断面図である。
【図５】 請求項７記載の発明により製造される樹脂複合管の別の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１；超高分子量ポリオレフィン発泡シート
２；スキン層
３；発泡層
４；多孔層
５；接着剤
６；被着体
１２；マンドレル
１５；プーリー
１６；推進ベルト
２０；積層体
２０ａ；樹脂複合管
２１；合成樹脂層
２２；樹脂モルタル層
２３；合成樹脂層
２４；超高分子量ポリオレフィン発泡シート
２４ａ；スキン層
２４ｂ；発泡層
２４ｃ；多孔層
２５；筒体

Claims (7)

1. 粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリオレフィン発泡シートが接着剤により被着体と接合された構造体であって、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの一方の表層に上記超高分子量ポリオレフィンからなるスキン層を有し、内部が発泡層であり、多数の凹部からなる多孔層である他方の表層が被着体と接合されてなることを特徴とする超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体。
2. 粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリオレフィン発泡シートが被着体と接合された構造体であって、被着体が熱硬化性樹脂であり、超高分子量ポリオレフィン発泡シートの一方の表層に上記超高分子量ポリオレフィンからなるスキン層を有し、内部が発泡層であり、多数の凹部からなる多孔層である他方の表層が被着体と接合されてなることを特徴とする超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体。
3. 超高分子量ポリオレフィン発泡シートの比重が０．８５〜０．１５であることを特徴とする請求項１または２に記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体。
4. 超高分子量ポリオレフィン発泡シートの摩耗輪による摩耗試験における摩耗損量が、同一材料の非発泡成形体と比較して、１５０〜２５重量％の範囲であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体。
5. 超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体の剪断接合強度が、同一材料の非発泡成形体が同一材料の被着体と接合された接合構造体と比較して、１２５〜１０００％であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体。
6. 粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリオレフィンに非反応性ガスを高圧下で溶解させて易成形状態とし、押出機中で溶融混練した後に金型から押出発泡させる際に、該易成形状態の樹脂を溶解時のガス圧力以上の樹脂圧力で金型に導入し、次いで冷却しながら樹脂圧力を溶解時のガス圧力以上に保持した状態で（降温時の結晶化ピーク温度−１０℃）〜（降温時の結晶化ピーク温度＋１０℃）の温度範囲で金型先端からシート状に押出して発泡させた後、得られた超高分子量ポリオレフィン発泡シートの表層の一方のスキン層を除去して多数の凹部からなる多孔層を形成した後、該多孔層と被着体とを接合することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の超高分子量ポリオレフィン発泡シート接合構造体、の製造方法。
7. マンドレル外周面に、
   超高分子量ポリオレフィン発泡シートの一方の表層に上記超高分子量ポリオレフィンからなるスキン層を有し、内部が発泡層であり、多数の凹部からなる多孔層である他方の表層を有する粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリオレフィン発泡シートを上記多孔層が外側になるように螺旋状に巻回して筒体を形成する工程と、
   形成された筒体をマンドレルに沿って螺旋送りしつつ、その筒体の外周面に合成樹脂層を積層する工程と、
   前記筒体とともに合成樹脂層を硬化させながら、超高分子量ポリオレフィン発泡シートを接合する工程と、
   硬化された合成樹脂および筒体を、所定の長さに切断する工程と、
   を包含することを特徴とする樹脂複合管の製造方法。

Images