JP2008015780A - Prediction method for stress, distortion and anisotropy of film in tenter heating process by use of finite element method - Google Patents

Prediction method for stress, distortion and anisotropy of film in tenter heating process by use of finite element method Download PDF

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Toshinao Ito
利尚 伊藤
Toshiro Yamada
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Kanazawa University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a finite element analysis method for predicting a stress state, distortion or orientation state during the course of a film forming process which needs baking at high temperature with volatilization of a solvent. <P>SOLUTION: For predicting the stress state, distortion or orientation state, a disappearance phenomenon of a material is substituted by contraction, and elastic analysis and viscoelastic analysis are continuously performed, whereby accurate finite element analysis is performed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、テンター加熱工程で加熱および焼成を行いフィルムを製造するプロセスにおいて熱などの負荷により変形することによって発生する応力や歪みを有限要素法によって効率的に予測するための解析方法に関する。   The present invention relates to an analysis method for efficiently predicting stress and strain generated by deformation by a load such as heat in a process of manufacturing a film by heating and baking in a tenter heating step by a finite element method.

プラスチックフィルムの製法は一般に、その幅方向の両端部を連続的にピンやクリップといった把持手段にて固定し、複数の温度に設定された加熱炉を通過させ、延伸および熱固定を行うことによって得る。このいわゆるテンター法は、加熱工程中のフィルム収縮に抗いながら、所望の物性を発現させるために加熱・延伸・熱固定及び冷却を行い得る装置として工業的に幅広く用いられる。   In general, a method for producing a plastic film is obtained by continuously fixing both ends in the width direction with a gripping means such as a pin or a clip, passing through a heating furnace set at a plurality of temperatures, and performing stretching and heat setting. . This so-called tenter method is widely used industrially as an apparatus capable of performing heating, stretching, heat setting and cooling in order to develop desired physical properties while resisting film shrinkage during the heating process.

とりわけ、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムに代表される熱可塑性プラスチックフィルムに対しては、高度に二軸配向性を付与した製品を大量生産できる方法の一つである。   In particular, a thermoplastic film represented by a PET (polyethylene terephthalate) film is one of the methods capable of mass-producing a product having a high biaxial orientation.

ところが、従来の方法では製品フィルムの横方向の物性を均一にすることはきわめて困難であった。その原因はいわゆるボーイング現象、すなわちテンターで把持される幅方向の両端部に対し、把持による拘束力の弱い中央部が遅れる、あるいは先んじる現象によるものである。このボーイング現象は、分子配向による強い異方性と密接に関係し、光軸のずれ、平面性の悪化、機械特性の異方性、カールやシワといった様々な問題を引き起こし、その用途に適さない。   However, it has been extremely difficult to make the physical properties of the product film uniform in the horizontal direction by the conventional method. The cause is due to a so-called bowing phenomenon, that is, a phenomenon in which the central portion where the binding force is weak is delayed or preceded by both ends in the width direction held by the tenter. This bowing phenomenon is closely related to the strong anisotropy due to molecular orientation, and causes various problems such as optical axis misalignment, poor flatness, mechanical property anisotropy, curl and wrinkles, and is not suitable for its use. .

このボーイング現象に代表される幅方向の物性ムラや物性の異方性に対し、例えば特許文献1、特許文献2、非特許文献1および非特許文献2等に代表されるように、有限要素法を用いた理論解析に基づきテンター工程での延伸応力の伝播を推定し、ボーイング現象の少ないフィルムを製造する方法が提案されている。   For example, Patent Document 1, Patent Document 2, Non-Patent Document 1, and Non-Patent Document 2 represent the finite element method against the physical property unevenness in the width direction and physical property anisotropy represented by the Boeing phenomenon. There has been proposed a method for producing a film with less bowing phenomenon by estimating the propagation of stretching stress in the tenter process based on the theoretical analysis using the.

一方、耐熱性・耐寒性・電気絶縁性・化学的安定性等に優れ、フレキシビリティーを有するポリイミドフィルムも同様に、一テンター法を使用して生産される。ポリイミドフィルム一般には不溶不融なため、前駆体であるポリアミド酸の有機溶媒溶液を原料溶液とし流延塗布(キャスティング)し、続く乾燥工程にて部分的に乾燥及び/又は硬化された自己支持性を有するいわゆるゲルフィルムを経由して、テンター加熱法で加熱・焼成され、ポリイミドフィルムへ転化する。   On the other hand, a polyimide film having excellent heat resistance, cold resistance, electrical insulation, chemical stability, etc. and having flexibility is also produced using the one tenter method. Polyimide film is generally insoluble and infusible, so it is casted with an organic solvent solution of polyamic acid, which is a precursor, and is partially dried and / or cured in the subsequent drying process. It is heated and baked by a tenter heating method through a so-called gel film having, and converted into a polyimide film.

このポリイミドフィルムの製造方法においても同様に、特に幅方向端部において分子が斜め方向へ強く配向し、物性に異方性が生じる問題があった(非特許文献3)。   Similarly, in this method for producing a polyimide film, there is a problem that molecules are strongly oriented in an oblique direction particularly at the end in the width direction, causing anisotropy in physical properties (Non-patent Document 3).

ポリイミドフィルムの場合、前述の通り不溶不融であり非熱可塑性であるため、ガラス転移温度を利用する上記(特許文献1)や(特許文献2)記載の方法が適用できない。   In the case of a polyimide film, since it is insoluble and infusible as described above, the method described in (Patent Document 1) and (Patent Document 2) using the glass transition temperature cannot be applied.

また(特許文献3)には二軸延伸の比率を制御することにより複屈折の小さいポリイミドフィルムの製造方法が記載されるが、この方法では、延伸機を備えた製膜機に限られる上、延伸途中によりフィルムが破断するなどのトラブルが生じる恐れがあり、ポリイミド種が限られてしまう。   In addition, (Patent Document 3) describes a method for producing a polyimide film having a small birefringence by controlling the ratio of biaxial stretching, but this method is limited to a film forming machine equipped with a stretching machine. Troubles such as the film breaking during stretching may occur, and the polyimide species is limited.

一方で、積極的な延伸操作を行わないにもかかわらず強烈な収縮力が働くことを特徴とするポリイミドフィルムの製造方法において、有限要素法を用いた理論解析に基づいて応力状態、歪みを予測することは従来困難であった。なぜなら、上述の収縮力はフィルム中に残存する溶媒の揮発と、化学反応(イミド化反応)によるものであり、特にか物質の消失を有限要素解析にて表現することは困難であるためである。   On the other hand, in a polyimide film manufacturing method characterized by strong contraction force despite no aggressive stretching operation, stress state and strain are predicted based on theoretical analysis using the finite element method It has been difficult to do so far. This is because the shrinkage force described above is due to volatilization of the solvent remaining in the film and chemical reaction (imidization reaction), and it is difficult to express the disappearance of the substance by finite element analysis. .

従い、上記配向による異方性の問題に対し、パイロットスケール又は実生産機を用いた試行錯誤に頼らざるを得ず、コストおよび労力を要するものであった。
特開平4−59332号公報(特許第2841755号公報) 特開平3−193328号公報(特許第2600406号公報) 特開平3−193329号公報(特許第2920973号公報) Journal of Polymer Science 52(10),.1393(1994) Journal of Applied Polymer Science 48(8),.1399(1993) Polymer Engineering Science, 18(16), 1216(1978)
Therefore, the problem of anisotropy due to the orientation described above must be relied on by trial and error using a pilot scale or an actual production machine, which requires cost and labor.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-59332 (Japanese Patent No. 2841755) Japanese Patent Laid-Open No. 3-193328 (Japanese Patent No. 2600406) Japanese Patent Laid-Open No. 3-193329 (Patent No. 2920973) Journal of Polymer Science 52 (10),. 1393 (1994) Journal of Applied Polymer Science 48 (8),. 1399 (1993) Polymer Engineering Science, 18 (16), 1216 (1978)

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、配向メカニズムにアプローチすべく、特にポリイミドフィルムの製造工程における応力状態や歪み等を有限要素法により解析を行う手段を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a means for analyzing stress states and strains in the polyimide film manufacturing process by a finite element method, in order to approach the orientation mechanism. It is to provide.

本発明者らは、対象とするポリイミドフィルム樹脂を用いて予め実験室レベルのスケールで、溶媒揮発や化学反応によって収縮しようとする量や、テンター工程内で刻々と変化するフィルム剛性を詳細に調査し、これら数値データに基づき有限要素解析を行い、通常では知りえることのできないテンター加熱炉内の応力の状態、フィルムの歪み等を評価するに至った。   The present inventors have investigated in advance the amount of the film to be shrunk by solvent volatilization and chemical reaction and the film stiffness that changes every moment in the tenter process at the laboratory level scale using the target polyimide film resin. Then, finite element analysis was performed based on these numerical data, and the state of stress in the tenter heating furnace, the distortion of the film, etc., which cannot be usually known, have been evaluated.

かかる発明の要旨とするところは、以下1)〜5)に要約される。
1)ポリイミドフィルムを製造する工程におけるテンター加熱工程内のフィルムを複数の要素に分割したモデルを作成し、該モデルに対して有限要素法を用いて該フィルムを加熱することにより発生する応力、歪み、分子配向を予測する有限要素解析方法において、
(1)解析対象となるフィルムの、複数のテンター加熱炉内で刻々と変化する弾性率を実際の加熱温度条件下で求めるステップと、
(2)収縮しようとする量を求めるステップと、
(3)前記複数の要素に分割したモデルに対し、弾性率と収縮量とを積算演算させて、弾性解析を行うステップ
を有することを特徴とする有限要素解析法。
2)ポリイミドフィルムを製造する工程におけるテンター加熱工程内のフィルムを複数の要素に分割したモデルを作成し、該モデルに対して有限要素法を用いて該フィルムを加熱することにより発生する応力、歪み、分子配向を予測する有限要素解析方法において、
(1)解析対象となるフィルムの、複数のテンター加熱炉内で刻々と変化する弾性率を実際のテンター炉での加熱温度下で求めるステップと、
(2)収縮しようとする量を求めるステップと、
(3)前記複数の要素に分割したモデルに対し、弾性率と収縮量とを積算演算させて、線形弾性解析を行うステップと、
(4)該フィルムの動的粘弾性測定により認められる貯蔵弾性率の変曲温度以上の温度領域では、動的粘弾性データから粘弾性モデル定数を算出して粘弾性解析を行うステップと、
(5)前記モデルの全要素について前記弾性解析結果と前記粘弾性解析結果とを足し合わせることを特徴とする、有限要素解析方法。
3)上記1)または2)において、解析対象がポリイミドフィルムの製膜工程であることを特徴とする、有限要素解析方法。
4)上記1)または2)において、前記テンター加熱工程に搬入される前のフィルムが、固形分に対し少なくとも20重量%の残留溶媒を含み、テンター加熱炉内で揮発することを特徴とする、有限要素解析方法。
5)上記1)または2)において、前記テンター加熱工程での滞留時間の少なくとも1/2の領域で、前記フィルムに化学反応が起こっていることを特徴とする、有限要素解析方法。
The gist of the invention is summarized in the following 1) to 5).
1) Create a model in which the film in the tenter heating process in the process of manufacturing a polyimide film is divided into a plurality of elements, and the stress and strain generated by heating the film using the finite element method for the model In a finite element analysis method for predicting molecular orientation,
(1) A step of obtaining an elastic modulus of a film to be analyzed that changes every moment in a plurality of tenter heating furnaces under an actual heating temperature condition;
(2) determining the amount to be contracted;
(3) A finite element analysis method comprising a step of performing an elastic analysis by calculating an elastic modulus and a shrinkage amount for the model divided into the plurality of elements.
2) Create a model by dividing the film in the tenter heating process in the process of manufacturing the polyimide film into a plurality of elements, and generate stress and strain by heating the film using the finite element method for the model In a finite element analysis method for predicting molecular orientation,
(1) A step of obtaining an elastic modulus of a film to be analyzed that changes every moment in a plurality of tenter heating furnaces under a heating temperature in an actual tenter furnace;
(2) determining the amount to be contracted;
(3) performing a linear elastic analysis on the model divided into the plurality of elements by performing an integral calculation of an elastic modulus and a contraction amount;
(4) In a temperature region equal to or higher than the inflection temperature of the storage elastic modulus recognized by the dynamic viscoelasticity measurement of the film, calculating viscoelasticity model constants from dynamic viscoelasticity data and performing viscoelasticity analysis;
(5) The finite element analysis method characterized by adding the elastic analysis result and the viscoelastic analysis result for all elements of the model.
3) The finite element analysis method according to 1) or 2), wherein the analysis target is a polyimide film forming step.
4) In the above 1) or 2), the film before being carried into the tenter heating step contains a residual solvent of at least 20% by weight with respect to the solid content, and volatilizes in a tenter heating furnace. Finite element analysis method.
5) The finite element analysis method according to 1) or 2) above, wherein a chemical reaction occurs in the film in a region at least a half of a residence time in the tenter heating step.

本発明によれば、テンター加熱方式により製膜されるプラスチックフィルム、とりわけ実際の工程にて残留溶媒の揮発および化学反応を伴うことを特徴とするポリイミドフィルムの、テンター加熱炉内の応力の状態や歪みを評価することができ、製膜後の原反の分子配向異方性を評価することができる。   According to the present invention, a plastic film formed by a tenter heating method, particularly a polyimide film characterized by volatilization and chemical reaction of residual solvent in an actual process, stress state in a tenter heating furnace, The strain can be evaluated, and the molecular orientation anisotropy of the original film after film formation can be evaluated.

本発明の有限要素解析方法による、フィルムのテンター加熱炉内及び製品原反の応力の状態とフィルムの歪みを評価する形態について以下に示し、図を参照して具体的に説明する。   An embodiment for evaluating the stress state and distortion of the film in the tenter heating furnace of the film and the raw material of the film by the finite element analysis method of the present invention will be described below, and will be specifically described with reference to the drawings.

図1は本発明に係る、フィルム製膜工程で生じる応力、歪みを解析予測するフローチャートである。   FIG. 1 is a flowchart according to the present invention for analyzing and predicting stress and strain generated in a film forming process.

この有限要素法による解析法によれば第一のステップとして、まず解析対象とする製膜ラインとフィルムサイズから、モデル化する範囲を設定する。続いて該モデルの次元を決定し、解析上の座標軸を製膜ラインのMD(Machine Direcrion)およびTD(Transverse Direction)と対応付ける。   According to the analysis method by the finite element method, as a first step, first, a range to be modeled is set from the film forming line to be analyzed and the film size. Subsequently, the dimension of the model is determined, and the coordinate axes in the analysis are associated with MD (Machine Direction) and TD (Transverse Direction) of the film forming line.

ここでフィルム厚みは、製膜ラインに較べ圧倒的に小さく無視できるため、厚み斑問題を対象としない限り、二次元モデルを採用するのが好ましい。   Here, since the film thickness is overwhelmingly small and negligible compared to the film production line, it is preferable to adopt a two-dimensional model unless the thickness unevenness problem is targeted.

上記ステップで設定した範囲を要素分割するが(三角形又は四辺形)、二軸延伸などの大変形問題を取り扱わない限り、四辺形モデルを適用することが好ましい。   Although the range set in the above step is divided into elements (triangle or quadrilateral), it is preferable to apply the quadrilateral model unless dealing with large deformation problems such as biaxial stretching.

次に、解析の1インクリメントあたりの時間を決定する。これはモデル化された範囲の実際のライン長、及びライン速度および所望の解析精度により適宜決定しうるものである。   Next, the time per increment of analysis is determined. This can be appropriately determined according to the actual line length of the modeled range, the line speed, and the desired analysis accuracy.

テンター方式によるフィルム製膜工程では、幅両端の節点はテンター把持手段により拘束されている。特にテンター幅を一定に保ちつつ製膜される場合、すべてのインクリメントにおいてMD方向、TD方向とも拘束を与えることになる。ただしテンターに把持される前および把持解除後は、前記拘束条件を解除しておかなければならない。   In the film forming process by the tenter method, the nodes at both ends of the width are restrained by the tenter gripping means. In particular, when the film is formed while keeping the tenter width constant, both the MD direction and the TD direction are constrained in all increments. However, before the gripping by the tenter and after releasing the gripping, the constraint condition must be released.

解析初期は、要素はテンター加熱炉の第一ゾーンへ搬入される。ここで、ポリイミドフィルムのような、製膜過程で溶剤揮発を伴うプロセスでは、第一ゾーンにて大きな収縮応力が働く。したがって、溶剤揮発という物質の消失現象をフィルムが収縮しようとする量に置き換える。実際はテンターで把持されるためTD方向には収縮せず、応力はMD方向へ伝播することが予想される。   At the beginning of the analysis, the elements are carried into the first zone of the tenter furnace. Here, in a process involving solvent volatilization during the film formation process, such as a polyimide film, a large shrinkage stress acts in the first zone. Therefore, the disappearance phenomenon of the substance called solvent volatilization is replaced with an amount that the film tends to shrink. Since it is actually gripped by the tenter, it does not shrink in the TD direction, and the stress is expected to propagate in the MD direction.

これら挙動を再現させるために、予め第一ゾーンで刻々と変化するフィルム弾性率および、収縮しようとする量を求めておくことが好ましい。これら物性値の推移はきわめて線形性に欠けるが、解析の簡略化および収束を図るため、例えば2直線近似することが好ましい。第一ゾーン滞留中の各インクリメントにおいて、弾性率および収縮しようとする量を与えて弾性解析を用いることにより、応力状態およびフィルムの歪みを計算予測することができる。   In order to reproduce these behaviors, it is preferable to obtain in advance the film elastic modulus that changes every moment in the first zone and the amount to shrink. Although the transition of these physical property values is extremely lacking in linearity, it is preferable to approximate, for example, two straight lines in order to simplify and converge the analysis. At each increment during the first zone dwell, the stress state and film distortion can be calculated and predicted by using the elastic analysis given the modulus and the amount to shrink.

一般にプラスチックフィルムは高温領域において急激に剛性が低下し応力緩和が認められる。とりわけポリイミドフィルムは製膜過程で高温(500℃程度)の処理が必要である。本発明においては予め、対象とするフィルムのWLFパラメータ一般化されたMaxwellモデルの近似解を求めておく。   In general, a plastic film is suddenly lowered in rigidity at a high temperature region, and stress relaxation is observed. In particular, the polyimide film needs to be treated at a high temperature (about 500 ° C.) during the film forming process. In the present invention, an approximate solution of the Maxwell model generalized to the WLF parameter of the target film is obtained in advance.

弾性解析および粘弾性解析の連成により、一連の製膜工程における応力および歪みの解析が完了する。   The analysis of stress and strain in a series of film forming processes is completed by coupling elastic analysis and viscoelastic analysis.

最後に解析結果を出力するが、直応力σx、σy、せん断応力τxyだけでなく、最大及び最小主応力σ、σIIおよびその方向θ、θIIも出力しておくことが好ましい。 Finally, the analysis result is output. It is preferable to output not only the direct stresses σx and σy and the shear stress τxy but also the maximum and minimum principal stresses σ I and σ II and their directions θ I and θ II .

もし解析対象のフィルムが剛直であり応力の方向に配向しやすい物質であるならば、解析で得られる最大主応力の向きによって、実際のフィルムの分子配向角を予想することができる。   If the film to be analyzed is rigid and easily oriented in the direction of stress, the molecular orientation angle of the actual film can be predicted from the direction of the maximum principal stress obtained by the analysis.

また最大主応力σと最小主応力σIIにより、応力の異方性Aを次式(1)により算出し、実際のフィルムの分子配向の大きさを予測することもできる。
応力異方性 A=|σ−σII|/|σ+σII| 式(1)
また、各節点の変位dxも出力し、幅中央部と端部の変位差を算出することによって、フィルムの弓なり状態すなわちボーイング状態を評価することができる。
このように、溶剤揮発という物質の消失現象および高温での焼成が必要なフィルムプロセスにおいても、上述したステップにより有限要素解析を行うことができる。
Further, the anisotropy A of stress can be calculated by the following equation (1) from the maximum principal stress σ I and the minimum principal stress σ II , and the actual molecular orientation of the film can be predicted.
Stress anisotropy A = | σ I −σ II | / | σ I + σ II | Formula (1)
Also, the displacement dx of each node is output, and the bow difference state of the film, that is, the bowing state, can be evaluated by calculating the displacement difference between the central portion and the end portion of the width.
As described above, even in the film process that requires the disappearance phenomenon of the solvent volatilization and the baking at a high temperature, the finite element analysis can be performed by the above-described steps.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

以下に実施例に基づいて本発明の内容を、ポリイミドフィルムの製膜工程を例にとり説明する。本発明はこれによって限定されるものではない。   The contents of the present invention will be described below based on examples by taking a polyimide film forming process as an example. The present invention is not limited thereby.

図2は解析要素の分割を示す図である。四辺形平面応力要素としTD方向に10分割、MD方向に511分割している(5110要素5632節点)。またテンター把持手段による拘束を、テンター炉内の要素の端部節点に与えている。   FIG. 2 is a diagram showing division of analysis elements. A quadrilateral plane stress element is divided into 10 parts in the TD direction and 511 parts in the MD direction (5110 elements 5632 nodes). The restraint by the tenter gripping means is applied to the end node of the element in the tenter furnace.

図3は、弾性構成則に従う加熱炉前半の弾性率推移を示す。加熱により一旦急激に弾性率が低下した後、次第に増加していくことを示す。   FIG. 3 shows the elastic modulus transition of the first half of the heating furnace according to the elastic constitutive law. It shows that after the elastic modulus once suddenly decreases due to heating, it gradually increases.

図4は、弾性構成則に従う第一ゾーンでの収縮量推移を示す。第一ゾーンの滞留時間の約1/5の範囲で収縮が完了していることを示す。   FIG. 4 shows the contraction amount transition in the first zone according to the elastic constitutive law. It shows that the shrinkage is completed in the range of about 1/5 of the residence time of the first zone.

図5は、前記図3および図4にて二直線近似して得たインクリメントごとの弾性率推移と収縮量の推移を考慮し、さらに前後のゾーンでのフィルム弾性率を考慮にいれて弾性解析を行った結果である。図中の矢印は、最大主応力σIの向きΘIを示す。またメッシュの曲線は各節点を結んだものであり、ボーイング曲線である。第一ゾーンでは、途中でのボーイング曲線の反転が認められる。これはゾーン手前のいわゆるゲルフィルムを引き込み、かつ第二ゾーンでより軟化したフィルムをも引き込んでいることを示している。 FIG. 5 considers the elastic modulus transition and shrinkage transition for each increment obtained by bilinear approximation in FIG. 3 and FIG. 4, and further considers the elastic modulus in consideration of the film elastic modulus in the front and rear zones. It is the result of having performed. The arrow in the figure indicates the direction Θ I of the maximum principal stress σ I. The mesh curve connects the nodes and is a Boeing curve. In the first zone, an inversion of the bowing curve is observed along the way. This indicates that a so-called gel film in front of the zone is drawn and a softer film is drawn in the second zone.

図6は粘弾性構成則も考慮に入れ、テンター加熱炉全体の解析に基づく、加熱完了後の応力の向きを示すプロットである。実際のフィルムの配向角も併せてプロットしたものである。   FIG. 6 is a plot showing the direction of stress after completion of heating based on the analysis of the entire tenter heating furnace, taking viscoelastic constitutive law into consideration. The orientation angle of the actual film is also plotted.

さらに図7は解析で得た最大主応力および最小主応力を用いて式(1)から導出した応力異方性Aを示すプロットである。実際のフィルムについて、マイクロ波分子配向計MOA−6015A(王子計測(株))で測定した分子配向MOR−cを図8に示す。   Further, FIG. 7 is a plot showing the stress anisotropy A derived from the equation (1) using the maximum principal stress and the minimum principal stress obtained by the analysis. FIG. 8 shows the molecular orientation MOR-c of an actual film measured with a microwave molecular orientation meter MOA-6015A (Oji Scientific Co., Ltd.).

図6に7示す結果および図7と図8の比較から解析結果は実際の配向状態をよく再現しているといえる。   From the result shown in FIG. 6 and the comparison between FIG. 7 and FIG. 8, it can be said that the analysis result well reproduces the actual orientation state.

上述のとおり、本発明による有限要素解析手段にて、テンター加熱工程によって得られるフィルム、とりわけポリイミドフィルムの応力、歪み(ボーイング歪み)、および配向状態を予測することが可能となる。   As described above, with the finite element analysis means according to the present invention, it is possible to predict the stress, strain (Boeing strain), and orientation state of the film obtained by the tenter heating process, particularly the polyimide film.

本発明にかかる有限要素解析法の解析ステップを示す図である。It is a figure which shows the analysis step of the finite element analysis method concerning this invention. 本発明にかかる要素分割および拘束条件を示す図である。It is a figure which shows the element division concerning this invention, and a constraint condition. 第一ゾーン内での弾性率の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the elasticity modulus in a 1st zone. 第一ゾーン内でフィルムが収縮しようとする量を示す図である。It is a figure which shows the quantity which a film tends to shrink within a 1st zone. 本発明の有限要素解析による、第一ゾーン内でのフィルムの歪みおよび主応力の向きを予想する図である。It is a figure which estimates the direction of the distortion of the film in the 1st zone, and principal stress by the finite element analysis of this invention. 本発明の有限要素解析法により得た応力の向きと実際のフィルムの配向角を比較する図である。It is a figure which compares the direction of the stress obtained by the finite element analysis method of this invention, and the orientation angle of an actual film. 有限要素解析法で予測される応力異方性Aを示す図である。It is a figure which shows the stress anisotropy A estimated by the finite element analysis method. 解析対象のポリイミドフィルムの分子配向MOR−cを示す図である。It is a figure which shows the molecular orientation MOR-c of the polyimide film of analysis object.

Claims (5)

ポリイミドフィルムを製造する工程におけるテンター加熱工程内のフィルムを複数の要素に分割したモデルを作成し、該モデルに対して有限要素法を用いて該フィルムを加熱することにより発生する応力、歪み、分子配向を予測する有限要素解析方法において、
(1)解析対象となるフィルムの、複数のテンター加熱炉内で刻々と変化する弾性率を実際の加熱温度条件下で求めるステップと、
(2)収縮しようとする量を求めるステップと、
(3)前記複数の要素に分割したモデルに対し、弾性率と収縮量とを積算演算させて、弾性解析を行うステップと、
を有することを特徴とする有限要素解析法。
Create a model in which the film in the tenter heating process in the process of manufacturing a polyimide film is divided into a plurality of elements, and stress, strain, molecules generated by heating the film using the finite element method for the model In a finite element analysis method for predicting orientation,
(1) A step of obtaining an elastic modulus of a film to be analyzed that changes every moment in a plurality of tenter heating furnaces under an actual heating temperature condition;
(2) determining the amount to be contracted;
(3) performing an elastic analysis on the model divided into the plurality of elements by calculating an elastic modulus and a contraction amount;
A finite element analysis method characterized by comprising:
ポリイミドフィルムを製造する工程におけるテンター加熱工程内のフィルムを複数の要素に分割したモデルを作成し、該モデルに対して有限要素法を用いて該フィルムを加熱することにより発生する応力、歪み、分子配向を予測する有限要素解析方法において、
(1)解析対象となるフィルムの、複数のテンター加熱炉内で刻々と変化する弾性率を実際のテンター炉での加熱温度下で求めるステップと、
(2)収縮しようとする量を求めるステップと、
(3)前記複数の要素に分割したモデルに対し、弾性率と収縮量とを積算演算させて、線形弾性解析を行うステップと、
(4)該フィルムの動的粘弾性測定により認められる貯蔵弾性率の変曲温度以上の温度領域では、動的粘弾性データから粘弾性モデル定数を算出して粘弾性解析を行うステップと、
(5)前記モデルの全要素について前記弾性解析結果と前記粘弾性解析結果とを足し合わせることを特徴とする、有限要素解析方法。
Create a model in which the film in the tenter heating process in the process of manufacturing a polyimide film is divided into a plurality of elements, and stress, strain, molecules generated by heating the film using the finite element method for the model In a finite element analysis method for predicting orientation,
(1) A step of obtaining an elastic modulus of a film to be analyzed that changes every moment in a plurality of tenter heating furnaces under a heating temperature in an actual tenter furnace;
(2) determining the amount to be contracted;
(3) performing a linear elastic analysis on the model divided into the plurality of elements by performing an integral calculation of an elastic modulus and a contraction amount;
(4) In a temperature region equal to or higher than the inflection temperature of the storage elastic modulus recognized by the dynamic viscoelasticity measurement of the film, calculating viscoelasticity model constants from dynamic viscoelasticity data and performing viscoelasticity analysis;
(5) The finite element analysis method characterized by adding the elastic analysis result and the viscoelastic analysis result for all elements of the model.
請求項1または請求項2において、解析対象が芳香族ポリイミドフィルムの製膜工程であることを特徴とする、請求項1または2記載の有限要素解析方法。   3. The finite element analysis method according to claim 1, wherein the object of analysis is a process for forming an aromatic polyimide film. 請求項1または請求項2において、前記テンター加熱工程に搬入される前のフィルムが、固形分に対し少なくとも20重量%の残留溶媒を含み、テンター加熱炉内で揮発することを特徴とする、有限要素解析方法。   The finite film according to claim 1 or 2, wherein the film before being carried into the tenter heating step contains a residual solvent of at least 20% by weight with respect to the solid content and volatilizes in a tenter heating furnace. Element analysis method. 請求項1または請求項2において、前記テンター加熱工程での滞留時間の少なくとも1/2の領域で、前記フィルムに化学反応が起こっていることを特徴とする、有限要素解析方法。   3. The finite element analysis method according to claim 1, wherein a chemical reaction occurs in the film in a region of at least a half of a residence time in the tenter heating step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8155933B2 (en) 2009-05-26 2012-04-10 King Fahd University Of Petroleum & Minerals Method of modeling residual stresses during laser cutting
US8160846B2 (en) 2009-05-18 2012-04-17 King Fahd University Of Petroleum & Minerals Method of modeling phase changes due to laser pulse heating
CN105512408A (en) * 2015-12-14 2016-04-20 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 Trisection grooving prefabrication method for disc, blade and shaft integrated turbine rotor with ultrahigh rotation speed
JP2021004287A (en) * 2019-06-25 2021-01-14 旭化成株式会社 Device, method, program, method for producing resin composition, method for producing polyimide film, method for producing display, method for producing laminate, and method for producing flexible device
WO2022011723A1 (en) * 2020-07-17 2022-01-20 天华化工机械及自动化研究设计院有限公司 Ansys-based multi-field coupling stress distribution simulation method for high temperature carbonization furnace

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8160846B2 (en) 2009-05-18 2012-04-17 King Fahd University Of Petroleum & Minerals Method of modeling phase changes due to laser pulse heating
US8155933B2 (en) 2009-05-26 2012-04-10 King Fahd University Of Petroleum & Minerals Method of modeling residual stresses during laser cutting
CN105512408A (en) * 2015-12-14 2016-04-20 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 Trisection grooving prefabrication method for disc, blade and shaft integrated turbine rotor with ultrahigh rotation speed
JP2021004287A (en) * 2019-06-25 2021-01-14 旭化成株式会社 Device, method, program, method for producing resin composition, method for producing polyimide film, method for producing display, method for producing laminate, and method for producing flexible device
WO2022011723A1 (en) * 2020-07-17 2022-01-20 天华化工机械及自动化研究设计院有限公司 Ansys-based multi-field coupling stress distribution simulation method for high temperature carbonization furnace

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