JP2004160876A - 熱可塑性エラストマーシートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性エラストマーシートの製造方法、特にフィードブロックで多層に積層された溶融樹脂から熱可塑性エラストマーシートを製造する際、成形されたシートの幅方向の厚み精度が向上し、また有効製品幅を拡大できる製造方法に関する。
【解決手段】ダイのマニホールド部とリップ部との間で間隙厚みが変化する領域のリップ側の幅Ｗ１と、マニホールド側の幅Ｗ２が同じである特定形状のダイを押出機に設置し、熱可塑性エラストマー樹脂をダイ出口よりシート状に溶融押出し後、冷却固化してシート状物を得ることを特徴とする熱可塑性エラストマーシートの製造方法である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱可塑性エラストマーのフィルム・シート（以下シートという）の製造方法、特にフィードブロックで多層に積層された溶融樹脂からシートを製造する方法に関する。特に成形されたシートの幅方向の厚み精度が向上し、また有効製品幅を拡大できる製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、Ｔダイを用いて熱可塑性樹脂をシート状に成形する場合、特にフィードブロックで多層に積層された溶融樹脂からシートを成形する場合、ダイ形状はダイ内で溶融樹脂の滞留時間を短くし、温度による溶融樹脂の物性変化を小さくするために、マニホールド部を狭くしていた。しかしながら、シート成形用ダイでは、マニホールド部が小さい場合、ダイ中央部の流速がダイ端部の流速よりも速く、シート状物に成形すると、シートの中央部が端部に比べて厚くなり、幅方向の厚み精度が低下するばかりでなく、成形されたシートの全幅の内の製品として使用できる有効幅も狭くなるという問題があった。
【０００３】
単層シート成形用ダイは、多層シート成形と比較して各層の乱れを考慮しなくてもよいため、加工の容易で経済的なダイ形状として、ダイ端面に向かって滑らかに樹脂が流れるように大きな曲率半径で加工されていた。しかしながら、単層シート成形用ダイは、ダイ端面に向かって滑らかに樹脂が流れるように大きな曲率半径で加工されているため、高粘度の樹脂では、ダイ端面の近傍における樹脂の滞留時間が長くなり、樹脂が劣化することが懸念される。
【０００４】
特開平１０−３２９１９６号公報では、多層シート成形用ダイとして、樹脂がマニホールドの壁面に接触しながら流れる結果、壁面との間に起きる摩擦（せん断応力）が発生し、摩擦熱（せん断発熱）による溶融樹脂の物性変化から起こる各層の乱れ発生を防止するため、単層シート成形用ダイよりもマニホールド部の端面に近い箇所から、滑らかに小さな曲率半径で加工され、最端部を０に収束させるように加工すことが開示されている。しかしながら、多層シート成形用ダイは、単層シート成形用ダイよりもマニホールド部の端面に近い箇所から、滑らかに小さな曲率半径で加工され、最端部を０に収束させるように加工しているため、せん断速度依存性の大きい樹脂を流した場合、ダイの中央部と端部の粘度差が大きく、流速差が発生し、シート状物に厚み斑が発生する。
【０００５】
特開平７−２０５２５２号公報では、樹脂薄膜が数百〜数千層に積層された多重層のシート状物の製造方法として、１種類以上の定量溶融樹脂を層状に吐出する多層ダイと、該多層ダイから吐出される複数層の樹脂層を折り畳みながら重層化する重層ダイと、折り畳んで重層化された樹脂層を幅方向に拡大する拡幅ダイとが順次連接されてなることを特徴とする製造装置が提案されている。しかしながら、多層シート成形において、フィードブロック方法を用いた場合、複数の種類の溶融樹脂を合流させ、積層させるフィードブロックからダイ内に供給された多層の溶融樹脂は、その厚さ、幅などの精度を調整することができず、マニホールドの形状によりきめられたまま出口であるリップ部から吐出されるため、単層のシート成形に比べて、より各層のシートの厚み精度が低下することが懸念される。
【０００６】
特許第１１３００３５号公報では、積層シートの押出し方法として、複数の熱可塑性樹脂の流れを積層させ、複合樹脂流を得る操作をダイの前に設けられた流路調整可能なアダプター内で行い、該アダプターを樹脂粘度に合致した合流樹脂流路を有するものに変えることにより、ダイより押し出される積層流の幅方向の厚み比を調整することを特徴とする製造方法が提案されている。しかしながら、シートの厚み制御を行うためにアダプターを設置しているため、高粘度の樹脂を流した場合、アダプターと樹脂との間にせん断発熱が発生し、樹脂が劣化する恐れがある。
【０００７】
特開昭５９−２１２２３４号公報では、偏肉の度合いが小さく、且つ、曲がりのないシートの成形品を得るため、ダイ内に、樹脂の流れ方向に直角な面中に独立作動的に樹脂温度調節手段を並列に設け、温度調節手段を個別に冷却または、加熱することによりシートの成形品の偏肉、曲がり等の成形性を制御することを特徴とする押し出し成形方法が提案されているが、ダイ全体を一定温度に制御する方法と異なり温度制御が複雑で高価な装置が必要となる。
【０００８】
熱可塑性エラストマーのシートやフィルムについては、ポリエステル系エラストマーやポリウレタン系エラストマーなどについて、既に開示されているが、塗布・乾燥による製造方法が主体であり、溶融押出し成形による製造方法も存在するが具体的なダイ形状に関する記載が無く、実際に厚みが均一であり、安定した生産ができる方法は開示されていない（例えば、特開昭５９−１１１８４７号公報、特開２００１−５９０２８号公報）。熱可塑性エラストマーの場合、特有のレオロジー特性を持っているためかシート状に押出し成形する際にサージングの発生やドローダウンの発生が起こり易く、均一なシートを得ることが極めて困難であるのが現状であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−３２９１９６号公報
【特許文献２】
特開平７−２０５２５２号公報
【特許文献３】
特許第１１３００３５号公報
【特許文献４】
特開昭５９−２１２２３４号公報
【特許文献５】
特開昭５９−１１１８４７号公報
【特許文献６】
特開２００１−５９０２８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、熱可塑性エラストマーの溶融樹脂をダイ端部までダイの出口幅に沿って均一な吐出が得られるようにすることによって、幅方向の厚み精度が向上し、また有効製品幅を拡大できる熱可塑性エラストマーシートの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに到った。即ち、本発明は、ダイ形状においてマニホールド部とリップ部との間でダイの間隙厚みが変化する領域を有するダイを使用して押出し成形する方法であって、下記（１）式、（２）式、（３）式を満足するダイを押出機に設置し、熱可塑性エラストマー樹脂をダイ出口よりシート状に溶融押出し後、冷却固化してシート状物を得ることを特徴とする熱可塑性エラストマーシートの製造方法である。
【００１２】
（１） Ｗ２／Ｗ１ ＝ １
（２） ５°＜ α ＜２７°
（３） ７．５ ≦ Ｈ／ｈ ≦ ３０
【００１３】
なお、上記（１）式、（２）式、（３）式において、
Ｗ１は、マニホールド部とリップ部との間でダイの間隙厚みが変化する領域のリップ側の幅、Ｗ２は、マニホールド部とリップ部との間でダイの間隙厚みが変化する領域のマニホールド側の幅、αは、マニホールドの入口側から流れ方向へのダイ幅の広がり角であり、ストレートマニホールドを０°とし、広がりが無い場合を９０°とした時の広がり角、Ｈは、マニホールド部におけるダイの平均間隙厚み、ｈは、リップ部におけるダイの平均間隙厚みを表す。
【００１４】
【発明の実施の形態】
更に本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明は特定形状のダイを押出機に設置し、熱可塑性エラストマーをダイ出口よりシート状に溶融押出し後、冷却固化してシート状物を得ることを特徴とする熱可塑性エラストマーシートの製造方法である。
【００１５】
本発明における熱可塑性エラストマーとは、熱可塑性ポリオレフィン系エラストマー、熱可塑性ポリエステル系エラストマー、熱可塑性ポリアミド系エラストマー、熱可塑性ポリウレタン系エラストマーなどが挙げられる。特に熱可塑性ポリオレフィン系エラストマーは、サージングの発生やドローダウンの発生が起こり易いので、本発明の製造方法の適用が有効である。
【００１６】
本発明においては、以下に詳細に説明する特定のダイを使用することによって、通常のストレートマニホールドタイプのダイやコートハンガータイプのダイを使用したのでは、サージングやドローダウンが発生して均一なシートが得られない場合でも、サージングの発生が無く、幅方向の厚み精度が向上し、また全幅のうち製品として使用できる有効幅を広く取ることができる熱可塑性エラストマーシートを得ることができる。
【００１７】
本発明のダイ形状においてマニホールド部とリップ部との間でダイの間隙厚みが変化する領域を有するダイとは、図１、図２に示したダイのマニホールド部とリップ部の間に間隙厚みが小さくなっていく領域（部位）３を有するダイである。
【００１８】
請求項１における（１）式は、マニホールド部とリップ部との間でダイの間隙厚みが変化する領域のリップ側の幅Ｗ１とマニホールド側の幅Ｗ２がほぼ一致した値であることを示している。これは、マニホールド部に充填された溶融した熱可塑性エラストマーをリップ間隙の方向にのみの速度ベクトルを持たせて移動させるためである。
【００１９】
請求項１における（２）式のαは、マニホールドの入口側から流れ方向へのダイ幅の広がり角であり、ストレートマニホールドを０°とし、広がりが無い場合を９０°とした時の値とする。
請求項１における（２）式は、本発明のダイがストレートダイと広がり角αの大きいコートハンガーダイとの間に位置する形状であることをしめしており、αが５°よりも小さい広がり角の場合、マニホールド端部に熱可塑性エラストマー樹脂が滞留するという問題が発生する。一方αが２７°よりも大きい場合、ダイの形状による樹脂流速バランスの影響が小さくなり、流入口の位置するダイ中央部の流速が速く、端部の流速が遅くなり、熱可塑性エラストマーシートの厚み斑が大きくなるという問題が発生する。
【００２０】
請求項１における（３）式は、マニホールド部とリップ部のダイの平均間隙厚み比率を示しており、７．５よりも小さい場合、マニホールド部に比べてリップ部の平均間隙厚みが大きいためダイの背圧が低くなり、溶融状態にある熱可塑性エラストマーが、ダイ内に充填される前に、自重によりリップ隙間より流出してシート状物として成形することができず、３０よりも大きい場合、マニホールド部に比べてリップ部の厚みが小さ過ぎるためダイの背圧が高くなり、押出し機の吐出が不能になる、あるいは押出し機を破損するおそれがあるため、シート状物として成形することができない。
【００２１】
ダイ出口より溶融押出したシート状熱可塑性エラストマーは、ロールやエンドレスベルトなどの移動体上にキャストして冷却固化する。
本発明によって得られる熱可塑性エラストマーシートは厚みが均一であるので、緩衝材シート、電気絶縁シート、文具やおもちゃなどの雑貨などに好適に使用できる。また、幅方向で厚みが均一である部分が広いので、全幅の内の製品として使用できる有効幅を広く取ることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例における評価方法は以下のとおりである。
（１）シートの厚み斑評価
下記条件で熱可塑性エラストマーをダイより押出してロールに巻き取ったシートのサージング状態と厚み斑（３段階評価）を評価した。
○：シートの最大厚みと最小厚みの差が０．２５ｍｍ以下
△：シートの最大厚みと最小厚みの差が０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍ
×：シートの最大厚みと最小厚みの差が０．５ｍｍ以上
熱可塑性エラストマーとして、東洋紡績（株）製ポリオレフィン系エラストマーＳａｒｌｉｎｋ（３１８０Ｂ）のペレットを、８０℃で１０時間乾燥したものを押出機に供した。
押出機は、（株）プラ技研製のφ３０ｍｍの単軸押し出し機を使用し、回転数を７５ｒｐｍ、吐出量５ｋｇ／時間、シリンダー−アダプター−ダイの温度は２００℃に設定、制御した。
ダイ出口から吐出し、シート状に成形された熱可塑性エラストマーは、２００ｍｍφのロール上で固化し、引き取った。ダイとロールとのギャップ長さは、１００ｍｍとした。
【００２３】
（実施例１）
実施例１で用いたダイ形状は、マニホールド部とリップ部との間でダイの間隙厚みが変化する領域のリップ側の幅Ｗ１およびマニホールド部とリップ部との間でダイの間隙厚みが変化する領域のマニホールド側の幅Ｗ２が各々２００ｍｍ、即ちＷ２／Ｗ１＝１、マニホールドの入口側から流れ方向へのダイ幅の広がり角αが、１５°、マニホールド部におけるダイの平均間隙厚みＨが１５ｍｍ、リップ領域におけるダイの平均間隙厚みｈが１．５ｍｍであるダイを用いサージング評価を実施した。その結果、サージング現象が観察されず均一な厚さ１．５ｍｍの幅１９０ｍｍのシートが得られた。厚み斑の評価結果は○であった。
【００２４】
（比較例１）
実施例１に対してマニホールドの入口側から流れ方向へのダイ幅の広がり角αが０°のダイ、いわゆるストレートマニホールドタイプのダイを使用した。この場合、シートの中央部と端部の厚み斑が大きく、ダイ出口においては幅方向に均一に溶融樹脂が流出していなかった。厚み斑の評価結果は△であった。
【００２５】
（比較例２）
実施例１に対して、Ｗ２／Ｗ１＝０．６７、α＝３０°の通常のコートハンガータイプのダイを使用した。吐出されたシートの中央部と端部の厚み斑が大きく、厚み斑の評価結果は×であった。
（比較例３）
実施例１において、ダイの平均間隙厚みｈを３ｍｍにして、Ｈ／ｈ＝５のダイを使用した。吐出されたシートの中央部と端部の厚み斑が大きく、厚み斑の評価結果は×であった。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【発明の効果】
本発明の熱可塑性エラストマーシートの製造方法によれば、ダイの出口幅に沿って均一なポリマー吐出が得られるようになり、成形されたシートの幅方向の厚み精度の向上および有効製品幅の拡大を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に使用したダイの概略図
【図２】比較例２に使用したダイの概略図
【符号の説明】
１ 流入口
２ マニホールド部
３ ダイ間隙厚みの傾斜部
４ リップ部
５ リップ部間隙厚み

Claims (1)

1. ダイ形状においてマニホールド部とリップ部との間でダイの間隙厚みが変化する領域を有するダイを使用して押出し成形する方法であって、（１）式、（２）式、（３）式を満足するダイを押出機に設置し、熱可塑性エラストマーをダイ出口よりシート状に溶融押出し後、冷却固化してシート状物を得ることを特徴とする熱可塑性エラストマーシートの製造方法。
   （１） Ｗ２／Ｗ１ ＝ １
   （２） ５°＜ α ＜２７°
   （３） ７．５ ≦ Ｈ／ｈ ≦ ３０
   上記（１）式、（２）式、（３）式において、Ｗ１は、マニホールド部とリップ部との間でダイの間隙厚みが変化する領域のリップ側の幅、Ｗ２は、マニホールド部とリップ部との間でダイの間隙厚みが変化する領域のマニホールド側の幅、αは、マニホールドの入口側から流れ方向へのダイ幅の広がり角であり、ストレートマニホールドを０°とし、広がりが無い場合を９０°とした時の広がり角、Ｈは、マニホールド部におけるダイの平均間隙厚み、ｈは、リップ部におけるダイの平均間隙厚みを表す。

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