专利名称：高弹性模量聚乙烯的加工方法
技术领域：
本发明涉及高弹性模量聚乙烯的机加工方法，此种加工法适用于高弹性模量聚乙烯及其配合物进行二次机加工，例如切割或冲切。
对于扬声器膜片所用的声学材料要求具有低密度、高弹性模量和大的内损失、以便增大放声频率范围。由于此种情况，目前正在进行的该种所谓复合膜片的工业化实施即在使用许多种纤维，如碳纤维、聚芳基酰胺纤维或玻璃纤维作为增强材料。
首先，人们认为采用晶体表面生长法、凝胶纺丝超拉伸法或熔体拉伸定向法所制的超高分子量聚乙烯可适于作为声学材料，原因是这种聚乙烯密度较低，并且对纵波的传播速率较高。例如日本专利公告182994/1983所述，使用聚乙烯纤维作为声学材料，其纵波传播速率不低于4000米/秒。
已经注意到，高弹性模量材料，例如碳纤维或聚芳基酰胺纤维以及其配合材料由于其弹性模量较大而使机加工非常困难，同时在切割或冲切这种材料时需要特殊机械，要求很高加工技术或是要耗用大量人工。以上的情况也适用于高弹性模量聚乙烯纤维或是高弹性模量聚乙烯，所以它们在进行二次机加工时，例如切割或冲切时，也因为弹性模量高而有相当大困难。
因此，应用通常的剪切机几乎不可能切割高弹性模量聚乙烯。虽然勉强可以例如用陶瓷剪刀切开，但也难于保证尺寸精确度高，并且沿切割边缘必定会产生毛刺。
本发明就是针对上述缺点而作出，目的是提供高弹性模量聚乙烯的机加工方法，使得高弹性模量聚乙烯能够容易地切割或冲切，并达到很高尺寸精确度而且不产生毛刺。
使高弹性模量聚乙烯获得高弹性模量一般是通过聚乙烯的超拉伸和使晶态原纤单向取向而成，如图2所示。
当以差示扫描量热计(DSC)测定时，该晶态原纤的熔点在152℃附近。因此，当将高弹性模量聚乙烯加热到不低于152℃温度时，该晶态原纤即熔化并解除取向，从而使其弹性模量降低，该种材料也转化成为普通聚乙烯(成为层状晶体和无定形态的混合物)，如
图1所示。即使将这种受过热的聚乙烯恢复到室温，这种状态也不再改变。
按本发明是将聚乙烯的这些热性质以这样的方式加以应用即将准备机加工的部位加热到高于晶态原纤的熔点(152℃)，使之因此转变成低弹性模量聚乙烯，从而可以更容易进行机加工，于是可在这些部位进行二次机加工，如切割或冲切。
图1所示是进行超拉伸之前聚乙烯的晶体状态示意图。
图2所示是经过超拉伸之后聚乙烯的晶体状态示意图。
图3所示是应用电热丝将高弹性模量聚乙烯织造织物加热的透视示意图。
图4所示是高弹性模量聚乙烯复合材料用剪切法进行切割的剖面示意图。
通过本发明者为完成上述目标而积极并坚持研究的结果，发现高弹性模量聚乙烯纤维的热性质可被利用来降低局部的弹性模量，使之能够进行通常的机加工。在这项发现的基础上，本发明的特征在于将该种高弹性模量聚乙烯或其配合材料加热到高于该晶态原纤的熔点温度并在受热的部位进行机加工。
用于实施本发明方法的高弹性模量聚乙烯是由超拉伸法制成，例如热拉伸或区域拉伸，固态挤出或凝胶纺丝。当进行超拉伸时，聚乙烯从图1所示的层状晶体和无定形体混合物状态转变成为图2所示的由全伸直链组成的原纤化晶体，从而具有极高模量和机械强度。
业已指出，这种高弹性模量聚乙烯可以成型为片状或由大量聚乙烯纤维组成的织造的织物。
本发明也包括高弹性模量聚乙烯的复合材料或配合材料。将这些材料成型为例如环氧树脂复合材料，其中应用的是上述高弹性模量聚乙烯纤维或由之制成的织造织物作为增强材料。
当对上述高弹性模量聚乙烯纤维或其复合材料进行机加工时，按照本发明，把准备机加工的部位加热到高于该晶态原纤的熔点，而机加工操作，例如切割或冲切，就沿这个经加热的部位进行。
机加工部位的加热温度只需高于构成前述高弹性模量聚乙烯的晶态原纤的熔点，所以可以调定到不低于152℃。由于该种晶态原纤的熔点是恒定数值，而与该高弹性模量聚乙烯的弹性模量大小无关，152℃是它的低限温度。采用不低于200℃温度最为适合，因为这只需很短加热时间就已足够，有时可以就在加热时进行切割。虽然没有规定上限温度，但从经济角度讲不推荐采用过高温度。
在机加工时，将材料加热到不低于其晶态原纤的熔点，然后在受热的部位机加工。然而，加热和机加工可以同时进行。在此情况下，只需用某种装置或其它方法将切刀或钻头刃加热即已足够。
按本发明方法机加工高弹性模量聚乙烯时，在机加工操作之前将该聚乙烯加热到高于其晶态原纤的熔点，使受热部位的聚乙烯返回到超拉伸以前的状态，于是可以更容易地机加工，从而便于进行二次机加工，如切割或冲切。
所以按照本发明在切割时可以提高尺寸精确度，同时还可以防止发生毛刺或裂纹。
由以下具体试验结果进一步解释本发明
实例1本实例试验了切割高弹性模量聚乙烯纤维。
由高弹性模量聚乙烯纤维(弹性模量90千兆帕)制成织造织物1，并将电热丝3加热到高于152℃，将之施加到织物1的切割部位2进行加热。然后在冷却后用剪切机将这个部分切断。
切割操作能够顺利进行，并且切断部分发生熔合而没有毛刺，同时机加工精确度方面也得到良好结果。
当把电热丝3加热到不低于200℃时，只用电热丝3就能切割织物1。
另外，曾试验不作任何事先处理来切割该部位，结果是不可能切割。也试验过不作任何处理而用陶瓷剪来切割该部位。这个部位能够费力地剪下来，但尺寸精确度很低，并且沿剪切边缘形成毛刺。
实例2在本实例中，对于含有高弹性模量聚乙烯纤维作为增强材料的复合材料进行了切割试验。
首先制备厚度500微米的环氧树脂复合或配合材料，其中含有高弹性模量聚乙烯纤维织造的织物作为增强材料。
按实例1的方法用电热丝把复合材料上要切割的部位加热到不低于152℃，然后用剪切法切开。
切割的结果很好，未形成毛刺或裂纹。
另外，当上述高弹性模量聚乙烯复合材料的切割部位未经事先处理即进行切割时，则形成许多裂纹和毛刺。
实例3在本实例中，按实例2的相似方式对复合材料进行了同时加热和切割试验。
在本实例中如图4所示，在剪切机6的切刀7和8的安装位置近旁安装上加热器9，将切刀7和8加热到约200℃，然后切割复合材料5的切割部位10和11。然后将这块材料机加工成为扬声器的膜片。可以得到如实例2的良好结果，未形成毛刺或裂纹。
权利要求
1.一种拉伸的高弹性模量聚乙烯或其复合材料的机加工方法，所述方法包括将拉伸高弹性模量聚乙烯或其复合材料加热至不低于该拉伸高弹性模量聚乙烯的晶态原纤的熔点，从而将该拉伸高弹性模量聚乙烯转化成为低弹性模量聚乙烯，然后在经过加热的部位进行机加工。
2.按权利要求1的方法，其中该拉伸高弹性模量聚乙烯的晶态原纤是经单向取向的产物。
3.按权利要求1的方法，其中该拉伸高弹性模量聚乙烯曾采用热拉伸法、区域拉伸法、固态挤出法或凝胶纺丝法进行超拉伸。
4.按权利要求1-3中任一项的方法，其中的加热温度不低于152℃。
5.按权利要求1-4中任一项的方法，其中加热和机加工是同时进行的。
6.一种拉伸的高弹性模量聚乙烯或其复合材料的机加工方法，所述方法包括在不低于200℃温度加热并切割高弹性模量聚乙烯或其复合物。
全文摘要
本发明是利用高弹性模量聚乙烯的热性质使之易于机加工的方法，例如切割或冲切。在机加工操作之前，将高弹性模量聚乙烯加热到不低于其晶态原纤的熔点温度，使受热部位的聚乙烯返回到超拉伸以前的状态而更能接受机加工，从而使二次机加工更易进行。
文档编号B23P25/00GK1031674SQ88106338
公开日1989年3月15日 申请日期1988年8月26日 优先权日1987年8月29日
发明者瓜生胜, 西美绪, 八木和夫 申请人:索尼公司, 三井石油化学工业株式会社