JP2013154638A - 水冷リング、チューブラー式二軸延伸フィルムの製造装置およびチューブラー式二軸延伸フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原反フィルムを長期間安定して成形できるチューブラー式二軸延伸フィルムの製造装置の水冷リングを提供する。
【解決手段】水冷リング本体９Ａをステンレス鋼により形成し、シリカ系親水処理を施して、冷却水９６との接触角が３０°以下となる親水層を表面に被覆形成する。このような水冷リングを用いることで、水膜切れを生じずに、冷却水９６による水膜を周方向で安定して形成できる。水膜を長期間安定して形成でき、冷却ムラも防止でき、原反フィルムを長期間安定して製造できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、チューブ状の溶融樹脂を冷却して原反フィルムを得る水冷リング、およびこの水冷リングを備えたチューブラー式二軸延伸フィルムの製造装置ならびに製造方法に関する。

チューブラー式二軸延伸法は、設備費が比較的安価で操作が容易であり、適用樹脂の範囲が広く、多品種な生産に適している。さらに、チューブラー式二軸延伸法で製膜された二軸延伸フィルムは、耐衝撃強度が優れていることから、需要が増大している。
チューブラー式二軸延伸法では、チューブ状に押し出された溶融樹脂を冷却リングにより急冷し、得られた原反フィルムを折り畳んで二軸延伸する。そして、冷却リングによる冷却方法としては、水冷や空冷など、各種構成が知られているが、十分な急冷を得るために水冷が好ましく利用されている。

特開２００７−６９５６９号公報

ところで、従来の水冷式の冷却リングは、冷却リングとチューブ状の溶融樹脂との間に冷却水の水膜を形成させるために、親水性がよいアルミニウムにより製造されたものが用いられている。
しかしながら、アルミニウム製の冷却リングは、冷却水が長時間接触した状態であることから、腐食が進行し、冷却水の水膜が安定して形成できなくなって、原反フィルムの成形に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、腐食が進行する前に冷却リングを交換するなど、長期間安定して原反フィルムを製造できない不都合がある。

本発明は、原反フィルムを長期間安定して成形できる水冷リング、およびこの水冷リングを備えたチューブラー式二軸延伸フィルムの製造装置ならびに製造方法を提供することを目的とする。

本発明の水冷リングは、チューブ状に押し出された溶融樹脂を、冷却水を介在して内周側に流過させて冷却しチューブ状の原反フィルムを得る円筒状の水冷リングであって、前記冷却水との接触角が３０°以下に形成されていることを特徴とする。

そして、本発明では、ステンレス鋼により形成されている構成とすることが好ましい。
また、本発明では、表面に親水処理が施されている構成とすることが好ましい。
さらに、本発明では、前記親水処理は、シリカ系親水処理である構成とすることが好ましい。

本発明のチューブラー式二軸延伸フィルムの製造装置は、本発明の水冷リングを備えたことを特徴とする。

本発明のチューブラー式二軸延伸フィルムの製造方法は、チューブ状に押し出された溶融樹脂を、冷却水を介在して内周側に流過させて冷却しチューブ状の原反フィルムを得る円筒状の水冷リングを用いて、チューブラー式二軸延伸フィルムを製造する製造方法であって、前記水冷リングにおける前記冷却水との接触角を３０°以下とすることを特徴とする。

本発明では、内周側に流過されチューブ状に押し出された溶融樹脂を冷却する冷却水との接触角が３０°以下に形成されていることから、冷却水により形成される水膜が部分的に切れてしまういわゆる水膜切れが生じることを防止できる。このため、水膜切れの位置で溶融樹脂が接触したり付着したりすることを防止でき、冷却ムラを生じることなく溶融樹脂を安定して冷却でき、原反フィルムを安定して製造できる。

本発明の実施形態に係る水冷リングを備えた二軸延伸フィルム製造装置を示す概略図。 前記実施形態における水冷リングの水冷リング本体を示す断面図。 前記実施形態における水冷リングを示す断面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［チューブラー式二軸延伸フィルム製造装置の構成］
先ず、本発明の水冷リングを備え、チューブラー式二軸延伸ナイロンフィルムを製造する製造装置（以後、フィルム製造装置ともいう）の構成について、一例を挙げて説明する。
なお、原料としてナイロン樹脂を用いる構成を例示するが、この構成に限らず、各種熱可塑性樹脂を対象とすることができる。

図１に示すように、フィルム製造装置１００は、原反フィルム１を製造するための原反製造装置９０と、原反フィルム１を延伸する二軸延伸装置（チューブラー延伸装置）１０と、延伸後に折り畳まれた基材フィルム２（以後、単に「フィルム２」ともいう）を予熱する第一熱処理装置２０（予熱炉）と、予熱されたフィルム２を上下２枚に分離する分離装置３０と、分離されたフィルム２を熱処理（熱固定）する第二熱処理装置４０と、フィルム２が熱固定されるときに、下流側からフィルム２に張力を加える張力制御装置５０と、フィルム２が熱固定されてなる二軸延伸ナイロンフィルム３（以後、単に「フィルム３」ともいう）を巻き取る巻取装置６０と、を備えている。

ここで、原料であるナイロン樹脂としては、適宜公知のものを用いることができる。具体的には、ナイロン−６（以後、ＮＹ６ともいう）、ナイロン−８、ナイロン−１１、ナイロン−１２、ナイロン６，６、ナイロン６，１０、ナイロン６，１２、メタキシリレンアジパミド（以後、ＭＸＤ６ともいう）などを使用することができる。物性や溶融特性、取り扱いやすさの点からはＮＹ６を用いることが好ましい。また、易裂性の点からは、ＮＹ６とＭＸＤ６との混合樹脂を用いることが好ましい。

原反製造装置９０は、図１に示すように、原料を溶融混練して押し出す押出機９１と、溶融樹脂をチューブ状に押し出すサーキュラーダイス９２と、チューブ状の溶融樹脂１Ａ（図２参照）を原反フィルム１に冷却する水冷リング９３と、安定板９４と、ピンチロール９５とを備えている。
チューブラー延伸装置１０は、チューブ状の原反フィルム１を内部空気の圧力により二軸延伸（バブル延伸）してフィルム２を製造するための装置である。このチューブラー延伸装置１０は、図１に示すように、ピンチロール１１と、加熱部１２と、案内板１３と、ピンチロール１４とを備えている。
第一熱処理装置２０は、扁平となったフィルム２を予備的に熱処理するための装置である。第一熱処理装置２０は、図１に示すように、テンター２１と、加熱炉２２とを備えている。
分離装置３０は、図１に示すように、ガイドロール３１と、トリミング装置３２と、分離ロール３３Ａ，３３Ｂと、溝付ロール３４Ａ〜３４Ｃとを備えている。また、トリミング装置３２は、ブレード３２１を有している。

第二熱処理装置４０は、図１に示すように、テンター４１と、加熱炉４２とを備えている。
張力制御装置５０は、図１に示すように、ガイドロール５１Ａ，５１Ｂと、張力ロール５２とを備えている。
巻取装置６０は、図１に示すように、ガイドロール６１と、巻取ロール６２とを備えている。

（水冷リングの詳細構成）
次に、水冷リングの構成ついて、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、上記フィルム製造装置の水冷リングにおける水冷リング本体を示す断面図である。図３は、上記水冷リングを示す断面図である。

水冷リング９３は、円筒状に形成され、軸方向が鉛直方向に沿って配置されている。水冷リング９３は、水冷リング本体９Ａ（図２，３参照）を備えている。
水冷リング本体９Ａは、図２に示すように、内径がほぼ同径で同軸上に連結された、第１水冷リング９３Ａ、第２水冷リング９３Ｂ、第３水冷リング９３Ｃ、および、第４水冷リング９３Ｄを備えている。これら第１水冷リング９３Ａ、第２水冷リング９３Ｂ、第３水冷リング９３Ｃ、および、第４水冷リング９３Ｄは、それぞれ剛性、耐熱性および耐腐食性の点で、ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０４などにて、円筒状に形成されている。すなわち、水冷リング本体９Ａは、内周側に通過させるチューブ状の溶融樹脂１Ａとの間に流通させて水膜を形成させる冷却水９６との接触角が３０°以下、好ましくは２６°以下となるように、ステンレス鋼により形成されている。
ここで、接触角は、携帯式接触角計ＰＧ−Ｘ（株式会社マツボー社製）を用いて、５０ｍｍ×５０ｍｍのテストピース表面に純水を３μｌ滴下した後の接触角を測定した。
そして、接触角が３０°より大きくなると、冷却水９６の表面張力が発生し水膜が部分的に切れるいわゆる水膜切れが生じ、溶融樹脂１Ａが水冷リング本体９Ａの内周面に接触して原反フィルム１に傷が付いたり、付着して成形できなくなったりする不都合が生じる。このため、接触角を３０°以下に設定される。

さらに、第１水冷リング９３Ａ、第２水冷リング９３Ｂ、第３水冷リング９３Ｃ、および、第４水冷リング９３Ｄは、それぞれ表面に親水処理が施されている。親水処理は、例えばシリカ系親水処理、カーボン系親水処理など、各種方法が利用できる。
そして、これら親水処理は、親水層の厚さ寸法が０．５μｍ以上２μｍ以下とすることが好ましい。
ここで、厚さ寸法が上記範囲を超えると、表面層に割れが発生しやすくなるおそれがある。

第１水冷リング９３Ａは、上端内周縁に上方に向けて拡開する傾斜面９３Ａ１を有し、上端側から傾斜面９３Ａ１より内周側に冷却水９６が流入可能に形成されている。

［フィルムの製造方法］
次に、上記フィルム製造装置１００を用いて二軸延伸ナイロンフィルムを製造する各工程を詳細に説明する。

（原反フィルム製造工程）
原料であるナイロン樹脂は、図１に示すように、押出機９１により溶融混練され、サーキュラーダイス９２によりチューブ状に押し出される。チューブ状の溶融樹脂１Ａは、冷却水９６とともに水冷リング９３の内周側に上端側から流入されて冷却される。原反フィルム１は原料である溶融ナイロン樹脂が水冷リング９３により急冷されることで成形される。冷却された原反フィルム１は、安定板９４により折り畳まれる。折り畳まれた原反フィルム１は、ピンチロール９５により、扁平なフィルムとして次の二軸延伸工程に送られる。
本実施形態では、二軸延伸がチューブラー方式であるので、結果的に原反フィルム１もチューブ状に成形される。それ故、チューブ状溶融樹脂において、水に直接接触するのは外気に接している側だけである。

（二軸延伸工程）
原反フィルム製造工程により製造された原反フィルム１は、図１に示すように、ピンチロール１１により、扁平なフィルムとして装置内部に導入される。導入された原反フィルム１は、加熱部１２で赤外線により加熱することでバブル延伸される。その後、バブル延伸された後のフィルム２は、案内板１３により折り畳まれる。折り畳まれたフィルム２は、ピンチロール１４によりピンチされ扁平なフィルム２として次の第一熱処理工程に送られる。

（第一熱処理工程）
二軸延伸工程から送られたフィルム２は、このフィルム２の収縮開始温度以上であって、フィルム２の融点よりも約３０℃低い温度かそれ以下の温度で予め熱処理されて次の分離工程に送られる。
具体的には、テンター方式にて、フィルム２の流れ方向に対する幅方向の両端を図示しない把持具で把持しながら、フィルム２に熱処理が施される。
この第一熱処理工程により、フィルム２の結晶化度が増して、重なり合ったフィルム同士の滑り性が良好になる。

（分離工程）
ガイドロール３１を介して送られた扁平なフィルム２は、図１に示すように、トリミング装置３２のブレード３２１により、両端部を切開されて２枚のフィルム２Ａ，２Ｂに分離される。そして、フィルム２Ａ，２Ｂは、上下に離れて位置する一対の分離ロール３３Ａ、３３Ｂにより、フィルム２Ａ，２Ｂの間に空気を介在させながら分離される。この扁平なフィルム２の切開は、両端部から若干内側にブレード３２１を位置させることにより、一部分耳部が生じるように行ってもよく、或いは、フィルム２の折り目部分にブレード３２１を位置させることにより、耳部が生じないように行ってもよい。
これらのフィルム２Ａ，２Ｂは、フィルムの流れ方向に順に位置する３個の溝付ロール３４Ａから３４Ｃにより、再び重ねられて次の第二熱処理工程に送られる。なお、これらの溝付ロール３４Ａから３４Ｃは、溝付き加工後、表面にめっき処理を施したものである。この溝を介してフィルム２Ａ、２Ｂと空気との良好な接触状態が得られる。

（第二熱処理工程）
重なった状態のフィルム２Ａ、２Ｂは、テンター４１のクリップ（図示せず）で両端部を把持されながら、フィルム２を構成する樹脂の融点以下であって、融点から約３０℃低い温度かそれ以上の温度で熱処理（熱固定）され、物性の安定した二軸延伸ナイロンフィルム３（以後、フィルム３ともいう）となり、次の巻取工程に送られる。
具体的には、テンター方式にて、フィルム２の流れ方向に対する幅方向の両端を把持具で把持しながら、フィルム２に熱処理が施される。
また、加熱炉４２内のフィルム２Ａ、２Ｂに対しては、下流側に位置する張力制御装置５０により強い張力が加えられるようになっている。

（巻取工程）
第二熱処理工程により熱固定されたフィルム３は、張力制御装置５０を経て、ガイドロール６１を介して２本の巻取ロール６２に、フィルム３Ａ，３Ｂとして巻き取られる。

［実施形態の作用効果］
上述したように、上記実施形態では、水冷リング本体９Ａを冷却水９６との接触角が３０°以下となるように形成していることから、冷却水９６により形成される水膜が周方向で安定して形成でき、水膜が部分的に切れてしまういわゆる水膜切れが生じることを防止できる。
このため、水膜切れの位置で、チューブ状の溶融樹脂１Ａが水冷リング本体９Ａの内周面に接触して原反フィルム１に傷が付いたり、チューブ状の溶融樹脂１Ａが水冷リング本体９Ａの内周面に付着して通過速度が一定とならずに偏肉が生じたり原反フィルム１を成形できなくなったりする不都合が生じることを防止できる。さらには、水膜が長期間安定して形成されるので、冷却ムラが生じることも防止でき、原反フィルム１を長期間安定して製造できる。

そして、上記実施形態では、水冷リング本体９Ａをステンレス鋼により形成している。
このため、剛性および耐熱性も得られ、水冷リング本体９Ａが損傷することなく長期間安定して利用でき、原反フィルムを長期間安定して製造できる。

また、上記実施形態では、親水処理を施している。
このため、水冷リング本体９Ａの冷却水９６との接触角を容易により小さくすることができ、水膜切れを生じず安定した水膜を形成でき、原反フィルム１を長期間安定して製造できる。

さらに、親水処理としてシリカ系親水処理を施すことで、冷却水９６との接触角を小さくする親水層を容易に被覆形成できる。
このため、冷却水との接触角が小さい水冷リング本体９Ａを容易に製造できる。

そして、シリカ系親水処理で形成される親水層の厚さ寸法を０．５μｍ以上２μｍ以下としている。
このため、水冷リング本体９Ａを冷却水９６との接触角が３０°以下となるように形成されることから、冷却水９６により形成される水膜が周方向で安定して形成でき、水膜が部分的に切れてしまういわゆる水膜切れが生じることを防止できる。

［実施形態の変形］
なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。

例えば、本実施形態では、水冷リング９３は、第１水冷リング９３Ａ、第２水冷リング９３Ｂ、第３水冷リング９３Ｃ、および、第４水冷リング９３Ｄの４つを連結して構成したが、これらのうちのいずれか１つのみ、もしくは少なくとも２つ以上を組み合わせて構成したものでもよく、円筒状であればよい。
また、材質についても、ステンレス鋼にて形成したが、ステンレス鋼に限らず、剛性や耐熱性が得られる材料、例えば鉄やアルミニウム合金あるいはセラミックスにて形成して表面に親水処理し、冷却水９６との接触角が３０°以下となるように形成したものでもよい。
さらに、親水処理を施して説明したが、ステンレス鋼など材質自体で冷却水９６との接触角が３０°以下となるものであれば、表面に親水処理を施さなくてもよい。

次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、以下の実施例、比較例は、図１に示すフィルム製造装置１００および図２，３に示す水冷リング９３を用いて実施したもので、共通する箇所は前記実施形態と同じ符号を用いる。

（実施例１）
水冷リング９３は、軸方向の長さ寸法が９８２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製でシリカ系親水処理を施して厚さ寸法が０．５μｍ以上２μｍ以下の親水層を設けた水冷リング本体９Ａで、上段側の内径が４７０ｍｍ、下段側の内径が５００ｍｍの２段構成とした。なお、上述した携帯式接触角計ＰＧ−Ｘを用いた接触角は２６°であった。

上記水冷リング９３を備えた図１に示すフィルム製造装置１００により、ナイロン６を用いてフィルム３を製造した。
そして、製造中に得られる原反フィルム１について、目視により成形安定性について評価した。

（実施例２）
上記実施例１において、シリカ系親水処理に代えてカーボン系親水処理を、実施例１と同様の厚さ寸法となるように施した以外は、実施例１と同様の水冷リング９３を構成し、同様にフィルム３を製造し、同様に安定成形性について評価した。
なお、実施例２の接触角は、２２°であった。

（比較例）
上記実施例１において、水冷リング本体９Ａをステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製に代えて一般構造用圧延鋼（ＳＳ材）を用い、表面にハードクロムメッキ処理を施した以外は、実施例１と同様の水冷リング９３を構成し、同様にフィルム３を製造し、同様に安定成形性について評価した。
なお、比較例の接触角は、３６°であった。

（評価結果）
比較例では、水膜が安定して形成されず、原反フィルム１を安定して成形できなかった。一方、実施例１，２では、安定した水膜により、原反フィルム１を安定して成形できた。

本発明は、チューブラー式二軸延伸フィルムを製造する製造装置における溶融樹脂の冷却に用いられる水冷リングとして使用される。

１００……チューブラー式二軸延伸フィルム製造装置（フィルム製造装置）
１……原反フィルム
１Ａ…溶融樹脂
９３……水冷リング
９６……冷却水

Claims (6)

1. チューブ状に押し出された溶融樹脂を、冷却水を介在して内周側に流過させて冷却しチューブ状の原反フィルムを得る円筒状の水冷リングであって、
   前記冷却水との接触角が３０°以下に形成されている
   ことを特徴とする水冷リング。
2. 請求項１に記載の水冷リングにおいて、
   ステンレス鋼により形成されている
   ことを特徴とする水冷リング。
3. 請求項１または請求項２に記載の水冷リングにおいて、
   表面に親水処理が施されている
   ことを特徴とする水冷リング。
4. 請求項３に記載の水冷リングにおいて、
   前記親水処理は、シリカ系親水処理である
   ことを特徴とする水冷リング。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の水冷リングを備えた
   ことを特徴とするチューブラー式二軸延伸フィルムの製造装置。
6. チューブ状に押し出された溶融樹脂を、冷却水を介在して内周側に流過させて冷却しチューブ状の原反フィルムを得る円筒状の水冷リングを用いて、チューブラー式二軸延伸フィルムを製造する製造方法であって、
   前記水冷リングにおける前記冷却水との接触角を３０°以下とする
   ことを特徴とするチューブラー式二軸延伸フィルムの製造方法。

Images