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JP4172878B2 - 二軸延伸ポリエチレンテレフタレートシートの成形方法 - Google Patents

二軸延伸ポリエチレンテレフタレートシートの成形方法 Download PDF

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JP4172878B2
JP4172878B2 JP16419299A JP16419299A JP4172878B2 JP 4172878 B2 JP4172878 B2 JP 4172878B2 JP 16419299 A JP16419299 A JP 16419299A JP 16419299 A JP16419299 A JP 16419299A JP 4172878 B2 JP4172878 B2 JP 4172878B2
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sheet
molding
pressure
forming
biaxially stretched
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弘 桑原
知史 山田
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Toyo Aluminium Ekco Products Co Ltd
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Toyo Aluminium Ekco Products Co Ltd
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Description

【0001】
【発明の技術分野】
この発明は、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートシートの成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、物理的に非常に強靱な二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(以下、PETと略す)シートを熱盤圧空成形やプレス成形で成形することは工業的生産上非常に困難とされていたが、特公昭62−18339号公報には、成形時に成形温度(T)=220〜245℃、成形圧力(P)≧〔30+(220−T)/2〕kg/cm2 の条件で圧空成形する解決策が示されている。しかしながらこの条件は、実際成形圧力にすると約20〜40kg/cm2 という非常に高い圧空成形圧力をかけることにより成形を可能としている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述の二軸延伸PETシートの成形方法においては、約20〜40kg/cm2 という非常に高い圧空成形圧力を必要とするため特殊な製造設備が必要となり、低コストのワンウェイ容器等の分野では実用化には至っていない。この発明の課題は、このように高い圧空成形圧力を必要とせず3.0〜4.5kg/cm2 という通常の熱盤圧空成形と同等の低い成形圧力で二軸延伸PETシートを成形する方法を提供することである。
【0004】
【課題の解決手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、ポリエチレンテレフタレート系樹脂を延伸配向および結晶化させて得られた延伸倍率が縦方向に2.5倍以上、横方向に2倍以上であって、結晶化度が38%以上、50%以下のシートを、
(a)シート加熱時間X(秒)とシート加熱温度Y(℃)との関係が、
Y≧220−1.5X
X≧1
(b)圧空成形圧力が3.0kg/cm2 以上、6.0kg/cm2 以下
の条件で成形するようにしたのである。
【0005】
また、特にY≧238−1.5Xとするのが好ましい。
【0006】
【実施の形態】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1にこの発明の成形方法で使用する熱盤圧空成形装置を示す。この装置は通常使用されている熱盤接触によるシート加熱式の圧空成形装置である。図1(イ) に示すように、シートSを挟んで成形型10と熱盤20が対向して配置され、シートSは矢印方向に間欠的に送られる。前記成形型10には複数のキャビティ11が設けられ、このキャビティ11の内面には給排気孔12が多数設けられている。一方熱盤20にもその表面21に開口する給排気孔22が多数設けられている。
【0007】
シートSの成形に際しては、図1(ロ) に示すように、熱盤20の給排気孔22から真空引きしてシートSを熱盤20に密着させヒータ23によって加熱する。このとき成形キャビティ11の給排気孔12から圧力気体を供給して密着作用を補助してもよい。次いで図1(ハ) に示すように、熱盤20の給排気孔22から圧力気体を供給して、軟化したシートSを成形型10のキャビティ11に押し付けて成形する。このとき、キャビティ11の給排気孔12から真空引きして成形性を高めることができる。最後に、図1(ニ) のように、キャビティ11の給排気孔12から圧力気体を排出して離型する。
【0008】
上記のように、シートSの加熱方法は、シート全体の均一加熱を必要とするため、熱盤による直接加熱方法が最も適している。間接加熱方法ではシートの加熱むらが発生しやすく、極端な場合、加熱不足の部分が成形中に破れてしまう。
【0009】
そして、下記式の範囲から選ばれた条件で成形を行なうことが肝要である。即ち、シート加熱時間X(秒)とシート加熱温度Y(℃)との関係が
Y≧220−1.5X
X≧1
この条件の範囲内で成形する限り、圧空成形圧力は最低3.0kg/cm2 と非常に低い圧力で十分成形可能となる。この成形方法により得られる成形品は、耐熱性(100℃以上で変形が始まるがそれ以上高温域でも大きく変形は進まず、230℃の高温でも溶けたり穴が空いたりすることは無い)、透明性、引張強度、衝撃強度、ガスバリア性、保香性等に優れた特性を示す。このシート加熱温度とシート加熱時間の条件が上記範囲を外れて下回れば十分成形ができず、細部の形状の再現性が不十分となる。
【0010】
また、特に下記式の範囲から選ばれた条件で成形を行なうと優れた成形品が得られる。即ち、シート加熱時間X(秒)とシート加熱温度Y(℃)との関係が
Y≧238−1.5X
X≧1
この条件の範囲内で成形する限り、圧空成形圧力は最低3.0kg/cm2 と非常に低い圧力で十分成形可能となる。さらにこの条件範囲で成形した場合、後述の実施例で示すとおり、160℃に加熱したシリコーンオイルバスに成形品を20分浸漬した場合の容積変化率が10%未満である耐熱性が非常に優れた成形品を得ることができる。この成形品は透明性、引張強度、衝撃強度、ガスバリア性、保香性等にも優れた特性を示す。このシート加熱温度とシート加熱時間の条件が上記範囲を外れて下回れば、成形は可能でも、成形品の耐熱性は大きく低下する。
【0011】
なお、上記の成形方法において、圧空成形時間は通常の汎用樹脂シートの成形と同様に数秒程度で成形可能であり、極端に長くしてもコストが掛かるだけで大きな効果は得られない。また圧空成形圧力が3kg/cm2 未満では成形が十分できない。さらに圧空成形圧を高くする分には問題は無いが、6kg/cm2 より高くすると、成形時の空気漏れ等が発生し易くなるため、成形機や金型の改造が必要となり設備コストが高くつき好ましくない。
【0012】
この発明で使用するPET樹脂は、単独重合およびPETの特徴を損なわない程度の共重合体(例えば85モル%以上PET単位を含んだ樹脂)であり、これを公知の二軸延伸結晶化ポリエステルフィルムの製造方法により二軸配向および結晶化させ、シート状に成膜したものである。なお、延伸結晶化させたPETシート(フィルムを含む)の結晶化度が38%未満では耐熱性が悪くなり、50%を越えると材料の伸びが悪く成形できないので好ましくない。結晶化度は以下の式に基づいて導かれたものである。
【0013】
結晶化度Xc=dc(d−da)/d(dc−da)
ここでda(完全非結晶時の密度)=1.335
dc(完全結晶時の密度)=1.501
d=サンプルの密度
また、これらの素材からなる二軸延伸PETシートは、必要に応じて帯電防止剤、防曇剤、界面活性剤、セラミックコート、アルミ蒸着やガラス繊維等のフィラー等有機物および無機物を添加することは任意である。さらに、この樹脂層に少なくとも1層のバリア層を設けることもできる。このバリア層の樹脂としては、ポリ塩化ビニリデン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、各種ナイロン等があげられる。なお、二軸延伸PETシートの厚さは、通常70〜500μであり、特にこの発明の成形方法に適している厚みは150〜350μである。
【0014】
この発明において、上記範囲で任意の延伸倍率、結晶化度に調整した二軸延伸PETシート成形時のシート加熱温度は200〜245℃である。この温度が200℃未満では、樹脂が十分伸びず、圧空成形によって成形することは困難である。また、245℃より高い温度では、シートが溶融状態になり熱盤に付着してしまい成形できない。
【0015】
【実施例1】
2種の成形型を用い図2及び図3に示す容器を以下の成形条件により熱盤圧空成形した。
【0016】
成形条件は、金型温度60℃、成形圧力3.5kg/cm2 、圧空成形時間8秒であった。
【0017】
使用した材料は結晶化度40%の二軸延伸PETシート(ユニチカ社製エンブレット)でシートの厚みは250μであった。成形された容器の状態を目視で観察した結果を図4に示す。
【0018】
【実施例2】
実施例1で使用した図3の容器を成形する金型を用い次の成形条件により熱盤圧空成形した。
【0019】
成形条件は、金型温度60℃、成形温度230℃、シート加熱時間8秒、圧空成形時間8秒であった。
【0020】
使用した材料は結晶化度40%の二軸延伸PETシート(ユニチカ社製エンブレット)でシートの厚みは250μであった。成形された容器の状態を図5に示す。
【0021】
【実施例3】
実施例1で使用した図3の容器用金型を用い以下の成形条件により熱盤圧空成形した3種類の成形品について耐熱性試験を実施した。試験方法は様々な温度に加熱したシリコーンオイルバスに各成形品を20分浸漬した時の容積変化率(%)を測定した。
【0022】
成形条件は、金型温度60℃、成形圧力3.5kg/cm2 、圧空成形時間8秒であった。
【0023】
使用した材料は結晶化度40%の二軸延伸PETシート(ユニチカ社製エンブレット)でシートの厚みは250μであった。なお、各サンプルのシート加熱時間は8秒、加熱温度はサンプル1が220℃、サンプル2が230℃、サンプル3が235℃であった。結果を図6に示す。サンプル2、3の成形品は、160℃でも容積変化率が10%以下と優れた耐熱性を示した。容積変化率が10%以下では容器の変化はあまり目立たなかった。
【0024】
【実施例4】
内径230mm、深さ10mmの円錐台形キャビティを有する金型により、実施例1と同条件で成形温度と加熱時間を図7の通り変化させ、各々の成形品の底面平坦部分について以下の昇温収縮テストを実施した。即ち、熱分析装置により、成形後のサンプル片(5mm×20mm×0.024mm)の一端を固定し、もう一端に417g/cm2 の荷重を掛けた状態で、雰囲気温度を30から230℃に5℃/分の速度で上昇させ、サンプルの膨張・収縮率(dL/L)を測定した。なお、横方向は縦方向に比べ加熱収縮が小さいため省略した。
【0025】
シート加熱時間一定(8秒)でシート加熱温度を変化させた時の収縮率の比較を図8に示した。また、加熱温度と加熱時間共に変化させた時の収縮率の比較を図9に示した。図から分るように235℃・加熱時間8秒の成形条件での成形品は220℃時点での収縮率が1%以下と高温環境下で優れた寸法精度を示した。
【0026】
【発明の効果】
この発明の成形方法によれば、以上のように、シート加熱温度と時間を制御することにより、通常の熱盤圧空成形による成形圧力でも二軸延伸PETシートを成形することが可能となり、成形設備や成形金型は、従来汎用樹脂シートの成形に使用している一般的な熱盤圧空成形装置及び金型を使用することができるため、既存金型をそのまま転用して成形可能であり、新規投資無しで生産することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の成形方法の一例を示す断面線図
【図2】実施例1の製品形状を示す(イ) 平面図及び(ロ) 断面図
【図3】実施例1の製品形状を示す(イ) 平面図及び(ロ) 断面図
【図4】実施例1のシート加熱温度と時間及び成形状態を示す表
【図5】実施例2の成形圧力と成形状態を示す表
【図6】実施例3の試験結果を示すグラフ
【図7】実施例4のシート加熱温度と時間を示す表
【図8】実施例4の試験結果を示すグラフ
【図9】実施例4の試験結果を示すグラフ
【符号の説明】
10 成形型
11 キャビティ
12 給排気孔
20 熱盤
21 熱盤表面
22 給排気孔
23 ヒータ
S シート

Claims (2)

  1. ポリエチレンテレフタレート系樹脂を延伸配向および結晶化させて得られた延伸倍率が縦方向に2.5倍以上、横方向に2倍以上であって、結晶化度が38%以上、50%以下のシートを、
    (a)シート加熱時間X(秒)とシート加熱温度Y(℃)との関係が、
    Y≧220−1.5X
    X≧1
    (b)圧空成形圧力が3.0kg/cm2 以上、6.0kg/cm2 以下
    の条件で成形することを特徴とする二軸延伸ポリエチレンテレフタレートシートの成形方法。
  2. ポリエチレンテレフタレート系樹脂を延伸配向および結晶化させて得られた延伸倍率が縦方向に2.5倍以上、横方向に2倍以上であって、結晶化度が38%以上、50%以下のシートを、
    (a)シート加熱時間X(秒)とシート加熱温度Y(℃)との関係が、
    Y≧238−1.5X
    X≧1
    (b)圧空成形圧力が3.0kg/cm2 以上、6.0kg/cm2 以下
    の条件で成形することを特徴とする二軸延伸ポリエチレンテレフタレートシートの成形方法。
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