高靱性ポリオレフィンシート
圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向ポリオレフィンシートを形成するのに適した、凝集した事実上最高密度のポリオレフィンを製造する方法であって、下記を含む該方法：
ａ）計量した量のポリオレフィン粉末を、２つの逆方向に回転する加熱したカレンダーロールの間のニップに供給し；
ｂ）該粉末を、ポリオレフィンシートの凝集した最高密度のシートが生成するまで該ニップを通して圧延し；そして
ｃ）凝集したポリオレフィンシートが一旦、該ニップを出ると、該ニップ内の温度を調節して、特定の靱性及び伸長性を得る。かかる方法を行うための装置もまた記載される。かかる方法は、別個の費用のかかる圧縮ステップの必要性を除くだけでなく、高い融解熱を有する高靱性、高配向ポリオレフィンシートを製造するための従来の工程に従って圧伸する準備ができた、凝集したポリオレフィンシートを生成する。
ａ）計量した量のポリオレフィン粉末を、２つの逆方向に回転する加熱したカレンダーロールの間のニップに供給し；
ｂ）該粉末を、ポリオレフィンシートの凝集した最高密度のシートが生成するまで該ニップを通して圧延し；そして
ｃ）凝集したポリオレフィンシートが一旦、該ニップを出ると、該ニップ内の温度を調節して、特定の靱性及び伸長性を得る。かかる方法を行うための装置もまた記載される。かかる方法は、別個の費用のかかる圧縮ステップの必要性を除くだけでなく、高い融解熱を有する高靱性、高配向ポリオレフィンシートを製造するための従来の工程に従って圧伸する準備ができた、凝集したポリオレフィンシートを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾道応用に適した超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）及び他の高分子量ポリオレフィン材料に関し、更に特定的にはそれらの製造のための新規且つ非常に経済的な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、即ち、約２百万を越える分子量を有するポリエチレン、の加工は、ポリマー業界で非常に難しいことが知られている。しかしながら、かかる材料から作られた製品は非常に強くそして耐久性がある。
【０００３】
コバヤシ外により出願され、日本油脂株式会社に譲渡された下記の一連の米国特許の中に、一般にポリオレフィン、特定的にはＵＨＭＷＰＥの繊維及びフィルムの製造に関する多くの発明が記載されている：特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６。これらの特許に記載された方法は一般に、ポリオレフィン粉末を、上向き及び下向き(up and down)の対抗する関係に配置したエンドレスベルトの組み合わせの間に供給し、該ポリオレフィン粉末を該エンドレスベルトの間でその融点未満の温度で圧縮成形し、そして得られた圧縮成形ポリオレフィンを、配向したフィルムに圧延（ｒｏｌｌｉｎｇ）及び延伸（ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ）することによる高強度且つ高モディラスポリオレフィンフィルムの連続製造を記載する。圧縮成形するので、これらのシートは比較的脆く、従って非常に良好な強度と耐久性を示す配向フィルムを与えるには引き続くカレンダリング（ｃａｌｅｎｄｅｒｉｎｇ）又は圧伸（ｄｒａｗｉｎｇ）操作を必要とする。事実、これらの方法で製造したかかる材料の強度は、重量を基準として鋼の３倍であることができ、そしてそれらは非常に低いクリープを奏する。
【０００４】
かかる材料の製造のための向上された方法も、下記の米国特許及び２００５年９月１日出願の米国特許出願に記載されている：特許文献７、特許文献８。
【０００５】
これらの従来方法の全てに共通した要素は、製造工程の初期のステップでＵＨＭＷＰＥ粉末の圧縮を必要とすることである。今まで、かかる粉末の圧縮は材料を、参照した従来技術に記載されたように引き続き圧延及び圧伸できるような形態に材料を置くためには、かかる粉末圧縮が必要というのがＵＨＭＷＰＥ製造界の考えであった。別に述べられているのは、引き続く圧延及び圧伸ステップを含む方法で製品を製造して、弾道的に有用なＵＨＭＷＰＥの製造に要求される配向を得るには、粉末をまず、かかる引き続く圧延及び圧伸工程で首尾よく加工できる充分な靱性を示すシートの形態に置かなければならないという考えであった。従来技術ではかかる形態は、粉末を、引き続く加工のために圧延に導入できる比較的脆いシートに圧縮することにより得ていた。
【０００６】
この圧縮工程ステップの性能は、特に幅１〜２インチより広いＵＨＭＷＰＥシートの製造では、比較的大きく、極めて複雑で、そして非常に高価な設備（設置されたかかる設備は百万ドルにのぼる）の使用を必要とする。従って、かかる設備は設置に高レベルの資本出費を必要とし、そしてその複雑さのために高い操作費用と維持費用を必要とする。
【０００７】
Ｋｎｏｐｐによる、１９８４年３月１３日に発行された特許文献９は、ポリマー粉末を最高密度の(fully dense)生成物に圧縮する方法を記載する。この特許によると、ポリマー粉末をホッパーから２つのロール間のニップに供給し、そこで該ポリマー粉末の融点未満の温度で圧縮し、該ニップから張力下で引き抜いて、「最高密度の」ポリマーシートを形成する。Ｋｎｏｐｐによると、彼の方法をＵＨＭＷＰＥ粉末に適用した場合、得られるシートは約０．８２ｇ／ｃｃの密度を有し、これを彼は「実質的に最高密度」と云う。ＵＨＭＷＰＥの密度は０．９４５ｇ／ｃｃを越えるオーダーであることが良く知られている。従って、Ｋｎｏｐｐの方法の生成物は殆ど「最高密度」でなく、カレンダリング又は圧伸による更なる加工に適さない。何故なら、該生成物はかかる加工に付した場合、引き裂かれるか破壊するであろうからである。
【０００８】
従って、かかるＵＨＭＷＰＥ材料、特に２インチより広い幅のＵＨＭＷＰＥ材料、の製造者にとって、粉末圧縮ステップをずっと簡単で、小さくそして安価な第１工程ステップに置き換えることができ、しかも製造された製品に悪影響を及ぼすことないか又は該工程の動力学に著しく影響しないなら、即ち、例えば非経済的な速度になるまで遅い製造にならないならば、非常に有益であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第4,996,011号
【特許文献２】米国特許第5,002,714号
【特許文献３】米国特許第5,091,133号
【特許文献４】米国特許第5,106,555号
【特許文献５】米国特許第5,200,129号
【特許文献６】米国特許第5,578,373号
【特許文献７】米国特許第7,348,053号
【特許文献８】米国特許出願第11/217,279号
【特許文献９】米国特許第4,436,682号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、前に記載した圧縮ステップの必要を除き、そしてずっと費用的に有効でより簡単な工程を、引き続く圧伸（ｄｒａｗｉｎｇ）による加工を受けることができる高靱性ＵＨＭＷＰＥシートの製造に使用する、ＵＨＭＷＰＥシートの向上された製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によると、圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向ＵＨＭＷＰＥシートを形成するのに適した、事実上最高密度のポリオレフィンの製造方法であって、下記を含む該方法が提供される：
ａ）計量した量のポリオレフィン粉末を、２つの垂直に積まれそして加熱されたカレンダーロールの間のニップに、該ポリオレフィン粉末を該２つの加熱されたカレンダーロールの最上部の頂点に適用することにより供給し；
ｂ）該粉末を、ポリオレフィンシートの凝集シートが生成するまで該ニップを通して圧延（ｒｏｌｌｉｎｇ）し；そして
ｃ）凝集ポリオレフィンシートが一旦該ニップを出ると、特定の引張（ｔｅｎｓｉｌｅ）性及び伸長（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）性を得るために該ニップ内の温度を調整する。かかる方法を行うための装置も記載される。かかる方法は、別個の費用がかかる圧縮ステップの必要性を除くだけでなく、高い融解熱を有する高靱性、高配向ポリオレフィンシートの製造のために従来方法に従って圧伸する準備ができた凝集ポリオレフィンシートを生成する。本発明の好ましい態様によると、選択するポリオレフィンは超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術の製造工程の概略図である。
【００１３】
【図２】本発明の好ましい方法の圧伸部分を実施するのに使用される装置の好ましい態様の概略図である。
【００１４】
【図３】本発明の一態様に従って凝集ＵＨＭＷＰＥシートを生成するために使用される装置の概略側面図である。
【００１５】
【図４】本発明に従って凝集ＵＨＭＷＰＥシートを生成するために使用される装置の別の好ましい態様の概略側面図である。
【００１６】
【図５】本発明に従って凝集ＵＨＭＷＰＥシートを生成するために使用される装置の更に別の代替の好ましい態様の概略側面図である。
【００１７】
【図６】本発明に従って凝集ＵＨＭＷＰＥシートを生成するために使用される装置の更に別の代替の好ましい態様の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の記述において、操作パラメータ、材料の性質等は、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）のものの内容で表したが、本願に記載した発明は他のポリオレフィンポリマー、例えば高分子量ポリプロピレン、に、材料及び工程条件を他のポリオレフィン材料に適したものに賢明に選択することにより、容易に適用可能であることが、ポリマー分野の当業者に容易に理解されるであろう。
【００１９】
本願で使用する用語「テープ」とは、約１／２インチ又はそれ以上、好ましくは１インチを越えるオーダーの幅を有する製品を云う。本願で使用する用語「繊維」とは、「狭い」テープ、即ち約１／２インチよりも狭い要素を定義することを意味する。用語「スリットフィルム繊維」とは、詳しくは「繊維」、又は一般に長方形の断面を示し、そして滑らかな、即ち非のこ歯状又はでこぼこでない縁を示す、本発明に従って製造された狭いテープを云う。本願で使用する用語「シート」及び「フィルム」とは、１６０インチまで又は１６０インチをこえる幅の、かかる幅の製造に特定的に設計された大きい商業用設備で製造することができる、本発明の材料の薄いセクションを云うことを意味する。好ましい態様によると、かかるシート及びテープは一般に長方形の断面と滑らかな縁を有する。従って、本願に記載される工程の製品を記載するのに使用される「テープ」と「スリットフィルム繊維」と「繊維」と「フィルム」と「シート」との間の基本的相違は、その幅に関し、そして一般にその厚さとは独立している。
【００２０】
ここで図１を参照すると、従来技術に記載されそして図１に概略的に描かれた工程は、ポリオレフィン粉末を、上及び下の対抗関係に配置されたエンドレスベルトの組み合わせの間に供給し、該ポリオレフィン粉末をその融点未満の温度で該エンドレスベルトの間で圧縮し、そして次に得られた圧縮成形したポリオレフィンを配向フイルムに圧延及び圧伸することによる高強度且つ高モジュラスポリオレフィンフイルムの連続製造を含んだ。本願に記載した変更工程に関連する範囲で、米国特許第４，９９６，０１１号，第５，００２，７１４号，第５，０９１，１３３号，第５，１０６，５５５号，第５，２００，１２９号、及び第５，５７８，３７３号に含まれる前述の従来技術の記述を、参照用にそれらの全体を本願に含める。
【００２１】
従来技術の方法と本発明の方法との主な相違は、本発明が圧縮ステップ及びそれに関連する高費用の必要性を全く取り除くことである。従って、本願に記載の方法は、以後に記載するように、加熱されたポリオレフィン粉末を一対の加熱された、逆方向に回転するカレンダーロールに、非常に特定的な温度及びギャップ（間隙）条件下で導入することから始まり、ポリオレフィンを配向させそして弾道的に有用な高靭性、高配向ポリマー材料を生成するために、引き続き更に圧伸するのに適した凝集ポリオレフィンシートを生成する。
【００２２】
本発明の好ましい態様によると、本発明の方法に従って加工されたポリオレフィンは、高結晶度（示差走査熱量計で測定して約８０％を越える）、２２０ジュール／グラム又はそれ以上の融解熱、及び低レベルのからみ合いを示すＵＨＭＷＰＥである。従って、投入出発材料ＵＨＭＷＰＥはこの程度の結晶度及び融解熱を有し、そして前に述べた低いからみ合いの要件に合うのが好ましい。ティコナエンジニアリングポリマー（Ｔｉｃｏｎａ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）、ミシガン州４８２３６、アウバン ヒル、２６００アップダイク ロード、からのＴｉｃｏｎａＸ−１６８、及びバーゼルコーポレーション（Ｂａｓｅｌｌ Ｃｏｒｐ．）、デラウェア州１９８０８、ウィルミントン、２８０１センタービル ロード、からのｔｙｐｅ１９００ＣＭのような市販材料が、本発明の首尾良い実施に有用である。
【００２３】
添付図面を参照すると、図３に描くように、本発明の方法で最初のステップは、直接圧延装置１０を利用し、該装置１０はポリマー粉末ホッパー１２を含み、該ホッパー１２は計量した量のポリマー粉末１４を振動シュート１６に、計量器具１８を介して供給し、従って封じ込めプレート２０に供給する。封じ込めプレート２０で、該粉末は、矢印２６及び２６Ａで示される方向に回転する、２つの逆方向回転加熱カレンダーロール２４及び２４Ａの間のギャップ２２に導入される。好ましくは赤外ヒーターであるヒーター２７は、以下に更に十分に記載するように、粉末１４に熱を与える。ヒーター２８は、振動シュート１６内の粉末１４から約２〜約８インチ上に位置するのが好ましく、そして約１６０〜２２０゜Ｆの間の温度に設定するのが好ましい。これらの距離及び温度は勿論、加工される特定のポリマー粉末１４及び使用するヒーターのタイプに依存して可変であるが、好ましいＵＨＭＷＰＥの加工に適することが見出された。粉末１４が振動シュート１６を封じ込めプレート２０上にまで滝のように降りるにつれて、該粉末はギャップ２２に引き込まれる地点まで蓄積する。
【００２４】
本発明の一側面の好ましい態様によると、直接圧延工程の始まりで、ギャップ２２を個々のポリマー粉末粒子の最も小さいサイズよりも狭く設定する、例えば約５０μに設定する。ギャップ２２は勿論、ポリマー粉末１４の最小粒子サイズが５０μよりも大きい場合は広げてもよい。この場合、首尾よい実施は、好ましくはロール２４及び２４Ａを、ギャップ２２をポリマー粉末１４の最小粒子サイズ未満に設定した場合、より高い初期温度に加熱することにより遂行される。同様に、本願に記載する直接圧延工程の始まりで、加熱カレンダーロール２４及び２４Ａはポリマー粉末１４の融点より高い温度に加熱するのが好ましい。この融点は加工される特定の材料に依存するであろうが、本願のどこかで記載される好ましいＵＨＭＷＰＥ出発材料の場合、この初期温度は約１４９℃又は該好ましいＵＨＭＷＰＥの融点より約３℃高い温度である。より低い温度は勿論、より低い融点のポリオレフィン材料には適当であることができる。この点で、粉末１４の圧延が開始される。ポリマーの凝集シート２８がギャップ２２から現れ始めると直ぐに、カレンダーロール２４及び２４Ａの温度をポリマー粉末１４の融点より低くし、そしてギャップ２２を凝集シート２８の最終製品厚さに望ましいギャップに増大させる。本願で使用される用語「凝集シート」("coherent sheet")は、引裂き、ほころび又はその他の追加の加工に使用できなくなることがなく、圧伸による更なる加工に適したポリマーシートを規定することを意味する。全ての実際的な目的のために、かかるシートは実質的に密度が最高で、例えば本願に記載した好ましいＵＨＭＷＰＥ材料の場合、約０．９４５ｇ／ｃｃより大きい密度を有する。本願のどこかで記載した好ましいＵＨＭＷＰＥ粉末１４には、操作温度（凝集シート２８の形成後の温度）は、約１３６〜約１４４℃の範囲、好ましくは約１３９℃と約１４１℃の間であり、そして操作ギャップは１００μから２３０μのオーダー、好ましくは約１４０μである。本願で述べる初期温度及び操作温度は必ずしもニップ２２内のポリマー粉末／シートのための設定点ではなく、むしろ加熱カレンダーロール２４及び２４Ａの表面温度であることに留意されたい。
【００２５】
今記載した装置の操作速度は加工される特定のポリオレフィンにより変化するであろうが、上記の好ましいＵＨＭＷＰＥ材料を使用して、毎分約１．９〜約４．０メートルの間の開始圧延速度が受け入れられることが見出された。装置の定常状態操作は一般に、毎分約２．０メートルと約１２．０メートルの間の範囲にある。これらの操作速度は主として、人が凝集シート２８を取り出す能力及び加熱カレンダーロール２４及び２４Ａのサイズに基づくことに留意されたい。何故なら、一層大きいロールは一般に、ニップ２２内でポリマーと接触する表面を増加させる傾向があるからである。従って、下流の操作又は取出し装置により速い速度が可能であるなら、又は一層大きい直径のロールが使用されるなら、今記載した直接圧延工程に一層高い操作速度が可能である。
【００２６】
今記載した方法の製品は実質的に密度が最高でそして半透明なＵＨＭＷＰＥシート、即ち、密度約０．９５〜約０．９８ｇ／ｃｃを有するＵＨＭＷＰＥシートである。
【００２７】
図３に描かれた装置は全く満足な製品を生成するが、図４−６に描いたような供給システムのある種の変更をして、同等の満足度を得ることができ、そして幾つかの事例で以下に記載するように、更に改良された結果を得ることができる。以後に論じるように、ロールの温度及び上記ニップのギャップのようなある種のプロセスパラメータは、これらの代替の供給システム構成を使用した場合、変えることができるが、そうでなければ工程及び装置は本質的に上記の通りである。
【００２８】
本発明の方法を実施するために使用する装置を本願では水平に向いたように描いたが、該工程は、垂直の構成、即ち、図5及び６に関連して以下に更に詳細に記載するように、ポリマー粉末を２つの水平方向に平行なカレンダーロール２４及び２４Ａの間のギャップ２２に供給する構成、で同等に稼動するであろう。この別の配向において、粉末１４は水平方向に平行なカレンダーロール２４及び２４Ａの上に位置する加熱ホッパーから計量されて、粉末２４が上方からギャップ２２に供給されそして製品シート２８がギャップ２２の下から引き出される。他の全ての操作手順、即ち、温度制御及びギャップ設定の変更は同じままである。
【００２９】
本発明の首尾良い実施には厳密でなく、そして加工される特定のポリオレフィンに依存して明らかに変わるが、約４〜約８ＲＭＳのロール表面粗さが、本願に記載した好ましいＵＨＭＷＰＥ材料の加工に適することが見出された。
【００３０】
今度は、本発明の代替の工程の首尾よい実施に有用な代替の装置７０の概略側面図を描く添付の図４を参照すると、この態様によるロール２４及び２４Ａは、図２に関して前に記載した垂直とは対照的に、水平に配向している。以下の記述に使用されるように、図４に示された参照番号で指示される下記の用語は下記の意味及び目的を有する：ドクターブレードギャップ７４は、ロール２４及び２４Ａの上に横たわりそして最終的にニップ７６に導入されるポリマーの量を制御する。図４に示される水平ロール配置には、該ロール上に横たわるポリマーの質量（量）は、シートとしてニップ７６を出る質量（量）に等しくなければならない；（上記横たわるポリマーの質量がもっと多いと、該ポリマーはニップ７６の上に蓄積しそして最終的には廃棄物として側部にこぼれるか、又は高いニップ圧力を生成し、ロールギャップは強制的に開かれそして／又はロールを回すのに必要なロールトルクが機械部品を破壊するか駆動モータを失速させるであろう）；ロールニップ又はロールギャップ７６は、向かい合うロール２４及び２４Ａの間の最も近い距離である（これは、圧延されたシートの厚さを制御する主なパラメータである）；ロールニップリザーボイア（貯め池）７８はロールニップ７６の丁度上にあるポリマーの最も小さいリザーボイアである（水平配置において、該ポリマーは両方のロールに接触し、そして両方のロールからの摩擦及び圧縮により該ニップに入れられ、一方、前述の垂直配置では、材料は、主としてロール２４Ａ上に静止し、そして多すぎる粉末が存在すると、退いて（fall back out of)ニップ２８から出るので、自己調節性である。
【００３１】
図４に描いた態様によると、ポリマー１４はホッパー８０から供給され、該ホッパー８０は、ホッパー８０からのポリマー１４の流れを制御するのを助けるホッパーゲート８２を含む。以下に記載するように、ポリマー１４の加熱は、ポリマー１４がロール２４の周辺部８６と接触しそして該周辺部上で回転するにつれて行われるので、ホッパー８０は加熱されないのが好ましい。ただし、ポリマー１４がホッパー８０に滞留している間、少量の熱をポリマー１４に付与でき、そしてかかる最少量の熱の付与、即ち、ポリマー１４の融点より著しく低い温度（例えば、前述の「垂直」工程で使用した１６０゜Ｆから２２０゜Ｆの予備加熱温度より低い）が、添付の特許請求の範囲でホッパー８０を記載するのに使用される用語「非加熱」の意味の範囲として考えられるべきである。ドクターブレード８４は、ホッパー８０からロール２４へのポリマー１４の流れを調節し、該ロール２４から該ポリマーはロール２４の周辺部８６の周りをロールニップリザーボイア７８に輸送される。絶対的に必要ではないが、ドクターブレード８４は振動するのが好ましい。ドクターブレード８４の設定は、ロールニップリザーボイア７８中の粉末の量、ロールニップリザーボイア７８の水平な最端（extremes)での粉末の存在及び存在する場合はその量、及び該ロールの間の力を検出するセンサー（図示されていない）により決定される。かかる器具の設計、製作及び操作は当業界の熟練者によく知られ、従って、本願では詳細に記載しない。凝集シート、テープ、リボン、フィルム又は繊維２８は、上記の「垂直」工程の場合のように、ロールニップ７６から出てくる。
【００３２】
今記載した装置の操作をより良く理解するために、ドクターブレード８４の役割及び操作を理解することが重要である。ドクターブレードギャップ７４は、ロールニップ７６に送達されるポリマー１４の量を制御する。ロールニップギャップ７６はロールニップリザーボイア７８から除かれたポリマー１４の量を制御する。ロールニップリザーボイア７８は、このバランスを維持するためのフィルターとして作用するだけでなく、材料をロールニップギャップ７６に押し入れる手段としての役目を果たす。ポリマー１４がドクターブレードギャップ７４から、除かれるよりも速い速度で送達されるなら、ロールニップリザーボイア７８はあふれるか、又は非常に大きくなって、ロールニップ７６内の圧力はロールニップ７６を開き、機械部品を破壊し、又は該モータをエンストさせるであろう。ポリマー１４が供給されるよりも速くロールニップリザーボイア７８を出るなら、圧延されたシートはポリマーが不十分で、空隙を有するであろう。
【００３３】
ドクターブレードギャップ７４及びロール速度はニップ７６に送達されるポリマー１４の量を制御する。ロール２４Ａ上のレイダウン(laydown)は、ロールニップリザーボイア７８の存在により、従来技術のコバヤシの２重ベルト工程で要求されるように均一である必要はない。このように、ロールニップリザーボイア７８は、少量のリザーボイアとして役立ち（該レイダウン中のピークと谷間は蓄積されそして再分配される）、そしてまた、ポリマー１４が少し程度脇に動くのを許す。
【００３４】
同様に、ロールニップリザーボイア７８の機能を十分に理解するのが重要である。所定のロールギャップ７６について、製品厚さはかなり狭い範囲内にとどまるであろう。ロールニップ７６の上方のロールニップリザーボイア７８の高さは、どれだけ多くのポリマー１４がロール２４及び２４Ａと接触しているかを決定し、そしてロール２４及び２４Ａの直径も機能を果たす。ロール２４及び２４Ａが回転すると、ポリマー１４はロールニップ７６により近くされ、ポリマー１４の密度は、該ポリマーがロールニップ７６に近づくにつれて、いくつかの地点でポリマー１４の最大密度に達するまで増加する。ロールニップリザーボイア７８内のポリマー１４の容積がより大きいと、ポリマー１４は、矢印２６及び２６Ａで示される該ロールの回転のより早い時期にその最大密度に達する。ロールニップリザーボイア７８内のポリマー１４の量が少なすぎると、ポリマー１４はロールニップ７６に入れられ、そしてコンパクトなシートに圧縮されるが、該ポリマーがロールニップ７６に近づくにつれて、該シートは、ロールニップ７６の中心内の、該ロール間の最も近い地点で又はその近くで最終的に圧延される前には、決して完全密度に達しない。言い換えると、所定のドクターブレードギャップにおいて、ある量のポリマー１４はロール２４上に置かれる。ロール速度はこの材料がいかなる速度で回転されそしてロールニップ（ギャップ）７６に供給されるかを決定する。しかしながら、この点で、バランスの問題となる。出る圧延されたシートは所定の厚さと強度を有するのが望ましい。ポリマー１４がロールギャップ７６に不十分な量で送達されそしてロールギャップ７６が一定に維持されると、ロールニップリザーボイア７８は部分的に空になり、そしてシート密度は落ちるであろう。低い密度は初めに強度の損失として現れ、次いで、製品をより不透明にするに十分な大きさの空隙として現れるであろう。ポリマー粒子に不十分な圧力が加わるので、該粒子は互いによく結合せず、そしてこの結合強度及び圧縮が降下すると、ポリマー１４の強度は増加する空隙と共に降下するであろう。
【００３５】
本発明の首尾良い実施に絶対的に必要ではないが、ポリマー１４がドクターブレード８４に対して横方向に動くのを制限するために、側部又は端部ダム（添付の図面には示されていない）を使用するのが望ましい。
【００３６】
ロール２４及び２４Ａのサイズ（直径）、仕上げ及び速度は広範囲に変化することができるが、これらの要素のある種のパラメータは本発明の態様の首尾良い実施に特に有用であることが見出された。直径９及び１２インチのロールが特に有用であることが見出されたが、ある最低圧力がロールギャップ７６に維持されれば、もっと大きい又は小さい直径が使用できる。より大きいロールを用いると、ポリマー１４は周辺部８６と接触して回転するので、該ロールとポリマー１４との接触時間が長くなるため、増加した速度が可能である。直径約１２インチのロールについては、約１ｍ／分から約１２ｍ／分までの速度が可能であるが、約１ｍ／分から約３ｍ／分の間の回転速度が満足であることが見出され、約２．３ｍ／分の回転速度が、加工されるＵＨＭＷＰＥ材料を用いて非常に望ましい結果を生じることが見出された。類似のＵＨＭＷＰＥポリマーを加工する他のロール直径についての速度条件は一般に次の通りである：１５”直径ロール（周囲１．２メートル）については、約２．８８ｍ／分の速度が非常に望ましい；そして２４”ロールについては、最適速度は４．６ｍ／分に近づく。
【００３７】
ロール表面は硬くそして良好な摩耗及び摩滅特性をもたなければならない。該表面は該ポリマーがロールニップ７６に一貫して動くように、一貫して滑らかでなければならない。１−１５ＲＭＳの範囲（range)内のクロム表面が好ましい。該表面のマーキング及び変色は工程性能に影響力を有する。該ロール表面が変色を示すと、幾分熱移動が起こる。これは製品に少しのマークを残し、最悪の場合は弱いスポットを残す。
【００３８】
再び、ロールギャップ７６は加工されるポリマーに依存して広範囲に変化することができるが、厚さが約０．０５〜約０．２５ｍｍの範囲のＵＨＭＷＰＥシートをこの態様に従って製造するために、ロール２４及び２４Ａ等の直径、約０．０１５及び約０．３５ｍｍの間のロールギャップは本願で特定したサイズのロールを用いた場合に満足であることが証明された。これらの範囲は単に指針と考えるべきで、より広い又はより狭いロールギャップが、前に記載した種々のパラメータ、特にロール直径、に依存して必要又は望ましいであろう。
【００３９】
前述の垂直ロール工程と同様に、ある種の開始パラメータが望ましいが、加工されるポリマー材料に依存して、絶対的に必要なわけではない。１つの好ましい態様によると、開始時に該ロールを、加工されるポリマーの融点より約１〜約５度高い温度に加熱し、そして該ロールギャップを、前に示唆した操作ロールギャップよりも約２０〜約５０ミクロンだけ小さく設定するのが好ましい。操作条件下で、ＵＨＭＷＰＥの加工のために、該ロール温度は約１３０℃から約１５０℃の範囲、好ましくは約１３２℃から約１４３℃の範囲、そして最も好ましくは約１３６℃から約１４０℃の間とすべきである。これらの開始条件は本願で論じたある種のＵＨＭＷＰＥ材料に好ましいが、それらは厳密でなく、多くの場合、開始時における該ギャップ及び温度要件は操作中に使用される該要件と類似する。例えば、ある場合、約１〜約４メートル／分の間のロール速度で、約１３０℃から約１４６℃の間の温度が満足であり、約１３６．５℃から約１４２℃のより狭い温度範囲が望ましい。開始時のロールギャップは一般に操作条件で使用されるものとほぼ同じ、即ち、本願に記載した材料及び条件を用いて約０．０１５から約０．３５ｍｍ、であろう。しかしながら、出願人は、特定の狭い開始時条件及び操作条件に拘束されることを望まない。何故なら、それらは加工される材料、望ましい製品シート厚さ、ロール温度、ロール速度、ロールサイズ、ロール仕上げ等に依存して非常に広範囲に変化するであろうからである。
【００４０】
当業者に明らかなように、１対の鏡像ホッパー８０、及びドクターブレード８４配列を使用して凝集シート２８を得るのは、本願に記載した「水平」工程の自明な変更であろう。かかる装置７０の変更は、より高い操作速度を得る結果となることができる。
【００４１】
丁度前に記載した代替工程の一つの非常に著しい利点は、有用な出発材料／ポリマーの範囲を幾分広げることである。丁度記載したこの「水平」工程を使用して、分子量が１００万の低く、約１９０ジュール／グラムの低い融解熱を示し、そして同時に低い結晶度を示すＵＨＭＷＰＥポリマーが、上記の「垂直」ロール工程及び米国特許第７，３４８，０５３号に記載された変更コバヤシ工程に従って製造した材料のものに類似した性質を示す、耐弾道性且つ高耐衝撃性のシート、リボン、テープ、フィルム及び繊維に首尾よく加工された。
【００４２】
図５に示す変更した代替の好ましい供給システム装置１３０において、ロール２４及び２４Ａの垂直配置は本質的に図３に示す通りである。この図に示されるように、該供給システムは、ホッパー、又は他のＵＨＭＷＰＥ若しくは他のポリマー１２の源であって、ポリマー粉末１４の流れを輸送シュート１６に計量して入れる該ホッパーを含む。該輸送シュート１６は計量した量のポリマー粉末１４を送達するために振動シュート、スクリュードライブ等を含み得る。この供給システムと図３に関連して記載した供給システムとの相違は、ポリマー粉末１４を、加熱したカレンダーロール２４及び２４Ａの間のニップ又はギャップ２２に直接供給する代わりに、ポリマー粉末１４をトップロール２４の頂部１３２の近くに制御可能に適用し、該ポリマー粉末は該トップロール２４からトップロール２４の表面１３４上で、加熱したカレンダーロール２４の回転方向である矢印２６により示される方向に引かれることである。該加熱したカレンダーロール２４の表面上のかかる輸送のために、加熱したカレンダーロール２４は、適用したポリマー１４がその初期融点、即ち、示差走査測熱法（ＤＳＣ）により測定して検出される融解の開始温度、又はその近くの温度に維持しなければならない。この温度は勿論、導入されるポリマー粉末１４、及び該粉末が融解の開始を示す温度に依存して非常に広範囲に変化することができそして変化するであろう。図５及び６に描いた態様では、開始は、所望の凝集ポリマーシート製品２８の厚さを生じるのに必要な深さに設定したギャップ２２を用いて行うのが好ましく、上記の代替の供給システムに特定した最小のギャップ設定とは区別される。ポリマー粉末が頂部１３２に適用され、そしてロール２４は、ポリマー粉末１４が融解の開始又は開始の近くである温度になるように設定されるので、より広いギャップ設定を開始時に使用し得る。何故なら、表面１３４の周りを移動するので既に「軟化され」ているポリマー粉末１４は、「塊になる」か又は「濃厚になる」傾向があり、ギャップ２２をポリマー粉末１４の最も小さい粒子の深さよりも大きい深さに設定しても、ギャップ２２を通過するときに適当な厚さのシート形状を形成する傾向があるであろうからである。ロール２４上のポリマー粉末１４の一休み（laydown)は、頂部１３２でのロール２４の幅にわたって正確である必要はない。何故なら、ポリマー供給が凝集シート２８の幅要件に従ってそしてそれに関連して与えられる限り、ポリマー粉末はニップ又はギャップ２２に沿って再分配して所望の幅のシートを形成する傾向があるからである。
【００４３】
今度は図６を参照すると、この図面に描かれた供給システムは、ポリマー粉末１４の計量した量を供給するための計量機構、例えばスクリュードライブ又は振動シュート１３６、を含み、該ポリマー粉末のロール２４の頂部１３２の近くへの適用（塗布）は、ポリマー粉末１４の適用層の厚さを制御するドクターブレード１３８の使用により制御される。そうでなければ、該装置は図４及び５に描いた装置と同様である。
【００４４】
前にそれとなく記載したように、ロール２４をＤＳＣで測定して、加工される特定のポリマーの融解開始時の温度又はその近くの温度に維持するのが本発明の首尾良い実施に重要である。従って、例えばＵＨＭＷＰＥポリマーは約１３０℃と約１４５℃の間の温度で加工できる。融解開始点より約１２℃低い温度から、融解開始点より約８℃高い温度までの、本願に描いた種々の態様におけるロール２４の操作温度は、多様のＵＨＭＷＰＥ粉末に有用であることが証明された。特定のポリマーについては、融解開始点より約８℃低い温度から、融解開始点より約４℃高い温度までの範囲の操作温度が好ましく、最も好ましいのは、加工される特定のポリマーについて、示差走査測熱法で測定して、融解開始点より約２℃高い温度から、融解開始点より約２℃低い温度までの範囲の操作温度である。図４及び図５に描いた装置の操作速度は一般に、前述の図３に描いた装置の操作速度と同様である。加工される特定のポリマーについて、ＤＳＣで測定して、融解開始点から約＋１℃〜約−１℃の開始温度、好ましくは約＋１／２℃〜約−１／２℃の範囲内の開始温度が特に好ましいが、本発明の首尾良い実施に不可欠ではない。
【００４５】
図５及び６に関連して述べた装置及び工程の使用の主な利点は、丁度記載した配置及び工程を使用して、著しく高い引張り値（＋約１０％）が得られることである。
【００４６】
非常に有用なＵＨＭＷＰＥ弾道シート、フィルム、テープ又は繊維を得るための凝集シート２８の後期加工は、２００８年３月２５日発行の米国特許第７，３４８，０５３号に記載された方法及び装置と殆ど同じ方法及び装置で行われる。即ち、凝集シート２８を圧伸することにより行われ、該特許はその全体を本願で参照されそして含められる。
【００４７】
今度は図２を参照すると、丁度記載したように製造された凝集シートの厚さを低減するために利用され、本発明の好ましいＵＨＭＷＰＥ製品１０を生成する圧伸装置は、下記を含む：
巻出装置(payoff)４２、加熱したゴデットロール１６（製品をアニールするため）及びライン中に張力を設立しそして維持するためのニップロール４８を含むゴデットスタンド４４、第１圧伸ゾーン５０、第１直列張力センサー５２、第２ゴデットスタンド５４、第２圧伸スタンド５６、第２直列張力センサー５８、第３ゴデットスタンド６０、及び好ましい態様によると、フィブリル化ユニット６２、張力を維持するためのニップロールスタンド６４、及び加熱していない取出しロール６８を含むゴデットステーション６６。図１から分かるように、この工程の投入又は出発材料は一般に、従来技術の製造工程の圧縮ステップの厚い、圧縮されそして圧延されたが配向されていない製品である。本発明の好ましい方法によると、以下に記載する圧伸／カレンダリング工程ステップにおける投入又は出発材料は、勿論、上記の工程でギャップ２２から出てくる凝集シート２８である。
【００４８】
直前に記載しそして本発明の首尾良い実施に使用される装置の要素の各々は、フィルム及び繊維圧伸技術で良く知られ、直前に記載したタイプのラインにおける組合せである。従って、かかるラインの詳細な記載は必要でないか又は本願でなされていないが、読者は当業界で通常入手可能なかかる装置の多くの設計マニュアル及び記載を参照されたい。
【００４９】
圧伸中に約０．５〜約５ｇ／デニールの間、好ましくは約０．８〜３ｇ／デニールの間の一定の張力を維持することもまた、本願に特定された、要求される「厚さ」及び他の向上した性質を有する製品の製造に重要である。本願で使用される用語「デニール」は、９０００メートルの製品フィルム、テープ、シート又は繊維の重量ｇと定義される。０．５ｇ／デニールより低い張力では、意義ある圧伸又は厚さ低減が得られず、一方、約５ｇ／デニールを越える張力では、該材料は分離する傾向があるであろう。圧伸の場合、張力は供給ポリマーの関数でありそしてそれに依存して広く変わることができ、直前に特定した範囲は特定の好ましいＵＨＭＷＰＥ市販出発材料に有用であることが見出された範囲を示す。
【００５０】
圧伸及びカレンダリング中に達成される総低減率は一般に、再び投入原料及び製品が適用される最終用途に依存して、約５０：１と約１７０：１の間又はそれ以上であろう。かかる全圧伸及びカレンダリングは、組合された工程ステップの各々により達成される個々の各低減率の複合として計算される。
【００５１】
本発明の非常に好ましい態様によると、圧伸は、前に記載したように、直列で直接圧延を用いて行われる。かかる連続工程において、カレンダーロール２４及び２４Ａは圧伸装置７０の巻出装置７２となる。かかる配置は本発明の新規な製造方法を実施するための非常に効率的な方法を与える。
【００５２】
直前に記載した加工パラメータに従って、図２に示す装置内での圧伸により厚さを低減させた後、このようにして製造されたＵＨＭＷＰＥフィルム、シート、繊維又はテープは、約２４３ジュール／グラム又はそれ以上の融解熱、約１８〜２０ｇ／の範囲の靭性、約１２００〜約１８００ｇ／ｄの引張弾性率、及び約１．６〜２．０パーセントの範囲の伸び率を示す。
【００５３】
本願の記述は殆ど、高度に配向したＵＨＭＷＰＥシートの製造のための方法及び装置の有利な付属物の内容で表したが、記載した実施及び装置はポリプロピレン及び低分子量ポリエチレン、例えば８００，０００及びそれ以上の範囲の分子量を有するポリエチレン、のような他のポリオレフィンの製造にも容易に採用できることが容易に明らかであろう。
【００５４】
凝集ポリオレフィン、好ましくはＵＨＭＷＰＥ、のシート、及び高靭性、高配向ポリオレフィン、好ましくはＵＨＭＷＰＥ、のシート、フィルム、テープ又は繊維の製造のための新規な方法であって、本願記載の開発まではかかる材料の首尾良い製造に必要であると考えられていた従来技術の圧縮ステップの必要性を除去した方法を記載した。
【００５５】
本発明を記載したが、当業者には、該発明が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの方法で変更し得ることが理解されるであろう。かかる変更のいずれか及び全ては特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５６】
１０：直接圧延装置
１２：ポリマー粉末ホッパー
１４：ポリマー粉末
１６：振動シュート１６
１８：計量器具１８
２０：封じ込めプレート２０
２２：ギャップ
２４，２４Ａ：回転加熱カレンダーロール
２８：凝集シート
４２：巻出装置
４４，５４，６０：ゴデットスタンド
４６：ゴデットロール
４８：ニップロール
５０：第１圧伸ゾーン、
５２，５８：直列張力センサー、
６６：ゴデットステーション
６８：取出しロール
７６：ロールギャップ７６
７８：ロールニップリザーボイア
８４：ドクターブレード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾道応用に適した超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）及び他の高分子量ポリオレフィン材料に関し、更に特定的にはそれらの製造のための新規且つ非常に経済的な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、即ち、約２百万を越える分子量を有するポリエチレン、の加工は、ポリマー業界で非常に難しいことが知られている。しかしながら、かかる材料から作られた製品は非常に強くそして耐久性がある。
【０００３】
コバヤシ外により出願され、日本油脂株式会社に譲渡された下記の一連の米国特許の中に、一般にポリオレフィン、特定的にはＵＨＭＷＰＥの繊維及びフィルムの製造に関する多くの発明が記載されている：特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６。これらの特許に記載された方法は一般に、ポリオレフィン粉末を、上向き及び下向き(up and down)の対抗する関係に配置したエンドレスベルトの組み合わせの間に供給し、該ポリオレフィン粉末を該エンドレスベルトの間でその融点未満の温度で圧縮成形し、そして得られた圧縮成形ポリオレフィンを、配向したフィルムに圧延（ｒｏｌｌｉｎｇ）及び延伸（ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ）することによる高強度且つ高モディラスポリオレフィンフィルムの連続製造を記載する。圧縮成形するので、これらのシートは比較的脆く、従って非常に良好な強度と耐久性を示す配向フィルムを与えるには引き続くカレンダリング（ｃａｌｅｎｄｅｒｉｎｇ）又は圧伸（ｄｒａｗｉｎｇ）操作を必要とする。事実、これらの方法で製造したかかる材料の強度は、重量を基準として鋼の３倍であることができ、そしてそれらは非常に低いクリープを奏する。
【０００４】
かかる材料の製造のための向上された方法も、下記の米国特許及び２００５年９月１日出願の米国特許出願に記載されている：特許文献７、特許文献８。
【０００５】
これらの従来方法の全てに共通した要素は、製造工程の初期のステップでＵＨＭＷＰＥ粉末の圧縮を必要とすることである。今まで、かかる粉末の圧縮は材料を、参照した従来技術に記載されたように引き続き圧延及び圧伸できるような形態に材料を置くためには、かかる粉末圧縮が必要というのがＵＨＭＷＰＥ製造界の考えであった。別に述べられているのは、引き続く圧延及び圧伸ステップを含む方法で製品を製造して、弾道的に有用なＵＨＭＷＰＥの製造に要求される配向を得るには、粉末をまず、かかる引き続く圧延及び圧伸工程で首尾よく加工できる充分な靱性を示すシートの形態に置かなければならないという考えであった。従来技術ではかかる形態は、粉末を、引き続く加工のために圧延に導入できる比較的脆いシートに圧縮することにより得ていた。
【０００６】
この圧縮工程ステップの性能は、特に幅１〜２インチより広いＵＨＭＷＰＥシートの製造では、比較的大きく、極めて複雑で、そして非常に高価な設備（設置されたかかる設備は百万ドルにのぼる）の使用を必要とする。従って、かかる設備は設置に高レベルの資本出費を必要とし、そしてその複雑さのために高い操作費用と維持費用を必要とする。
【０００７】
Ｋｎｏｐｐによる、１９８４年３月１３日に発行された特許文献９は、ポリマー粉末を最高密度の(fully dense)生成物に圧縮する方法を記載する。この特許によると、ポリマー粉末をホッパーから２つのロール間のニップに供給し、そこで該ポリマー粉末の融点未満の温度で圧縮し、該ニップから張力下で引き抜いて、「最高密度の」ポリマーシートを形成する。Ｋｎｏｐｐによると、彼の方法をＵＨＭＷＰＥ粉末に適用した場合、得られるシートは約０．８２ｇ／ｃｃの密度を有し、これを彼は「実質的に最高密度」と云う。ＵＨＭＷＰＥの密度は０．９４５ｇ／ｃｃを越えるオーダーであることが良く知られている。従って、Ｋｎｏｐｐの方法の生成物は殆ど「最高密度」でなく、カレンダリング又は圧伸による更なる加工に適さない。何故なら、該生成物はかかる加工に付した場合、引き裂かれるか破壊するであろうからである。
【０００８】
従って、かかるＵＨＭＷＰＥ材料、特に２インチより広い幅のＵＨＭＷＰＥ材料、の製造者にとって、粉末圧縮ステップをずっと簡単で、小さくそして安価な第１工程ステップに置き換えることができ、しかも製造された製品に悪影響を及ぼすことないか又は該工程の動力学に著しく影響しないなら、即ち、例えば非経済的な速度になるまで遅い製造にならないならば、非常に有益であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第4,996,011号
【特許文献２】米国特許第5,002,714号
【特許文献３】米国特許第5,091,133号
【特許文献４】米国特許第5,106,555号
【特許文献５】米国特許第5,200,129号
【特許文献６】米国特許第5,578,373号
【特許文献７】米国特許第7,348,053号
【特許文献８】米国特許出願第11/217,279号
【特許文献９】米国特許第4,436,682号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、前に記載した圧縮ステップの必要を除き、そしてずっと費用的に有効でより簡単な工程を、引き続く圧伸（ｄｒａｗｉｎｇ）による加工を受けることができる高靱性ＵＨＭＷＰＥシートの製造に使用する、ＵＨＭＷＰＥシートの向上された製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によると、圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向ＵＨＭＷＰＥシートを形成するのに適した、事実上最高密度のポリオレフィンの製造方法であって、下記を含む該方法が提供される：
ａ）計量した量のポリオレフィン粉末を、２つの垂直に積まれそして加熱されたカレンダーロールの間のニップに、該ポリオレフィン粉末を該２つの加熱されたカレンダーロールの最上部の頂点に適用することにより供給し；
ｂ）該粉末を、ポリオレフィンシートの凝集シートが生成するまで該ニップを通して圧延（ｒｏｌｌｉｎｇ）し；そして
ｃ）凝集ポリオレフィンシートが一旦該ニップを出ると、特定の引張（ｔｅｎｓｉｌｅ）性及び伸長（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）性を得るために該ニップ内の温度を調整する。かかる方法を行うための装置も記載される。かかる方法は、別個の費用がかかる圧縮ステップの必要性を除くだけでなく、高い融解熱を有する高靱性、高配向ポリオレフィンシートの製造のために従来方法に従って圧伸する準備ができた凝集ポリオレフィンシートを生成する。本発明の好ましい態様によると、選択するポリオレフィンは超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術の製造工程の概略図である。
【００１３】
【図２】本発明の好ましい方法の圧伸部分を実施するのに使用される装置の好ましい態様の概略図である。
【００１４】
【図３】本発明の一態様に従って凝集ＵＨＭＷＰＥシートを生成するために使用される装置の概略側面図である。
【００１５】
【図４】本発明に従って凝集ＵＨＭＷＰＥシートを生成するために使用される装置の別の好ましい態様の概略側面図である。
【００１６】
【図５】本発明に従って凝集ＵＨＭＷＰＥシートを生成するために使用される装置の更に別の代替の好ましい態様の概略側面図である。
【００１７】
【図６】本発明に従って凝集ＵＨＭＷＰＥシートを生成するために使用される装置の更に別の代替の好ましい態様の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の記述において、操作パラメータ、材料の性質等は、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）のものの内容で表したが、本願に記載した発明は他のポリオレフィンポリマー、例えば高分子量ポリプロピレン、に、材料及び工程条件を他のポリオレフィン材料に適したものに賢明に選択することにより、容易に適用可能であることが、ポリマー分野の当業者に容易に理解されるであろう。
【００１９】
本願で使用する用語「テープ」とは、約１／２インチ又はそれ以上、好ましくは１インチを越えるオーダーの幅を有する製品を云う。本願で使用する用語「繊維」とは、「狭い」テープ、即ち約１／２インチよりも狭い要素を定義することを意味する。用語「スリットフィルム繊維」とは、詳しくは「繊維」、又は一般に長方形の断面を示し、そして滑らかな、即ち非のこ歯状又はでこぼこでない縁を示す、本発明に従って製造された狭いテープを云う。本願で使用する用語「シート」及び「フィルム」とは、１６０インチまで又は１６０インチをこえる幅の、かかる幅の製造に特定的に設計された大きい商業用設備で製造することができる、本発明の材料の薄いセクションを云うことを意味する。好ましい態様によると、かかるシート及びテープは一般に長方形の断面と滑らかな縁を有する。従って、本願に記載される工程の製品を記載するのに使用される「テープ」と「スリットフィルム繊維」と「繊維」と「フィルム」と「シート」との間の基本的相違は、その幅に関し、そして一般にその厚さとは独立している。
【００２０】
ここで図１を参照すると、従来技術に記載されそして図１に概略的に描かれた工程は、ポリオレフィン粉末を、上及び下の対抗関係に配置されたエンドレスベルトの組み合わせの間に供給し、該ポリオレフィン粉末をその融点未満の温度で該エンドレスベルトの間で圧縮し、そして次に得られた圧縮成形したポリオレフィンを配向フイルムに圧延及び圧伸することによる高強度且つ高モジュラスポリオレフィンフイルムの連続製造を含んだ。本願に記載した変更工程に関連する範囲で、米国特許第４，９９６，０１１号，第５，００２，７１４号，第５，０９１，１３３号，第５，１０６，５５５号，第５，２００，１２９号、及び第５，５７８，３７３号に含まれる前述の従来技術の記述を、参照用にそれらの全体を本願に含める。
【００２１】
従来技術の方法と本発明の方法との主な相違は、本発明が圧縮ステップ及びそれに関連する高費用の必要性を全く取り除くことである。従って、本願に記載の方法は、以後に記載するように、加熱されたポリオレフィン粉末を一対の加熱された、逆方向に回転するカレンダーロールに、非常に特定的な温度及びギャップ（間隙）条件下で導入することから始まり、ポリオレフィンを配向させそして弾道的に有用な高靭性、高配向ポリマー材料を生成するために、引き続き更に圧伸するのに適した凝集ポリオレフィンシートを生成する。
【００２２】
本発明の好ましい態様によると、本発明の方法に従って加工されたポリオレフィンは、高結晶度（示差走査熱量計で測定して約８０％を越える）、２２０ジュール／グラム又はそれ以上の融解熱、及び低レベルのからみ合いを示すＵＨＭＷＰＥである。従って、投入出発材料ＵＨＭＷＰＥはこの程度の結晶度及び融解熱を有し、そして前に述べた低いからみ合いの要件に合うのが好ましい。ティコナエンジニアリングポリマー（Ｔｉｃｏｎａ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）、ミシガン州４８２３６、アウバン ヒル、２６００アップダイク ロード、からのＴｉｃｏｎａＸ−１６８、及びバーゼルコーポレーション（Ｂａｓｅｌｌ Ｃｏｒｐ．）、デラウェア州１９８０８、ウィルミントン、２８０１センタービル ロード、からのｔｙｐｅ１９００ＣＭのような市販材料が、本発明の首尾良い実施に有用である。
【００２３】
添付図面を参照すると、図３に描くように、本発明の方法で最初のステップは、直接圧延装置１０を利用し、該装置１０はポリマー粉末ホッパー１２を含み、該ホッパー１２は計量した量のポリマー粉末１４を振動シュート１６に、計量器具１８を介して供給し、従って封じ込めプレート２０に供給する。封じ込めプレート２０で、該粉末は、矢印２６及び２６Ａで示される方向に回転する、２つの逆方向回転加熱カレンダーロール２４及び２４Ａの間のギャップ２２に導入される。好ましくは赤外ヒーターであるヒーター２７は、以下に更に十分に記載するように、粉末１４に熱を与える。ヒーター２８は、振動シュート１６内の粉末１４から約２〜約８インチ上に位置するのが好ましく、そして約１６０〜２２０゜Ｆの間の温度に設定するのが好ましい。これらの距離及び温度は勿論、加工される特定のポリマー粉末１４及び使用するヒーターのタイプに依存して可変であるが、好ましいＵＨＭＷＰＥの加工に適することが見出された。粉末１４が振動シュート１６を封じ込めプレート２０上にまで滝のように降りるにつれて、該粉末はギャップ２２に引き込まれる地点まで蓄積する。
【００２４】
本発明の一側面の好ましい態様によると、直接圧延工程の始まりで、ギャップ２２を個々のポリマー粉末粒子の最も小さいサイズよりも狭く設定する、例えば約５０μに設定する。ギャップ２２は勿論、ポリマー粉末１４の最小粒子サイズが５０μよりも大きい場合は広げてもよい。この場合、首尾よい実施は、好ましくはロール２４及び２４Ａを、ギャップ２２をポリマー粉末１４の最小粒子サイズ未満に設定した場合、より高い初期温度に加熱することにより遂行される。同様に、本願に記載する直接圧延工程の始まりで、加熱カレンダーロール２４及び２４Ａはポリマー粉末１４の融点より高い温度に加熱するのが好ましい。この融点は加工される特定の材料に依存するであろうが、本願のどこかで記載される好ましいＵＨＭＷＰＥ出発材料の場合、この初期温度は約１４９℃又は該好ましいＵＨＭＷＰＥの融点より約３℃高い温度である。より低い温度は勿論、より低い融点のポリオレフィン材料には適当であることができる。この点で、粉末１４の圧延が開始される。ポリマーの凝集シート２８がギャップ２２から現れ始めると直ぐに、カレンダーロール２４及び２４Ａの温度をポリマー粉末１４の融点より低くし、そしてギャップ２２を凝集シート２８の最終製品厚さに望ましいギャップに増大させる。本願で使用される用語「凝集シート」("coherent sheet")は、引裂き、ほころび又はその他の追加の加工に使用できなくなることがなく、圧伸による更なる加工に適したポリマーシートを規定することを意味する。全ての実際的な目的のために、かかるシートは実質的に密度が最高で、例えば本願に記載した好ましいＵＨＭＷＰＥ材料の場合、約０．９４５ｇ／ｃｃより大きい密度を有する。本願のどこかで記載した好ましいＵＨＭＷＰＥ粉末１４には、操作温度（凝集シート２８の形成後の温度）は、約１３６〜約１４４℃の範囲、好ましくは約１３９℃と約１４１℃の間であり、そして操作ギャップは１００μから２３０μのオーダー、好ましくは約１４０μである。本願で述べる初期温度及び操作温度は必ずしもニップ２２内のポリマー粉末／シートのための設定点ではなく、むしろ加熱カレンダーロール２４及び２４Ａの表面温度であることに留意されたい。
【００２５】
今記載した装置の操作速度は加工される特定のポリオレフィンにより変化するであろうが、上記の好ましいＵＨＭＷＰＥ材料を使用して、毎分約１．９〜約４．０メートルの間の開始圧延速度が受け入れられることが見出された。装置の定常状態操作は一般に、毎分約２．０メートルと約１２．０メートルの間の範囲にある。これらの操作速度は主として、人が凝集シート２８を取り出す能力及び加熱カレンダーロール２４及び２４Ａのサイズに基づくことに留意されたい。何故なら、一層大きいロールは一般に、ニップ２２内でポリマーと接触する表面を増加させる傾向があるからである。従って、下流の操作又は取出し装置により速い速度が可能であるなら、又は一層大きい直径のロールが使用されるなら、今記載した直接圧延工程に一層高い操作速度が可能である。
【００２６】
今記載した方法の製品は実質的に密度が最高でそして半透明なＵＨＭＷＰＥシート、即ち、密度約０．９５〜約０．９８ｇ／ｃｃを有するＵＨＭＷＰＥシートである。
【００２７】
図３に描かれた装置は全く満足な製品を生成するが、図４−６に描いたような供給システムのある種の変更をして、同等の満足度を得ることができ、そして幾つかの事例で以下に記載するように、更に改良された結果を得ることができる。以後に論じるように、ロールの温度及び上記ニップのギャップのようなある種のプロセスパラメータは、これらの代替の供給システム構成を使用した場合、変えることができるが、そうでなければ工程及び装置は本質的に上記の通りである。
【００２８】
本発明の方法を実施するために使用する装置を本願では水平に向いたように描いたが、該工程は、垂直の構成、即ち、図5及び６に関連して以下に更に詳細に記載するように、ポリマー粉末を２つの水平方向に平行なカレンダーロール２４及び２４Ａの間のギャップ２２に供給する構成、で同等に稼動するであろう。この別の配向において、粉末１４は水平方向に平行なカレンダーロール２４及び２４Ａの上に位置する加熱ホッパーから計量されて、粉末２４が上方からギャップ２２に供給されそして製品シート２８がギャップ２２の下から引き出される。他の全ての操作手順、即ち、温度制御及びギャップ設定の変更は同じままである。
【００２９】
本発明の首尾良い実施には厳密でなく、そして加工される特定のポリオレフィンに依存して明らかに変わるが、約４〜約８ＲＭＳのロール表面粗さが、本願に記載した好ましいＵＨＭＷＰＥ材料の加工に適することが見出された。
【００３０】
今度は、本発明の代替の工程の首尾よい実施に有用な代替の装置７０の概略側面図を描く添付の図４を参照すると、この態様によるロール２４及び２４Ａは、図２に関して前に記載した垂直とは対照的に、水平に配向している。以下の記述に使用されるように、図４に示された参照番号で指示される下記の用語は下記の意味及び目的を有する：ドクターブレードギャップ７４は、ロール２４及び２４Ａの上に横たわりそして最終的にニップ７６に導入されるポリマーの量を制御する。図４に示される水平ロール配置には、該ロール上に横たわるポリマーの質量（量）は、シートとしてニップ７６を出る質量（量）に等しくなければならない；（上記横たわるポリマーの質量がもっと多いと、該ポリマーはニップ７６の上に蓄積しそして最終的には廃棄物として側部にこぼれるか、又は高いニップ圧力を生成し、ロールギャップは強制的に開かれそして／又はロールを回すのに必要なロールトルクが機械部品を破壊するか駆動モータを失速させるであろう）；ロールニップ又はロールギャップ７６は、向かい合うロール２４及び２４Ａの間の最も近い距離である（これは、圧延されたシートの厚さを制御する主なパラメータである）；ロールニップリザーボイア（貯め池）７８はロールニップ７６の丁度上にあるポリマーの最も小さいリザーボイアである（水平配置において、該ポリマーは両方のロールに接触し、そして両方のロールからの摩擦及び圧縮により該ニップに入れられ、一方、前述の垂直配置では、材料は、主としてロール２４Ａ上に静止し、そして多すぎる粉末が存在すると、退いて（fall back out of)ニップ２８から出るので、自己調節性である。
【００３１】
図４に描いた態様によると、ポリマー１４はホッパー８０から供給され、該ホッパー８０は、ホッパー８０からのポリマー１４の流れを制御するのを助けるホッパーゲート８２を含む。以下に記載するように、ポリマー１４の加熱は、ポリマー１４がロール２４の周辺部８６と接触しそして該周辺部上で回転するにつれて行われるので、ホッパー８０は加熱されないのが好ましい。ただし、ポリマー１４がホッパー８０に滞留している間、少量の熱をポリマー１４に付与でき、そしてかかる最少量の熱の付与、即ち、ポリマー１４の融点より著しく低い温度（例えば、前述の「垂直」工程で使用した１６０゜Ｆから２２０゜Ｆの予備加熱温度より低い）が、添付の特許請求の範囲でホッパー８０を記載するのに使用される用語「非加熱」の意味の範囲として考えられるべきである。ドクターブレード８４は、ホッパー８０からロール２４へのポリマー１４の流れを調節し、該ロール２４から該ポリマーはロール２４の周辺部８６の周りをロールニップリザーボイア７８に輸送される。絶対的に必要ではないが、ドクターブレード８４は振動するのが好ましい。ドクターブレード８４の設定は、ロールニップリザーボイア７８中の粉末の量、ロールニップリザーボイア７８の水平な最端（extremes)での粉末の存在及び存在する場合はその量、及び該ロールの間の力を検出するセンサー（図示されていない）により決定される。かかる器具の設計、製作及び操作は当業界の熟練者によく知られ、従って、本願では詳細に記載しない。凝集シート、テープ、リボン、フィルム又は繊維２８は、上記の「垂直」工程の場合のように、ロールニップ７６から出てくる。
【００３２】
今記載した装置の操作をより良く理解するために、ドクターブレード８４の役割及び操作を理解することが重要である。ドクターブレードギャップ７４は、ロールニップ７６に送達されるポリマー１４の量を制御する。ロールニップギャップ７６はロールニップリザーボイア７８から除かれたポリマー１４の量を制御する。ロールニップリザーボイア７８は、このバランスを維持するためのフィルターとして作用するだけでなく、材料をロールニップギャップ７６に押し入れる手段としての役目を果たす。ポリマー１４がドクターブレードギャップ７４から、除かれるよりも速い速度で送達されるなら、ロールニップリザーボイア７８はあふれるか、又は非常に大きくなって、ロールニップ７６内の圧力はロールニップ７６を開き、機械部品を破壊し、又は該モータをエンストさせるであろう。ポリマー１４が供給されるよりも速くロールニップリザーボイア７８を出るなら、圧延されたシートはポリマーが不十分で、空隙を有するであろう。
【００３３】
ドクターブレードギャップ７４及びロール速度はニップ７６に送達されるポリマー１４の量を制御する。ロール２４Ａ上のレイダウン(laydown)は、ロールニップリザーボイア７８の存在により、従来技術のコバヤシの２重ベルト工程で要求されるように均一である必要はない。このように、ロールニップリザーボイア７８は、少量のリザーボイアとして役立ち（該レイダウン中のピークと谷間は蓄積されそして再分配される）、そしてまた、ポリマー１４が少し程度脇に動くのを許す。
【００３４】
同様に、ロールニップリザーボイア７８の機能を十分に理解するのが重要である。所定のロールギャップ７６について、製品厚さはかなり狭い範囲内にとどまるであろう。ロールニップ７６の上方のロールニップリザーボイア７８の高さは、どれだけ多くのポリマー１４がロール２４及び２４Ａと接触しているかを決定し、そしてロール２４及び２４Ａの直径も機能を果たす。ロール２４及び２４Ａが回転すると、ポリマー１４はロールニップ７６により近くされ、ポリマー１４の密度は、該ポリマーがロールニップ７６に近づくにつれて、いくつかの地点でポリマー１４の最大密度に達するまで増加する。ロールニップリザーボイア７８内のポリマー１４の容積がより大きいと、ポリマー１４は、矢印２６及び２６Ａで示される該ロールの回転のより早い時期にその最大密度に達する。ロールニップリザーボイア７８内のポリマー１４の量が少なすぎると、ポリマー１４はロールニップ７６に入れられ、そしてコンパクトなシートに圧縮されるが、該ポリマーがロールニップ７６に近づくにつれて、該シートは、ロールニップ７６の中心内の、該ロール間の最も近い地点で又はその近くで最終的に圧延される前には、決して完全密度に達しない。言い換えると、所定のドクターブレードギャップにおいて、ある量のポリマー１４はロール２４上に置かれる。ロール速度はこの材料がいかなる速度で回転されそしてロールニップ（ギャップ）７６に供給されるかを決定する。しかしながら、この点で、バランスの問題となる。出る圧延されたシートは所定の厚さと強度を有するのが望ましい。ポリマー１４がロールギャップ７６に不十分な量で送達されそしてロールギャップ７６が一定に維持されると、ロールニップリザーボイア７８は部分的に空になり、そしてシート密度は落ちるであろう。低い密度は初めに強度の損失として現れ、次いで、製品をより不透明にするに十分な大きさの空隙として現れるであろう。ポリマー粒子に不十分な圧力が加わるので、該粒子は互いによく結合せず、そしてこの結合強度及び圧縮が降下すると、ポリマー１４の強度は増加する空隙と共に降下するであろう。
【００３５】
本発明の首尾良い実施に絶対的に必要ではないが、ポリマー１４がドクターブレード８４に対して横方向に動くのを制限するために、側部又は端部ダム（添付の図面には示されていない）を使用するのが望ましい。
【００３６】
ロール２４及び２４Ａのサイズ（直径）、仕上げ及び速度は広範囲に変化することができるが、これらの要素のある種のパラメータは本発明の態様の首尾良い実施に特に有用であることが見出された。直径９及び１２インチのロールが特に有用であることが見出されたが、ある最低圧力がロールギャップ７６に維持されれば、もっと大きい又は小さい直径が使用できる。より大きいロールを用いると、ポリマー１４は周辺部８６と接触して回転するので、該ロールとポリマー１４との接触時間が長くなるため、増加した速度が可能である。直径約１２インチのロールについては、約１ｍ／分から約１２ｍ／分までの速度が可能であるが、約１ｍ／分から約３ｍ／分の間の回転速度が満足であることが見出され、約２．３ｍ／分の回転速度が、加工されるＵＨＭＷＰＥ材料を用いて非常に望ましい結果を生じることが見出された。類似のＵＨＭＷＰＥポリマーを加工する他のロール直径についての速度条件は一般に次の通りである：１５”直径ロール（周囲１．２メートル）については、約２．８８ｍ／分の速度が非常に望ましい；そして２４”ロールについては、最適速度は４．６ｍ／分に近づく。
【００３７】
ロール表面は硬くそして良好な摩耗及び摩滅特性をもたなければならない。該表面は該ポリマーがロールニップ７６に一貫して動くように、一貫して滑らかでなければならない。１−１５ＲＭＳの範囲（range)内のクロム表面が好ましい。該表面のマーキング及び変色は工程性能に影響力を有する。該ロール表面が変色を示すと、幾分熱移動が起こる。これは製品に少しのマークを残し、最悪の場合は弱いスポットを残す。
【００３８】
再び、ロールギャップ７６は加工されるポリマーに依存して広範囲に変化することができるが、厚さが約０．０５〜約０．２５ｍｍの範囲のＵＨＭＷＰＥシートをこの態様に従って製造するために、ロール２４及び２４Ａ等の直径、約０．０１５及び約０．３５ｍｍの間のロールギャップは本願で特定したサイズのロールを用いた場合に満足であることが証明された。これらの範囲は単に指針と考えるべきで、より広い又はより狭いロールギャップが、前に記載した種々のパラメータ、特にロール直径、に依存して必要又は望ましいであろう。
【００３９】
前述の垂直ロール工程と同様に、ある種の開始パラメータが望ましいが、加工されるポリマー材料に依存して、絶対的に必要なわけではない。１つの好ましい態様によると、開始時に該ロールを、加工されるポリマーの融点より約１〜約５度高い温度に加熱し、そして該ロールギャップを、前に示唆した操作ロールギャップよりも約２０〜約５０ミクロンだけ小さく設定するのが好ましい。操作条件下で、ＵＨＭＷＰＥの加工のために、該ロール温度は約１３０℃から約１５０℃の範囲、好ましくは約１３２℃から約１４３℃の範囲、そして最も好ましくは約１３６℃から約１４０℃の間とすべきである。これらの開始条件は本願で論じたある種のＵＨＭＷＰＥ材料に好ましいが、それらは厳密でなく、多くの場合、開始時における該ギャップ及び温度要件は操作中に使用される該要件と類似する。例えば、ある場合、約１〜約４メートル／分の間のロール速度で、約１３０℃から約１４６℃の間の温度が満足であり、約１３６．５℃から約１４２℃のより狭い温度範囲が望ましい。開始時のロールギャップは一般に操作条件で使用されるものとほぼ同じ、即ち、本願に記載した材料及び条件を用いて約０．０１５から約０．３５ｍｍ、であろう。しかしながら、出願人は、特定の狭い開始時条件及び操作条件に拘束されることを望まない。何故なら、それらは加工される材料、望ましい製品シート厚さ、ロール温度、ロール速度、ロールサイズ、ロール仕上げ等に依存して非常に広範囲に変化するであろうからである。
【００４０】
当業者に明らかなように、１対の鏡像ホッパー８０、及びドクターブレード８４配列を使用して凝集シート２８を得るのは、本願に記載した「水平」工程の自明な変更であろう。かかる装置７０の変更は、より高い操作速度を得る結果となることができる。
【００４１】
丁度前に記載した代替工程の一つの非常に著しい利点は、有用な出発材料／ポリマーの範囲を幾分広げることである。丁度記載したこの「水平」工程を使用して、分子量が１００万の低く、約１９０ジュール／グラムの低い融解熱を示し、そして同時に低い結晶度を示すＵＨＭＷＰＥポリマーが、上記の「垂直」ロール工程及び米国特許第７，３４８，０５３号に記載された変更コバヤシ工程に従って製造した材料のものに類似した性質を示す、耐弾道性且つ高耐衝撃性のシート、リボン、テープ、フィルム及び繊維に首尾よく加工された。
【００４２】
図５に示す変更した代替の好ましい供給システム装置１３０において、ロール２４及び２４Ａの垂直配置は本質的に図３に示す通りである。この図に示されるように、該供給システムは、ホッパー、又は他のＵＨＭＷＰＥ若しくは他のポリマー１２の源であって、ポリマー粉末１４の流れを輸送シュート１６に計量して入れる該ホッパーを含む。該輸送シュート１６は計量した量のポリマー粉末１４を送達するために振動シュート、スクリュードライブ等を含み得る。この供給システムと図３に関連して記載した供給システムとの相違は、ポリマー粉末１４を、加熱したカレンダーロール２４及び２４Ａの間のニップ又はギャップ２２に直接供給する代わりに、ポリマー粉末１４をトップロール２４の頂部１３２の近くに制御可能に適用し、該ポリマー粉末は該トップロール２４からトップロール２４の表面１３４上で、加熱したカレンダーロール２４の回転方向である矢印２６により示される方向に引かれることである。該加熱したカレンダーロール２４の表面上のかかる輸送のために、加熱したカレンダーロール２４は、適用したポリマー１４がその初期融点、即ち、示差走査測熱法（ＤＳＣ）により測定して検出される融解の開始温度、又はその近くの温度に維持しなければならない。この温度は勿論、導入されるポリマー粉末１４、及び該粉末が融解の開始を示す温度に依存して非常に広範囲に変化することができそして変化するであろう。図５及び６に描いた態様では、開始は、所望の凝集ポリマーシート製品２８の厚さを生じるのに必要な深さに設定したギャップ２２を用いて行うのが好ましく、上記の代替の供給システムに特定した最小のギャップ設定とは区別される。ポリマー粉末が頂部１３２に適用され、そしてロール２４は、ポリマー粉末１４が融解の開始又は開始の近くである温度になるように設定されるので、より広いギャップ設定を開始時に使用し得る。何故なら、表面１３４の周りを移動するので既に「軟化され」ているポリマー粉末１４は、「塊になる」か又は「濃厚になる」傾向があり、ギャップ２２をポリマー粉末１４の最も小さい粒子の深さよりも大きい深さに設定しても、ギャップ２２を通過するときに適当な厚さのシート形状を形成する傾向があるであろうからである。ロール２４上のポリマー粉末１４の一休み（laydown)は、頂部１３２でのロール２４の幅にわたって正確である必要はない。何故なら、ポリマー供給が凝集シート２８の幅要件に従ってそしてそれに関連して与えられる限り、ポリマー粉末はニップ又はギャップ２２に沿って再分配して所望の幅のシートを形成する傾向があるからである。
【００４３】
今度は図６を参照すると、この図面に描かれた供給システムは、ポリマー粉末１４の計量した量を供給するための計量機構、例えばスクリュードライブ又は振動シュート１３６、を含み、該ポリマー粉末のロール２４の頂部１３２の近くへの適用（塗布）は、ポリマー粉末１４の適用層の厚さを制御するドクターブレード１３８の使用により制御される。そうでなければ、該装置は図４及び５に描いた装置と同様である。
【００４４】
前にそれとなく記載したように、ロール２４をＤＳＣで測定して、加工される特定のポリマーの融解開始時の温度又はその近くの温度に維持するのが本発明の首尾良い実施に重要である。従って、例えばＵＨＭＷＰＥポリマーは約１３０℃と約１４５℃の間の温度で加工できる。融解開始点より約１２℃低い温度から、融解開始点より約８℃高い温度までの、本願に描いた種々の態様におけるロール２４の操作温度は、多様のＵＨＭＷＰＥ粉末に有用であることが証明された。特定のポリマーについては、融解開始点より約８℃低い温度から、融解開始点より約４℃高い温度までの範囲の操作温度が好ましく、最も好ましいのは、加工される特定のポリマーについて、示差走査測熱法で測定して、融解開始点より約２℃高い温度から、融解開始点より約２℃低い温度までの範囲の操作温度である。図４及び図５に描いた装置の操作速度は一般に、前述の図３に描いた装置の操作速度と同様である。加工される特定のポリマーについて、ＤＳＣで測定して、融解開始点から約＋１℃〜約−１℃の開始温度、好ましくは約＋１／２℃〜約−１／２℃の範囲内の開始温度が特に好ましいが、本発明の首尾良い実施に不可欠ではない。
【００４５】
図５及び６に関連して述べた装置及び工程の使用の主な利点は、丁度記載した配置及び工程を使用して、著しく高い引張り値（＋約１０％）が得られることである。
【００４６】
非常に有用なＵＨＭＷＰＥ弾道シート、フィルム、テープ又は繊維を得るための凝集シート２８の後期加工は、２００８年３月２５日発行の米国特許第７，３４８，０５３号に記載された方法及び装置と殆ど同じ方法及び装置で行われる。即ち、凝集シート２８を圧伸することにより行われ、該特許はその全体を本願で参照されそして含められる。
【００４７】
今度は図２を参照すると、丁度記載したように製造された凝集シートの厚さを低減するために利用され、本発明の好ましいＵＨＭＷＰＥ製品１０を生成する圧伸装置は、下記を含む：
巻出装置(payoff)４２、加熱したゴデットロール１６（製品をアニールするため）及びライン中に張力を設立しそして維持するためのニップロール４８を含むゴデットスタンド４４、第１圧伸ゾーン５０、第１直列張力センサー５２、第２ゴデットスタンド５４、第２圧伸スタンド５６、第２直列張力センサー５８、第３ゴデットスタンド６０、及び好ましい態様によると、フィブリル化ユニット６２、張力を維持するためのニップロールスタンド６４、及び加熱していない取出しロール６８を含むゴデットステーション６６。図１から分かるように、この工程の投入又は出発材料は一般に、従来技術の製造工程の圧縮ステップの厚い、圧縮されそして圧延されたが配向されていない製品である。本発明の好ましい方法によると、以下に記載する圧伸／カレンダリング工程ステップにおける投入又は出発材料は、勿論、上記の工程でギャップ２２から出てくる凝集シート２８である。
【００４８】
直前に記載しそして本発明の首尾良い実施に使用される装置の要素の各々は、フィルム及び繊維圧伸技術で良く知られ、直前に記載したタイプのラインにおける組合せである。従って、かかるラインの詳細な記載は必要でないか又は本願でなされていないが、読者は当業界で通常入手可能なかかる装置の多くの設計マニュアル及び記載を参照されたい。
【００４９】
圧伸中に約０．５〜約５ｇ／デニールの間、好ましくは約０．８〜３ｇ／デニールの間の一定の張力を維持することもまた、本願に特定された、要求される「厚さ」及び他の向上した性質を有する製品の製造に重要である。本願で使用される用語「デニール」は、９０００メートルの製品フィルム、テープ、シート又は繊維の重量ｇと定義される。０．５ｇ／デニールより低い張力では、意義ある圧伸又は厚さ低減が得られず、一方、約５ｇ／デニールを越える張力では、該材料は分離する傾向があるであろう。圧伸の場合、張力は供給ポリマーの関数でありそしてそれに依存して広く変わることができ、直前に特定した範囲は特定の好ましいＵＨＭＷＰＥ市販出発材料に有用であることが見出された範囲を示す。
【００５０】
圧伸及びカレンダリング中に達成される総低減率は一般に、再び投入原料及び製品が適用される最終用途に依存して、約５０：１と約１７０：１の間又はそれ以上であろう。かかる全圧伸及びカレンダリングは、組合された工程ステップの各々により達成される個々の各低減率の複合として計算される。
【００５１】
本発明の非常に好ましい態様によると、圧伸は、前に記載したように、直列で直接圧延を用いて行われる。かかる連続工程において、カレンダーロール２４及び２４Ａは圧伸装置７０の巻出装置７２となる。かかる配置は本発明の新規な製造方法を実施するための非常に効率的な方法を与える。
【００５２】
直前に記載した加工パラメータに従って、図２に示す装置内での圧伸により厚さを低減させた後、このようにして製造されたＵＨＭＷＰＥフィルム、シート、繊維又はテープは、約２４３ジュール／グラム又はそれ以上の融解熱、約１８〜２０ｇ／の範囲の靭性、約１２００〜約１８００ｇ／ｄの引張弾性率、及び約１．６〜２．０パーセントの範囲の伸び率を示す。
【００５３】
本願の記述は殆ど、高度に配向したＵＨＭＷＰＥシートの製造のための方法及び装置の有利な付属物の内容で表したが、記載した実施及び装置はポリプロピレン及び低分子量ポリエチレン、例えば８００，０００及びそれ以上の範囲の分子量を有するポリエチレン、のような他のポリオレフィンの製造にも容易に採用できることが容易に明らかであろう。
【００５４】
凝集ポリオレフィン、好ましくはＵＨＭＷＰＥ、のシート、及び高靭性、高配向ポリオレフィン、好ましくはＵＨＭＷＰＥ、のシート、フィルム、テープ又は繊維の製造のための新規な方法であって、本願記載の開発まではかかる材料の首尾良い製造に必要であると考えられていた従来技術の圧縮ステップの必要性を除去した方法を記載した。
【００５５】
本発明を記載したが、当業者には、該発明が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの方法で変更し得ることが理解されるであろう。かかる変更のいずれか及び全ては特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５６】
１０：直接圧延装置
１２：ポリマー粉末ホッパー
１４：ポリマー粉末
１６：振動シュート１６
１８：計量器具１８
２０：封じ込めプレート２０
２２：ギャップ
２４，２４Ａ：回転加熱カレンダーロール
２８：凝集シート
４２：巻出装置
４４，５４，６０：ゴデットスタンド
４６：ゴデットロール
４８：ニップロール
５０：第１圧伸ゾーン、
５２，５８：直列張力センサー、
６６：ゴデットステーション
６８：取出しロール
７６：ロールギャップ７６
７８：ロールニップリザーボイア
８４：ドクターブレード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン粉末から、圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向ＵＨＭＷＰＥフィルム、テープ、繊維、リボン又はシートを形成するのに適した、凝集した事実上最高密度のポリオレフィンシートを製造する方法であって、下記を含む該方法：
ａ）計量した量のポリオレフィン粉末を、２つの垂直に又は水平に向いた、逆方向に回転する加熱したカレンダーロールの間のニップに供給し；そして
ｂ）該粉末を、ポリオレフィンの凝集した最高密度のシートが生成するまで該ニップを通して圧延（ｒｏｌｌｉｎｇ）する。
【請求項２】
上記ポリオレフィン粉末がＵＨＭＷＰＥ粉末を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記ＵＨＭＷＰＥが、高結晶度、約100万を超える分子量、１９０ジュール／グラム又はそれ以上の融解熱、及び低レベルのからみ合いを示す、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記最高密度の凝集シートが約０．９４ｇ／ｃｃを越える密度を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記ニップが、幅が約０．０１５ｍｍから約０．３ｍｍ、そして操作温度が約１３６．５℃から約１４２℃である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記の逆方向に回転するカレンダーロールが、約１〜１２メートル／分の速度で回転する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記の２つの逆方向に回転する加熱カレンダーロールが水平に並べられている、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記の２つの逆方向に回転する加熱カレンダーロールが垂直に並べられている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ポリオレフィン粉末から、圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向フィルム、テープ、繊維、リボン又はシートを形成するのに適した、凝集した事実上最高密度のポリオレフィンシートの製造のための装置であって、
ａ）ポリオレフィン粉末を収容しそして供給するためのホッパー；
ｂ）計量機構；及び
ｃ）１対の水平に配置された逆方向に回転する加熱カレンダーロールであって、夫々が周辺部を有しそしてその間でニップを規定する、該加熱カレンダーロール
を含み、
ここで該ポリオレフィンポリマー粉末は該ホッパーから計量した量で、該逆方向に回転するカレンダーロールの少なくとも１方の該周辺部に送達され、ここで該ポリオレフィンポリマー粉末は、該少なくとも１方のロールが回転しそして該ポリオレフィンポリマー粉末を該ニップに送達するにつれて加熱され、そして凝集したポリオレフィンフィルム、テープ、繊維、リボン又はシートが該ニップから出てくる、上記の装置。
【請求項１０】
上記計量機構が、上記ホッパーから上記少なくとも１方の表面に送達されるポリオレフィンポリマー粉末の量を制御するドクターブレードである、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
上記の逆方向に回転するロールが、上記ポリオレフィンポリマー粉末の融解特性に依存して、１３０℃から１５０℃の間の温度に加熱される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
上記の逆方向に回転するロールの表面が、約１ｍ／分から約１２ｍ／分の間の速度で進む、請求項１１１に記載の装置。
【請求項１３】
ポリオレフィン粉末から、圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向のフィルム、テープ、繊維、リボン又はシートを形成するのに適した、凝集した事実上最高密度のポリオレフィンシートを製造する方法であって、下記を含む該方法：
ａ）計量した量のポリオレフィン粉末を、下記を含む装置に供給する：
ｉ）１対の垂直に配向した逆方向に回転する加熱カレンダーロールであって、その間でニップを規定し、そして上部加熱カレンダーロール及び底部加熱カレンダーロールを含み、該上部加熱カレンダーロールは外側表面及び頂部を含む、該加熱カレンダーロール；及び
ｉｉ）計量した量の該ポリオレフィン粉末を該頂部に供給するための計量機構であって、該頂部から該ポリオレフィン粉末を、該頂部から該ニップへの該表面の周りの回転により、該ニップに送達する、該計量機構：
ｂ）該ポリマー粉末を、凝集したポリオレフィンシートが生成するまでこれらの条件下で該ニップを通して圧延（ｒｏｌｌｉｎｇ）する；そして
ｃ）凝集したポリオレフィンシートが一旦、該ニップを出ると、該ニップ内の温度を、示差走査測熱法により測定して、加工される特定のポリオレフィンの融解開始の温度より約１２℃だけ低い温度から約８℃だけ高い温度までの間の温度に調節する。
【請求項１４】
上記ポリオレフィン粉末がＵＨＭＷＰＥ粉末を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記ＵＨＭＷＰＥ粉末が、高結晶度、２２０ジュール／グラム又はそれ以上の融解熱、及び低レベルのからみ合いを示す、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
上記ステップｃにおける温度が約１３０℃から１４５℃である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
上記ステップｃにおける操作温度が、示差走査測熱法により測定して、加工される特定のＵＨＭＷＰＥ粉末の融解開始の温度より約８℃だけ低い温度から約４℃だけ高い温度までの間の温度である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
上記ステップｃにおける操作温度が、示差走査測熱法により測定して、加工される特定のＵＨＭＷＰＥ粉末の融解開始の温度より約２℃だけ低い温度から約２℃だけ高い温度までの間の温度である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ポリオレフィン粉末から、圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向フィルム、テープ、繊維、又はシートを生成するのに適した、凝集した事実上最高密度のポリオレフィンシートを製造するための装置であって、
ａ）１対の垂直に配向した逆方向に回転する加熱カレンダーロールであって、その間でニップを規定し、そして上部加熱カレンダーロール及び底部加熱カレンダーロールを含み、該上部加熱カレンダーロールは外側表面及び頂部を含む、該加熱カレンダーロール；及び
ｂ）ポリマー粉末を該頂部に供給するための計量機構
を含み、
ここで該ポリオレフィンポリマー粉末は該計量機構から該頂部に送達され、そこから該ポリマー粉末の該外側表面への付着により該ニップに送達される、上記装置。
【請求項２０】
上記計量機構がスクリュードライブ、振動シュート、及びドクターブレードに呼応する振動シュートから成る群から選ばれる、請求項１８に記載の装置。
【請求項１】
ポリオレフィン粉末から、圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向ＵＨＭＷＰＥフィルム、テープ、繊維、リボン又はシートを形成するのに適した、凝集した事実上最高密度のポリオレフィンシートを製造する方法であって、下記を含む該方法：
ａ）計量した量のポリオレフィン粉末を、２つの垂直に又は水平に向いた、逆方向に回転する加熱したカレンダーロールの間のニップに供給し；そして
ｂ）該粉末を、ポリオレフィンの凝集した最高密度のシートが生成するまで該ニップを通して圧延（ｒｏｌｌｉｎｇ）する。
【請求項２】
上記ポリオレフィン粉末がＵＨＭＷＰＥ粉末を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記ＵＨＭＷＰＥが、高結晶度、約100万を超える分子量、１９０ジュール／グラム又はそれ以上の融解熱、及び低レベルのからみ合いを示す、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記最高密度の凝集シートが約０．９４ｇ／ｃｃを越える密度を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記ニップが、幅が約０．０１５ｍｍから約０．３ｍｍ、そして操作温度が約１３６．５℃から約１４２℃である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記の逆方向に回転するカレンダーロールが、約１〜１２メートル／分の速度で回転する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記の２つの逆方向に回転する加熱カレンダーロールが水平に並べられている、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記の２つの逆方向に回転する加熱カレンダーロールが垂直に並べられている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ポリオレフィン粉末から、圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向フィルム、テープ、繊維、リボン又はシートを形成するのに適した、凝集した事実上最高密度のポリオレフィンシートの製造のための装置であって、
ａ）ポリオレフィン粉末を収容しそして供給するためのホッパー；
ｂ）計量機構；及び
ｃ）１対の水平に配置された逆方向に回転する加熱カレンダーロールであって、夫々が周辺部を有しそしてその間でニップを規定する、該加熱カレンダーロール
を含み、
ここで該ポリオレフィンポリマー粉末は該ホッパーから計量した量で、該逆方向に回転するカレンダーロールの少なくとも１方の該周辺部に送達され、ここで該ポリオレフィンポリマー粉末は、該少なくとも１方のロールが回転しそして該ポリオレフィンポリマー粉末を該ニップに送達するにつれて加熱され、そして凝集したポリオレフィンフィルム、テープ、繊維、リボン又はシートが該ニップから出てくる、上記の装置。
【請求項１０】
上記計量機構が、上記ホッパーから上記少なくとも１方の表面に送達されるポリオレフィンポリマー粉末の量を制御するドクターブレードである、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
上記の逆方向に回転するロールが、上記ポリオレフィンポリマー粉末の融解特性に依存して、１３０℃から１５０℃の間の温度に加熱される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
上記の逆方向に回転するロールの表面が、約１ｍ／分から約１２ｍ／分の間の速度で進む、請求項１１１に記載の装置。
【請求項１３】
ポリオレフィン粉末から、圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向のフィルム、テープ、繊維、リボン又はシートを形成するのに適した、凝集した事実上最高密度のポリオレフィンシートを製造する方法であって、下記を含む該方法：
ａ）計量した量のポリオレフィン粉末を、下記を含む装置に供給する：
ｉ）１対の垂直に配向した逆方向に回転する加熱カレンダーロールであって、その間でニップを規定し、そして上部加熱カレンダーロール及び底部加熱カレンダーロールを含み、該上部加熱カレンダーロールは外側表面及び頂部を含む、該加熱カレンダーロール；及び
ｉｉ）計量した量の該ポリオレフィン粉末を該頂部に供給するための計量機構であって、該頂部から該ポリオレフィン粉末を、該頂部から該ニップへの該表面の周りの回転により、該ニップに送達する、該計量機構：
ｂ）該ポリマー粉末を、凝集したポリオレフィンシートが生成するまでこれらの条件下で該ニップを通して圧延（ｒｏｌｌｉｎｇ）する；そして
ｃ）凝集したポリオレフィンシートが一旦、該ニップを出ると、該ニップ内の温度を、示差走査測熱法により測定して、加工される特定のポリオレフィンの融解開始の温度より約１２℃だけ低い温度から約８℃だけ高い温度までの間の温度に調節する。
【請求項１４】
上記ポリオレフィン粉末がＵＨＭＷＰＥ粉末を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記ＵＨＭＷＰＥ粉末が、高結晶度、２２０ジュール／グラム又はそれ以上の融解熱、及び低レベルのからみ合いを示す、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
上記ステップｃにおける温度が約１３０℃から１４５℃である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
上記ステップｃにおける操作温度が、示差走査測熱法により測定して、加工される特定のＵＨＭＷＰＥ粉末の融解開始の温度より約８℃だけ低い温度から約４℃だけ高い温度までの間の温度である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
上記ステップｃにおける操作温度が、示差走査測熱法により測定して、加工される特定のＵＨＭＷＰＥ粉末の融解開始の温度より約２℃だけ低い温度から約２℃だけ高い温度までの間の温度である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ポリオレフィン粉末から、圧伸による引き続く加工により高靱性、高配向フィルム、テープ、繊維、又はシートを生成するのに適した、凝集した事実上最高密度のポリオレフィンシートを製造するための装置であって、
ａ）１対の垂直に配向した逆方向に回転する加熱カレンダーロールであって、その間でニップを規定し、そして上部加熱カレンダーロール及び底部加熱カレンダーロールを含み、該上部加熱カレンダーロールは外側表面及び頂部を含む、該加熱カレンダーロール；及び
ｂ）ポリマー粉末を該頂部に供給するための計量機構
を含み、
ここで該ポリオレフィンポリマー粉末は該計量機構から該頂部に送達され、そこから該ポリマー粉末の該外側表面への付着により該ニップに送達される、上記装置。
【請求項２０】
上記計量機構がスクリュードライブ、振動シュート、及びドクターブレードに呼応する振動シュートから成る群から選ばれる、請求項１８に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１２−５０５７６９（Ｐ２０１２−５０５７６９Ａ）
【公表日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３１０３３（Ｐ２０１１−５３１０３３）
【出願日】平成２１年１０月１３日（２００９．１０．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００５５８０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４４８３９
【国際公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（５０９２７８０３６）ビ−エ−イ−・システムズ・テンシロン・ハイ・パフォーマンス・マテリアルズ，インコーポレイテッド (5)
【出願人】（３１００２０３３４）
【出願人】（３１００２０３４５）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１３日（２００９．１０．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００５５８０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０４４８３９
【国際公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（５０９２７８０３６）ビ−エ−イ−・システムズ・テンシロン・ハイ・パフォーマンス・マテリアルズ，インコーポレイテッド (5)
【出願人】（３１００２０３３４）
【出願人】（３１００２０３４５）
【Ｆターム（参考）】
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