JP2014061649A - シート成形機及びシートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムロールとの接着性の高い樹脂をシート成形する場合であってもシートがタッチロール側に付着することなく、高速で連続的に押出シート成形が可能なシート成形機を提供する。
【解決手段】溶融した熱可塑性樹脂を押し出す押出機と、押出機から押し出された溶融樹脂をシート状に成形するダイスと、回転可能な冷却ロールと、冷却ロールにシートを押圧しながら回転可能に軸支されたタッチロールとを有するシート成形機であって、タッチロールの表面は金属又はセラミックスにより構成され、冷却ロールはロール芯５の上に無機フィラーを含有するゴム層６を設け、さらにゴム層６の上に表面層としてフッ素樹脂層８を設けてなるシート成形機；並びに、このシート成形機を用いて熱可塑性樹脂をシート状に成形する工程を有するシートの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチロール方式のシート成形機及びシートの製造方法に関する。

特許文献１には、溶融樹脂を押出す押出機１と、押出機１から押出された溶融樹脂をシート３状に成形するダイ２と、回転可能に軸支された冷却ロール４と、回転可能に軸支された金属タッチロール７を有するタッチロール方式のシート成形機が記載されている。そして特許文献１の発明では、冷却ロール４は放熱性の高い金属で構成され、またタッチロール１７の表面はフッ素樹脂とすることでロール表面への粘着を防止している。

ところで、近年、クリーンなエネルギーとして太陽光発電が脚光を浴び、太陽光発電用の太陽電池モジュールの開発が進められている。太陽電池モジュールは、一般に、保護ガラス、太陽電池封止用樹脂シート、太陽電池素子、太陽電池封止用樹脂シート及びバックフィルムを積層した構成を有する。この太陽電池モジュールを製造する為には、例えば、上記各層を積層した状態で加熱して太陽電池封止用樹脂シート中の樹脂を溶融させることによって、太陽電池素子を封止し且つ保護ガラスやバックフィルムと接着させる。その際のガラスやバックフィルムとの接着性を向上させる為に、太陽電池封止用樹脂シートにはシランカップリング剤が通常用いられている。

特開平５−２３７９１７号公報

しかしながら、本発明者らの検討に拠れば、上述した従来のタッチロール方式を太陽電池封止用樹脂シートの成形に対して適用すると、高速で連続的に押出されるシートがタッチロールの表面に付着し、タッチロールに巻き付いて、冷却ロール側にうまく流れない場合が有ることが分かった。

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものである。すなわち本発明の目的は、ゴムロールとの接着性の高い樹脂をシート成形する場合であってもシートがタッチロール側に付着することなく、高速で連続的に押出シート成形が可能なシート成形機及びこの成形機を用いたシートの製造方法を提供する事にある。

本発明は、溶融した熱可塑性樹脂を押し出す押出機と、該押出機から押し出された溶融樹脂をシート状に成形するダイスと、回転可能な冷却ロールと、該冷却ロールに前記シートを押圧しながら回転可能に軸支されたタッチロールとを有するシート成形機であって、前記タッチロールの表面は、金属又はセラミックスにより構成され、前記冷却ロールは、ロール芯の上に無機フィラーを含有するゴム層を設け、さらに該ゴム層の上に表面層としてフッ素樹脂層を設けてなることを特徴とするシート成形機である。

さらに本発明は、上記のシート成形機を用いて熱可塑性樹脂をシート状に成形する工程を有するシートの製造方法である。

本発明は、タッチロールにはゴムロールを用い、冷却ロールには金属ロールを用いるという従来の発想を転換し、タッチロールに金属ロール（又はセラミックロール）を用い、冷却ロールにゴムロールを用いるものである。

一般に、タッチロールは、押し出された樹脂シートを冷却ロールに押圧する為のロールである。したがって、タッチロールがシートと接触する箇所は、基本的にはシートを冷却ロールに押圧する箇所だけであり、シートが付着して巻き付いてしまうと成形工程の大きな障害となる。一方、冷却ロールはシートを冷却する為のロールであり、通常、その外周面にシートが所望の接触圧で押し付けられて冷却される。したがって、冷却ロールのシートと接触する外周表面積については、所望の冷却機能が得られるような接触面積に設定される。

そして本発明においては、タッチロールに金属ロール（又はセラミックロール）を用ることによってタッチロールへのシートの付着を抑制する。また同時に、冷却ロールにゴムロールを用い、そのゴム層に無機フィラーを配合することで十分な冷却機能を持たせ、さらに表面層にフッ素樹脂層を用いることで冷却ロールへのシートの付着を抑制し、剥離性（特に溶融状態での剥離性）と冷却効率を両立させた冷却ロールとする。これにより、ゴムロールとの接着性の高い樹脂をシート成形する場合であってもシートがロールに付着することを抑制でき、高い冷却能力が必要な高速成形時でも巻き付きを回避できると同時に、高速で連続的に押出シート成形が可能となる。その結果、本発明によれば、良好な外観のシートを生産性良く製造できる。

本発明に用いる冷却ロールの一例を示す模式図である。 本発明のシート成形機の一例を示す模式図である。

（押出機及びダイス）
本発明に用いる押出機は、溶融した熱可塑性樹脂を押し出す為の装置である。この押出機としては、例えばスクリュー押出機、特に単軸スクリュー押出機や２軸スクリュー押出機など従来より知られる各種の押出機を使用できる。押出機には、通常、ホッパーや成形材料の定量供給装置（フィーダー）が付属されている。例えば、ペレット状樹脂がホッパーに投入され、樹脂の溶融温度以上に加温された押出機内に導入されながら、溶融状態の樹脂が作り出され、同時に混練される。特に２軸スクリュー押出機においては、互いに異なる方向に回転するスクリューにより樹脂を咬み込みながら、異なる原料を効率良く混練できる。

本発明に用いるダイスは、押出機から押し出された溶融樹脂をシート状に成形する為のものであり、押し出す樹脂の口金としての役割を有する。このダイスとしては、例えばＴダイと呼ばれるフラット形状のダイス、特にダイ内にマニホールドを持ったＴ型マニホールドダイや、魚の尾の形状に広がったフィッシュテールダイ、コートハンガー形状に広がったコートハンガーダイなど、従来より知られる各種のダイスを使用できる。成形体の寸法精度を良好にする為に、ダイス内では通常、精密に区分された温度制御が行われる。

（ロール）
本発明のシート成形機は、回転可能な冷却ロールと、この冷却ロールにシートを押圧しながら回転可能に軸支されたタッチロールとを備える。これらのロール間にダイスから押し出された樹脂シートを通過させることにより、シートの冷却及び引取りが行われる。その際、ロールの表面形状がシート表面に転写され、これにより例えばエンボス形状や平滑面など任意の表面形状をシートに付与できる。均一な厚みのシートを製造する場合は、ロール表面は平滑であることが望ましい。

（タッチロール）
タッチロールは、ダイスから押し出された樹脂シートを冷却ロールに押圧する為のロールである。そして、本発明に用いるタッチロールの少なくとも表面は、金属又はセラミックス（好ましくは金属）により構成される。これにより、タッチロールの表面に樹脂シートが付着する事を防止出来る。金属の具体例としては、ステンレス、鉄、アルミニウム、あるいはこれらの合金が挙げられ、特にステンレス（ＳＵＳ）が好ましい。セラミックスの具体例としては、アルミナ等の各種金属酸化物を基本成分とする焼結体が挙げられる。

（冷却ロール）
冷却ロールは、ダイスから押し出された樹脂シートを冷却する為のロールである。そして、本発明に用いる冷却ロールは、ロール芯の上に無機フィラーを含有するゴム層を設け、さらに該ゴム層の上に表面層としてフッ素樹脂層を設けてなる。図１は、本発明に用いる冷却ロールの一例を示す模式図である。この冷却ロールのロール芯５の表面には、無機フィラーを含有するゴム層６が貼着されている。さらにゴム層６の表面には、接着剤７を介してフッ素樹脂層８が貼着されている。

冷却ロールのゴム層６を構成するゴムの種類は、特に制限されない。押出機から押し出された樹脂シートの冷却及び引取る為のロールに使用可能な事が従来より知られている各種ゴムを、本発明に用いることができる。

冷却ロールのゴム層６が含有する無機フィラーは、ゴム層６の熱伝導率を低下させて冷却効率を高める為の成分である。無機フィラーの具体例としては、アルミナ、シリカ、クレー、酸化チタン、炭素繊維、タルクが挙げられる。中でも、アルミナが好ましい。無機フィラーを含有するゴム層の熱伝導率Ｗ／（ｍ・ｋ）は、好ましくは０.５〜２０Ｗ／（ｍ・ｋ）である。

冷却ロールの表面層であるフッ素樹脂層８は、冷却ロールへの過度の付着を抑制し、シートが連続的に高速で押出される場合でもシートをスムーズな引き取りを可能とする為のものである。具体的には、例えば、フッ素樹脂製のシュリンクチューブが有用である。フッ素樹脂層の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体、ポリフッ化ビニデン、あるいはこれらの混合物が挙げられる。フッ素樹脂層８の表面は、マット加工処理が施されていることが好ましい。フッ素樹脂層８を貼着する為の接着剤７としては、例えば、エポキシ樹脂系接着剤を使用できる。

（熱可塑性樹脂）
本発明のシート成形機は、例えば、粘着力が高くロールに付着し易い熱可塑性樹脂のシート成形に好適に使用できる。特に、シランカップリング剤が配合されグラフトされた熱可塑性樹脂に使用することが好ましい。シランカップリング剤の量は、熱可塑性樹脂１００質量部に対して好ましくは０.１〜５質量部である。

熱可塑性樹脂の具体例としては、低密度ポリエチレン；エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・（メタ）アクリル酸共重合体、アイオノマー等のエチレンと極性基含有モノマーの共重合体；エチレン・１−オクテン、エチレン・１−ヘキセン、エチレン・１−ブテン、エチレン・プロピレン等のエチレンとα−オレフィンの共重合体；ポリプロピレンとα−オレフィン共重合体；その他のエチレン共重合体；その他の（メタ）アクリル酸共重合体；スチレン−エチレン−ブテン共重合体等のスチレン系樹脂；が挙げられる。２種以上の熱可塑性樹脂を併用して樹脂組成物として用いても良い。シランカップリング剤の具体例としては、トリエトキシビニルシラン、トリメトキシビニルシランが挙げられる。

（シート成形機）
本発明のシート成形機は、以上説明した押出機、ダイス、冷却ロール及びタッチロールを有する成形機である。このシート成形機を用いることにより、シートがロールに付着し難く、高速で連続的にシート成形が可能となる。

図２は、本発明のシート成形機の一例を示す模式図である。このシート成形機は、溶融した熱可塑性樹脂を押し出し且つ溶融樹脂をシート状に成形する為の押出機（及びダイス）１と、回転可能な冷却ロール４と、冷却ロール４にシートを押圧しながら回転可能に軸支されたタッチロール３とを備える。

図２において、押出機（及びダイス）１から押し出されたシート２は、まずＸ１方向、すなわちタッチロール３と冷却ロール４の間に搬送される。このＸ１方向への搬送は、所望のシート引取速度となるように冷却ロール４をＸ３方向へ回転駆動し、また同時にタッチロール３をＸ２方向へ回転させることにより行われる。また、タッチロール３（第１ロール）と冷却ロール４（第２ロール）の間に搬送されたシート２を、さらに第３ロール９をＸ４に回転駆動する事によりＸ１方向とはほぼ逆方向に搬送して、シート２を冷却ロール４の外周面に所望の接触圧で押し付ける。これにより、シート２の十分な冷却を行いながらシート成形を実施できる。そして冷却後のシート２は、第３ロール９からＸ５方向に引取られる。

図２においてＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、シート２の温度計測点を示す符号である。これら測点の実際の温度に応じて、設定条件（例えばロール温度、ロール回転速度）を適宜調整しながらシート成形を行うことが好ましい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。以下の記載において「部」は「質量部」を示す。

＜実施例１＞
図２に示す構成のシート成形機を用い、低密度ポリエチレン（ＭＦＲ＝８ｇ／１０分）１００部にビニルトリエトキシシラン２.５部を配合してグラフトさせた混合樹脂を、押出量約３００ｋｇ、樹脂温度約１９０℃、ロール温度２０℃、シート引取速度１０ｍ／ｍｉｎの条件で押出し、成形性の試験を行った。

本実施例では、タッチロール３として金属ロール、冷却ロール４として図１記載のロール（ゴム層６はシリコンゴムに無機フィラー（アルミナ）を配合して熱伝導率を１.１Ｗ／（ｍ・ｋ）としたゴム層、接着剤７はエポキシ樹脂系接着剤、フッ素樹脂層８はポリテトラフルオロエチレン（商標名テフロン）製の厚さ０.５ｍｍのシュリンクチューブ）を用いた。また、シート２の温度計測点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの測定には、ＯＰＴＥＸ社製の製品名ＴＨＥＲＭＯ ＨＵＮＴＥＲ ＰＴ−５ＬＤを使用した。

本実施例では、何れのロールにもシートの巻き付きが起こることなく、良好なシート成形が可能であった。更に、剥離状態も良好だったので、シート状態も波紋や肌荒れなどの外観不良のないシートを得ることが出来た。

＜実施例２＞
冷却ロール４のゴム層６の無機フィラー（アルミナ）の配合量を減らして熱伝導率を０.７Ｗ／（ｍ・ｋ）としたこと以外は、実施例１と同様にして試験を行った。本実施例では、ゴム層６の熱伝導効率が実施例１よりも低いので、シート中央部の冷却が十分でなく波紋が入った状態となり、外観は若干損なわれるが、ロールと巻き付きを起こすことはなく、剥離性は保たれていた。

＜比較例１＞
従来技術のロール構成、すなわちタッチロール３としてゴムロール（このゴムロールは実施例１の冷却ロール４における接着剤７及びフッ素樹脂層８を除いた構成のロールである）を用い、且つ冷却ロール４として金属ロールを用いこと以外は、実施例１と同様にして試験を行った。本比較例では、タッチロール３におけるシート２の剥離性が悪く、タッチロール３へシート２が巻き付いてしまった。

以上の各結果を表１にまとめて示す。

表１に示す通り、比較例１ではタッチロール３へシート２が巻き付いてしまい、シート成形が不可能であった。これに対し、実施例１及び２ではそのような問題は生じなかった。これらの結果から、ゴムロールと接着性の高い樹脂をシート成形する場合は、タッチロール３として剥離性に非常に優れる金属ロールを用いることで高速成形時でも巻き付きを回避でき、冷却ロール４として剥離性と冷却効率を両立させたゴムロールを用いることで特にシートの溶融状態での剥離性を著しく改善できると同時に、高い冷却能力が必要な高速成形時でもシート冷却性を損ねることなく、良好な外観を持つシートを得ることが出来ることが分かる。また、冷却ロール４が弾性体なので、金属ロールやセラミックロールを用いた場合と異なり、シボ付き性や膜厚精度を犠牲にすることもない。

＜参考例１＞
ビニルトリエトキシシランを含まない低密度ポリエチレン（ＭＦＲ＝１０ｇ／１０分）を用いて同じ条件で試験したところ、実施例１及び２、比較例１のいずれの場合においても、良好な剥離状態を示し、また得られたシート外観も良好であった。これより、本発明は粘着力が高くロールに付着し易い熱可塑性樹脂（例えば実施例１のようなエチレン性シラン化合物を含む樹脂）のシート成形に特に有効であることが分かる。

１ 押出機（及びダイ）
２ シート
３ タッチロール（第１ロール）
４ 冷却ロール（第２ロール）
５ ロール芯
６ ゴム層
７ 接着剤
８ フッ素樹脂層
９ 第３ロール

Claims (5)

1. 溶融した熱可塑性樹脂を押し出す押出機と、
   該押出機から押し出された溶融樹脂をシート状に成形するダイスと、
   回転可能な冷却ロールと、
   該冷却ロールに前記シートを押圧しながら回転可能に軸支されたタッチロールと
   を有するシート成形機であって、
   前記タッチロールの表面は、金属又はセラミックスにより構成され、
   前記冷却ロールは、ロール芯の上に無機フィラーを含有するゴム層を設け、さらに該ゴム層の上に表面層としてフッ素樹脂層を設けてなることを特徴とするシート成形機。
2. フッ素樹脂層は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体及びポリフッ化ビニデンからなる群より選ばれる少なくとも一種の樹脂からなる層である請求項１記載のシート成形機。
3. 無機フィラーは、アルミナ、シリカ、クレー、酸化チタン、炭素繊維及びタルクからなる群より選ばれる少なくとも一種のフィラーである請求項１記載のシート成形機。
4. 無機フィラーを含有するゴム層は、その熱伝導率が０.５〜２０Ｗ／（ｍ・ｋ）である請求項１記載のシート成形機。
5. 請求項１記載のシート成形機を用いて熱可塑性樹脂をシート状に成形する工程を有するシートの製造方法。

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