JP2003522711A - 耐衝撃性および耐引裂き性フィルム - Google Patents
耐衝撃性および耐引裂き性フィルムInfo
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- Shaping By String And By Release Of Stress In Plastics And The Like (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
Abstract
Description
れるフィルムに関する。詳しくは、本発明は、商業的に実施可能な耐衝撃性およ
び耐引裂き性に優れた積層フィルムの製造方法に関する。
使用するものとして商業的に入手できる。そのような使用において、ガラスシー
トに単層または積層フィルムを接着し、典型的にはガラスとガラスの間にフィル
ムを挟む。安全フィルムによって保護されるガラスとしては、特に制限されない
が、窓ガラス、浴室(シャワー)ドア、ディスプレイケース等が例示される。安
全フィルムはガラスに種々の接着剤を介して接着され、このようなフィルムの使
用をデイライト法(daylight method)と呼ばれる。この方法は、ガラス面に対
し、さらなるアンカー部分(接着面におけるアンカー部分)を有することなく(
キャッチバー(catch bar)の有無にかかわりなく)フィルムを接着できる。ま
た、窓枠にフィルムを接合することにより、ガラスが割れた際に安全性を高める
ことができるので好ましい。
、強盗の侵入による破壊や、テロリストによる爆弾の炸裂で生じる爆風などの衝
撃をガラスが受けた際、保護される部屋や内部の物品に対し、ダメージや損傷を
小さくすることができる。安全フィルムによって保護されていないガラスは、暴
風や爆風によってガラス片が建築物内部に入り、ガラスの小片が住人に降り注ぎ
、重症を負ったりあるいは死亡することもある。さらに、安全フィルムによって
保護されていないガラスが暴風によって破壊された場合、風水により建築物内部
が被害を受け、内装品などの多大な損失や取り換え、修繕に多大なコストがかか
る。
層フィルムであっても、いずれにおいても)、フィルムに遮られたガラスの粘着
性の効果により、ガラスが小片となって破壊されるのを大幅に防ぐことが出来る
。また、窓枠と接合した構造を使用すれば、建築物内部にガラスが入ることを防
ぎ、住人の怪我を防ぎ、内装品にダメージを与えることが少なくなる。
して、フィルム又は積層フィルムの耐引裂き性と耐衝撃性(耐爆風性)との関係
について研究されている。多層安全フィルムは、同じ厚さの単層フィルムと比較
して耐引裂き性に優れていることが明らかである。耐引裂き性フィルムは、ビデ
オテープの包装や、耐引裂き性に優れていることが有利な他のフィルムなど、多
方面への応用が可能である。
品への応用が可能となる。その点で、ポリマーフィルムは、しばしば、これらの
用途に対し好適である。安全フィルムは、フィルムを切断したかあるいは切断し
てないフィルムを使用した多層ポリマーフィルムによって形成されている。この
ような多層フィルムは厚さが厚いほど耐衝撃性および耐引裂き性が、単層フィル
ムと比較して優れている。しかしながら、層の数が多くなると、透明性が悪くな
り、ガラスに適用することが困難になる。また、層の数が多いとコスト高になる
ため、フィルムの厚さには限界がある。したがって耐衝撃性および耐引裂き性に
優れ、厚さが最小である積層安全フィルムが望まれている。
以上のフィルムウェブは、完全に又は主として同方向に延伸される。次いで、主
として延伸されている方向が2つのフィルムの間で直角になるように、ウェブを
それぞれ直角(またはほぼ直角に)に配置する。次いで、フィルムが交差してい
る部分を切取り、使用する。しかしながら、このウェブの積層体は商業的には実
用的であるといえない。この方法では、オートメーション化で不要となる短いウ
ェブが副生する。また、積層およびフィルムの切断に労力を要する。さらに、一
方向延伸のフィルムでは、二軸延伸フィルムと比較して引裂き易く、使用に堪え
ない。したがって、この種の積層フィルムの製造方法において、これらの問題点
の1つ以上が解消されることが望ましい。
提供することである。
とである。
高められた積層ウェブを経済的に製造する方法を提供することである。
から成る安全フィルムを提供することである。
表面と第2表面とを有する二軸延伸ポリマーフィルムウェブを第1部分と第2部
分に切断する工程と、第1部分と第2部分とを同定する工程と、第1部分の第2
表面が第2部分の第1表面に近接して配置される様に第2部分の上に第1部分を
配置する工程とから成る強化ポリマーフィルムの製造方法に存する。
プロフィールを同定する工程と、第1の部分と第2の部分の分子配向プロフィー
ルが一致しないように第1の部分と第2の部分とを積層する工程とから成るポリ
マーフィルムの製造方法に存する。さらに、好ましいフィルム構成についても記
載する。
性を有する積層安全フィルムの製造方法を開示する。本発明のフィルムの均一な
耐衝撃性および耐引裂き性は、商品として入手できるフィルムと比較して実質的
に向上している。
体は、分子配向プロフィールが異なるポリマーウェブを重ね合わせて形成する。
この特異な積層体はほとんどの部分で各層が交差した状態、つまり分子配向(す
なわち引裂かれ易い方向)が2層以上(近隣のそれぞれの2つの層に対して)に
おいて配列しない構造を有する。これにより、優れた特性を有する強化フィルム
を提供できる。
の利用に基づいている。製造方法における要点は、連続二軸延伸において、「光
学的異方性(optical bow、ボーイングともいう)」が形成される点である。分
子配向方向(配向角度またはθと表記する)はウェブの中心においては0°に近
いが、ウェブの端部では約17〜45°の角度を有する(図1を参照)。フィル
ムの各部分の引裂かれ易い方向は、この光学的異方性角度と密接に関係する。そ
れ故、ウェブを半分に切断し、裏返すことなく(又は両方を裏返して)重ね合わ
せて積層すると、引裂かれ易い個々の方向が反対となり、或いは整列しなくなっ
て、複合フィルムは容易に引裂かれなくなる(各層同士で引裂かれにくく協調す
る)。理想的な積層体としては、Δθが約90°の構造を有する積層体である。
しかしながら、このような理想的な構造は、生産面に於て延伸工程を非常に特殊
化しなければならず、商業的に実現が困難である。本発明において、商業的に実
現可能な、Δθを最大にする方法を開示する。
加させることによりΔθを増加させるには、通常の標準ベースフィルムの製造を
変更すればよいことが明らかになった。ウェブの横方向の種々の配向角度の形態
が、本発明の効果に影響を与える。すなわち、ウェブのより多くの部分で配向角
度を有すること(配向角度が本発明において好ましい結果となるように、すなわ
ち配向角度曲線の窪みがより大きくなるような形態)が、本発明の効果を達成す
る上で好ましい。図1に示すように、低い位置の曲線(窪みの小さい曲線)と、
本発明の効果を達成する2つのより高い位置の曲線(窪みの大きい曲線)とを比
較することにより、配向角度曲線の窪みの変化を明らかにすることができる。図
2は、種々の非線形配向角度とΔθの例を示しており、Δθが約40〜60°で
あることが本発明において好ましい。
っている。分子配向の方向は、フィルムが引裂かれ易く、フィルムの弱い方向に
反映している。分子配向の方向から90°の方向が最も耐引裂き性に優れるフィ
ルムとなる。
リエステルウェブを使用する。ウェブは両方向(長手方向および横方向)に実質
的に同一の延伸比で延伸されることが好ましい(元の大きさの約3倍の延伸比)
。この1枚のポリマーウェブの未切断の端部から等距離のほぼ中心部分を切断す
る。切断された2つの部分を互いに上下に重ね合わせる。この際、最初のウェブ
の表裏を維持しながら(又は両者を逆さまにする)配置する。すなわち、切断さ
れた第1の部分の表の面(第1表面、最初のウェブの位置において表の面)が、
切断された第2の部分の裏の面(第2表面、最初のウェブの位置において裏の面
)に近接するように、好ましくはこの配置で積層する。もし、片方の部分の最初
に裏の面であった面と他の部分の最初に裏の面であった面とを近接して積層した
場合、積層したそれぞれの層の分子配向が追従するようになる。この場合、共通
の光学的異方性に沿って各層が同じ引裂け易さを有するため、耐引裂き性および
耐衝撃性の改良効果は付与されない。他方、半分に切断したウェブを他のウェブ
に本質的に上面に近接させることにより、実用的な面から各層の分子配向の差を
最大にすることができる。この相対的分子配向を行なうことにより、ウェブの横
方向に実質的な無駄な部分を生じることなく、2つのフィルム部分の分子配向を
適切に相殺することができる。
的な規模で容易に行なうことが出来る。一軸方向に延伸されたウェブの部分を他
の一軸方向に延伸されたウェブに交差して配置することにより、少なくとも1つ
の層に於てある幅を有する積層部分を形成する最初と最後の工程を除いて、本発
明の方法は、2つの幅広の同一または異なる二軸延伸フィルムをインライン又は
オフラインで連続的に積層することができる。
ィルムの端部の近く(第1の部分)及び他方のフィルムの端部の近く(第2の部
分)をそれぞれ細い幅で切断し、第1の部分の裏の面を第2の部分の表の面に近
接させるように(表裏をそのままの状態で)積層させる。このような積層体の向
上された効果は、ウェブの光学的異方性に交差する分子配向の方向の変化に基づ
いている。
部分および空間的な配向について分子配向プロフィールを同定する。この同定は
、適切に本発明の積層を行なうために必要である。この同定工程を行なわないと
、本発明の効果が本質的に信ぴょう性よく得られない。この同定に関しては種々
の方法が採用できる。ウェブの切断後にただちに積層を行なう場合、切断された
ウェブを適切な配向に積層されるように製造装置を組み立てる。また、切断され
たウェブ部分を、外側部分または内側部分に一貫して特殊な面を有するロールで
巻取ることによって同定してもよい。切断したフィルムの左部分からのフィルム
か、右部分からフィルムかを同定するためにラベリングを行なってもよく、例え
ば、フィルムの左部分の第2部分と同定できるようにラベリングを行なってもよ
い。このような方法だと、2つ以上のロールを後で組合せることができる。フィ
ルム製造の最後のロールにおけるフィルムの表裏および左右を、フィルムの端部
にマーキングすることにより区別することも出来る。フィルムの表裏切断同定機
を使用し、切断部分とフィルムの外側の端部とを区別することも出来る。タグ、
ラベル、ラップ、押印、非塗布部分、塗布部分等を設けることにより、同定のた
めのウェブのマーキングに使用できる。上述の方法はすべてラベルとして認識さ
れる。
果により積層を行なうことにより、本発明を実現することができる。
能とする。例えば、2つの半分に切断されたウェブをそれぞれA、Bとラベリン
グした場合、A−B−A構造またはB−A−B構造とすることにより、各層の元
々の分子配向が維持されているのであれば、本発明の効果である優れた耐衝撃性
および耐引裂き性を有する3層積層体を構築することができる。しかしながら、
A−B−Bのような構造であっても、2層の間で光学的異方性が整列してないた
め、本発明の範囲内とする。さらに、分子配向が同定されていない又は分子配向
がランダムであるようなC層を有するA−C−Bのような積層体も本発明の範囲
内とする。この場合、分子配向が整列してない層がただちに近接していなくても
よい。同様に、3層以上の積層体については上記のパターンに従って構築すれば
よい。
が特に好ましい。ポリマーフィルムは、軽量、実質的に透明、低コスト、使い捨
て可能、リサイクル可能という優れた性質を有し、安全フィルムとして多くの物
品への適用が可能である。さらに、塗布層を有するポリマーフィルムは、ガラス
基材として商品化されているガラスやポリマー板などの種々の他の基材に熱接着
や接着剤の使用により積層することができる。
ムを使用することができる。適用可能なポリマーとして、ナイロン等のポリアミ
ド、ポリプロピレン及びポリエチレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフ
タレート等のポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート等が例示される
。中でも、ポリエステルが好ましく、ポリエステルとしては、特にポリエチレン
テレフタレート、ポリエチレンナフタレート及びポリブチレンテレフタレートが
好ましい。さらに、ポリエチレンテレフタレート−イソフタレート等の共重合ポ
リエステルも使用することができる。基材フィルムの好ましい製造方法としては
、Culbertsonらの米国特許公報第5350601号公報に記載されて
おり、本発明に援用する。ポリエステルフィルムを形成するポリエステルは、通
常、グリコール又はジオールとジカルボン酸(またはエステル形成体)との重縮
合反応により得られる。ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、
セバシン酸、マロン酸、アジピン酸、アゼライン酸、グルタル酸、スベリン酸、
琥珀酸等が例示され、これらは2種以上組合せて使用してもよい。グリコールと
しては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール
や、プロパンジオール及びブタンジオール等のポリオールが例示され、これらは
2種以上組合せて使用してもよい。
化防止剤、艶消し剤、顔料、シリカ等フィラー、炭酸カルシウム、カオリン、二
酸化チタン及び帯電防止剤等が例示され、これらは2種以上組合せて使用しても
よい。本発明のフィルムは公知の塗布を施してもよい。塗布層としては、顔料、
染料、又は他の着色剤、安定剤、帯電防止剤および接着促進剤等を含有する塗布
液をフィルム上に塗布して形成してもよい。
であってもよい。共押出基材フィルムの製造に当たっては、種々の延伸可能な共
押出ポリマーフィルムの製造方法が採用できる。
を溶融し、非晶シートとして鏡面回転ドラム上に押出し、ポリマーの製膜シート
を形成する。シートを急冷し、一方向、次いでそれとは別の方向に延伸し、フィ
ルムを頑健にし、強度を付与する。延伸比は、一方向または別の方向において、
通常、製膜シートの約2〜4倍である。一般的に、延伸は、ポリマーの第2転移
温度から軟化または溶融温度の間で行われる。必要であれば、延伸後にさらにフ
ィルムを熱処理し、フィルムを結晶化させることにより、フィルムの性質を保持
させる。結晶化により、フィルムに安定性および優れた引張力を付与する。ポリ
エステルフィルムの熱処理は、通常、約190〜240℃で行われる。
様に制限されるわけではない。フィルムの積層方法は、安全ガラスの製造方法に
おいて使用される方法が採用できる。通常の安全ガラスの製造法としては、最初
にフィルムをガラス上に積層し、さらにガラス板を積層することにより、2枚の
ガラス板の間にフィルムをサンドイッチ状に積層する。2枚のガラス板の間にフ
ィルムを挟んだ本発明の方法により、一枚のガラス板よりもさらに強度を高める
ことができる。
用することができる。さらに、本発明のポリマーフィルムは、他の表面(平滑で
ない表面も含む)に適応することもでき、その表面を強化することができる。フ
ィルムは、熱接着または共押出により積層するか、接着剤やクリップ等の使用に
より機械的に積層してもよい。基材に積層してない場合の本発明のフィルムにお
いては引裂き強度が高められているため、様々な応用が可能である。
公知の表面修飾法としては、基材ポリマーフィルムの表面修飾法として最も一般
的であるコロナ処理が挙げられる。コロナ処理は、通常、約1.0W/ft2・
分 の強度で行なうことにより十分な効果を得ることができる。
光学的異方性を高くし、本発明の効果を高めることができる。
チより大きい。このようなフィルムの長さは、好ましくは約5000〜1000
0フィートである。また、このように幅広のフィルムのΔθの値は、好ましくは
約40〜60°(またはより大きい)である。
方向延伸比(TDDR)、横方向延伸温度(Td)、長手方向および横方向の延
伸変形比(延伸比)などのファクターが(これらに限定はされないが)光学的異
方性に影響を与えることが見出された。
、MDDRが約3.4に達するまで、フィルムの端部の光学的異方性角度が増加
し、約3.4で最大となる。さらに、MDDRを増加させると、第1の延伸(長
手方向の延伸)の後にフィルムにさらなる結晶化等の構造変化が生じ、フィルム
端部の光学的異方性角度が減少し、第2の延伸(横方向の延伸)の際、フィルム
の破断や、亀裂が増加する。それ故、長手方向延伸比は、好ましくは約2.8〜
3.4、特に好ましくは約3.1〜3.4である。
、その後、破断や亀裂等によりしばしばフィルム製造の中断が生じるようになる
。Tdは、好ましくは約80〜120℃、特に好ましくは95〜110℃である
。
角度を最大にする製造方法は、使用する機械にもよるが、しかし、光学的異方性
角度が一般的になるように製造方法を変更できることが理解できるであろう。
った。本発明の好ましい態様を示すために、種々の長手方向延伸比(MDDR)
及び横方向延伸温度(Td)でフィルムを製造した。
OC)で延伸を行い、光学的異方性のベースラインを確立した。実施例4及び7
は、最大光学的異方性角度と横方向の延伸温度の増加との関係およびΔθ(単純
な計算により)を検討した。実施例2、5及び8は、長手方向延伸比(MDDR
)と横方向延伸温度(Td)をそれぞれ変化させ、製造装置の最適条件で行なっ
た実施例であり、この条件またはこれより低い条件下で、安定した製造およびが
可能であり、本発明の効果が高められることを示した。実施例3、6、9は、上
記の製造装置の最適条件であるMDDR=3.4よりもMDDRを増加させた実
施例であり、フィルムの端部における最大光学的異方性角度は減少している。こ
の場合、二軸延伸フィルム及びそれを使用した複合体は、高いΔθを示さないだ
ろう。
施例の値を比較することによって示した表である。最上段の項は比較した実施例
の番号を示す。最下段は、ウェブ中のすべての位置における光学的異方性角度の
変化の合計を示す。正の数は、光学的異方性角度が増加していることを意味する
。
光学的異方性角度プロフィールへの効果を示す。表3の最上段の項は比較した実
施例の番号を示す。最下段は、ウェブ中のすべての位置における光学的異方性角
度の変化の合計を示す。
本発明の要旨を逸脱すること無く種々の変更が可能である。
Claims (31)
- 【請求項1】 第1表面と第2表面とを有する二軸延伸ポリマーフィルムウ
ェブを第1部分と第2部分に切断する工程と、第1部分と第2部分とを同定する
工程と、第1部分の第2表面が第2部分の第1表面に近接して配置される様に第
2部分の上に第1部分を配置する工程とから成る強化ポリマーフィルムの製造方
法。 - 【請求項2】 切断工程と配置工程とが連続インライン法によって行われる
請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項3】 第1部分と第2部分とが実質的に同一の幅を有する請求項1
に記載の製造方法。 - 【請求項4】 ポリマーフィルムウェブ中の第1部分と第2部分との中間に
さらに第3部分が存在する請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項5】 第1部分と第2部分とが、ポリマーフィルムウェブのそれぞ
れの端部を含んでいる請求項1に記載の製造方法。 - 【請求項6】 二軸延伸フィルムの第1の部分と第2の部分の分子配向プロ
フィールを同定する工程と、第1の部分と第2の部分の分子配向プロフィールが
一致しないように第1の部分と第2の部分とを積層する工程とから成るポリマー
フィルムの製造方法。 - 【請求項7】 第1表面、第2表面、元から存在する第1の端部、元から存
在する第2の端部、切断により生じた第1の端部、切断により生じた第2の端部
、光学的異方性及びこれらの組合せから成る群より選択される部分の属性を同定
することにより、分子配向プロフィールを同定する請求項6に記載の製造方法。 - 【請求項8】 フィルムをローリングすることによって属性を同定する請求
項7に記載の製造方法。 - 【請求項9】 ラベルによって属性を同定する請求項7に記載の製造方法。
- 【請求項10】 切断されたポリマーフィルムの製造方法であって、フィル
ムを二軸延伸する工程と、少なくとも2つの部分に上記延伸フィルムを切断する
工程と、切断された部分の少なくとも1つをローリングする工程と、フィルム内
から取出したロールの場所から属性を同定する工程とから成ることを特徴とする
製造方法。 - 【請求項11】 スリットフィルムからポリマーフィルム複合体を製造する
方法であって、第1のスリットフィルムを検査して光学的異方性を決定する工程
と、第1のスリットフィルムの光学的異方性と異なる光学的異方性を有する第2
のスリットフィルムを同定する工程と、上記第1のスリットフィルム及び第2の
スリットフィルムから複合体を形成する工程とから成ることを特徴とする製造方
法。 - 【請求項12】 スリットフィルムからポリマーフィルム複合体を製造する
方法であって、第1のスリットフィルムを検査して光学的異方性を決定する工程
と、第1のスリットフィルムの光学的異方性と実質的に同じ光学的異方性を有す
る第2のスリットフィルムを同定する工程と、スリットフィルムの1つを裏返し
にする工程と、上記スリットフィルムから複合体を形成する工程とから成ること
を特徴とする製造方法。 - 【請求項13】 第2のスリットフィルムが、第1のスリットフィルムを含
有するスリットフィルムから切取られる請求項12に記載の製造方法。 - 【請求項14】 第1の層と当該第1の層に近接する第2の層とから成るポ
リマーフィルムであって、第1の層は第1の分子配向プロフィールを有し、第2
の層は第2の分子配向プロフィールを有し、第1の分子配向プロフィールは実質
的に第2の分子配向プロフィールと同一でないことを特徴とするポリマーフィル
ム。 - 【請求項15】 第1及び第2の層が、それぞれ切断されて形成されている
請求項14に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項16】 第1及び第2の層が、一つの製膜シートを切断して形成さ
れた請求項14に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項17】 一つの製膜シートの切断が、中心からほぼ縦方向への切断
である請求項16に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項18】 第1及び第2の層の少なくとも1層がポリエステルを含有
する請求項14に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項19】 ポリマーフィルムが第1及び第2の層のみから成る請求項
14に記載のポリマーフィルム。 - 【請求項20】 請求項14に記載のポリマーフィルムとガラス層から成る
複合フィルム。 - 【請求項21】 ポリマーフィルムとガラス層の間に接着層を有する請求項
20に記載の複合フィルム。 - 【請求項22】 実質的に透明である請求項14に記載のポリマーフィルム
。 - 【請求項23】 第1の切断フィルム層と第2の切断フィルム層とから成る
複合ポリマーフィルムであって、第1の切断フィルム層と第2の切断フィルム層
とのΔθが約40〜90°であることを特徴とする複合ポリマーフィルム。 - 【請求項24】 Δθが約40〜60°である請求項14に記載の複合ポリ
マーフィルム。 - 【請求項25】 製膜シートを形成する工程と、当該製膜シートを二軸延伸
して光学的異方性を形成する工程とから成るポリマーフィルムウェブの製造方法
であって、延伸工程において製膜シートの端部における光学的異方性の角度を増
加させることを特徴とする製造方法。 - 【請求項26】 長手方向の延伸比が約2.8〜3.4である請求項25に
記載の製造方法。 - 【請求項27】 長手方向の延伸比が約3.1〜3.4である請求項25に
記載の製造方法。 - 【請求項28】 長手方向の延伸比を標準的な操作条件よりも増加させる請
求項25に記載の製造方法。 - 【請求項29】 横方向の延伸温度を標準的な操作条件よりも増加させる請
求項25に記載の製造方法。 - 【請求項30】 横方向の延伸温度が約95〜110℃である請求項29に
記載の製造方法。 - 【請求項31】 ポリマーフィルムウェブの製造方法であって、製膜シート
を形成する工程と、製膜シートを二軸延伸して光学的異方性を形成する工程と、
二軸延伸工程において光学的異方性の配向角度をより負の窪みに近づけるように
する工程とから成る製造方法。
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