JP2016198977A

JP2016198977A - フィルム製造方法及びフィルム、それを用いた太陽電池モジュール、合わせガラス

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Publication number: JP2016198977A
Application number: JP2015081539A
Authority: JP
Inventors: 淳也田辺; Junya Tanabe; 惠三郎畠山; Keizaburo Hatakeyama; 亮田中; Akira Tanaka
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-12-01

Abstract

【課題】Ｔダイ法の押出し機を用いて加熱収縮率の小さいフィルムを形成できるフィルム製造方法及びフィルムを提供することを目的とする。【解決手段】Ｔダイ法の押出し機１０を用いて、長鎖分岐構造を有する熱可塑性樹脂を加熱溶融してダイスリップから溶融樹脂６を押出し、２本の冷却ロール４間で溶融樹脂６をニップして製膜するフィルム製造方法であって、ダイスリップ最下端部３ａからニップ接点までの間に外部ヒーター５を設置し、該外部ヒーター５にて加熱される溶融樹脂６の温度が該ダイスリップ最下端部３ａの溶融樹脂６の温度よりも５℃以上高いことを特徴とするフィルム製造方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、押出し機（Ｔダイ法）を用いたフィルム製造方法及びフィルム、それを用いた太陽電池モジュール、合わせガラスに関する。

従来より、熱可塑性樹脂のフィルムやシートの成形にはＴダイ法の押出し機が用いられている。一般に押出し機（Ｔダイ法）１０は、図３に示すような熱可塑性樹脂を取り入れるホッパー１、樹脂を加熱溶融するシリンダー２、溶融した樹脂を押出すＴダイ３で構成され、溶融樹脂６を冷却固化する冷却ロール４と製膜されたフィルムを一定の張力を掛けながら巻き取る巻取り機と一体で用いられる。

具体的には、熱可塑性樹脂が押出し装置のシリンダー２内で加熱・混練され、溶融樹脂６としてＴダイ３のスリット（吐出口）３ａから任意の膜厚と幅で押出され、冷却ロール４にて冷却固化されてフィルムやシートを形成する方法である。

しかしながら押出し機（Ｔダイ法）を用いたフィルム製造方法には、Ｔダイのスリット（吐出口）３ａから冷却ロール４でニップされるまでのエアギャップと呼ばれるエリアにおいて、溶融樹脂６が押出し幅よりも狭くなるネックイン現象が生じる。この現象により押出し幅の両サイドの膜厚が厚くなる為、通常はこの部分をトリミングしてフィルムやシートに形成される。

熱可塑性樹脂の中でも長鎖分岐構造をとる樹脂は絡み合った状態の分子構造からなるが、加熱混練されてＴダイから溶融樹脂として押出されると、分子間が緩んだ状態でエアギャップのネックインにより流れ方向に引き伸ばされる。この時、絡み合った分子構造も同時に引き伸ばされた状態となり、その状態を保ったまま冷却固化されフィルムやシートとして製膜される。

このように製膜されたフィルムやシートは、二次加工として再度加熱を行う場合、引き伸ばされた分子構造に戻ろうとする応力が発生し、元のサイズよりも流れ方向には収縮し、幅方向には膨張するといった加熱収縮率が大きく加工し難いという問題がある。

上記の問題に対して、例えばフィルムを製膜した後に、別工程で再度加熱、冷却処理する方法が開示されている（特許文献１）。このような製膜されたフィルムを再度、加熱、冷却処理することで加熱収縮率を低下させることはできるが、工程が増えることやこれに伴うコストアップの問題がある。

また、溶融押出し機のＴダイ直下のエアギャップ内に赤外線加熱機構を配置することで、エアギャップ内を通過する溶融樹脂を瞬時に昇温し、溶融伸展性を高め高速で薄膜成形する方法が開示されているが、二次加工に重要な因子となる加熱収縮率については言及されていない（特許文献２）。

また、Ｔダイから吐出押出された直後のシート状物の外表面を、外部ヒーターにより空中で加熱させた後に、表面にエンボス形状が付与された冷却形成ロールで加圧ニップして形成転写させる方法が開示されているが、二次加工に重要な因子となる加熱収縮率については言及されていない（特許文献３）。

特許第３１３６４８９号公報特開２００１−４８９９５号公報特開２００８−８０４９６号公報

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、Ｔダイ法の押出し機を用いて加熱収縮率の小さいフィルムを形成できるフィルム製造方法及びフィルムを提供することを目的とする。なお、本発明は比較的膜厚が薄いフィルム及び比較的膜厚が厚いシートを含めてフィルムと記載する。

上記課題点を解決するためになされ、請求項１に記載の発明は、Ｔダイ法の押出し機を用いて、長鎖分岐構造を有する熱可塑性樹脂を加熱溶融してダイスリップから溶融樹脂を押出し、２本の冷却ロール間で溶融樹脂をニップして製膜するフィルム製造方法であって、
ダイスリップ最下端部からニップ接点までの間に外部ヒーターを設置し、
該外部ヒーターにて加熱される溶融樹脂の温度が該ダイスリップ最下端部の溶融樹脂の温度よりも５℃以上高いことを特徴とするフィルム製造方法である。

また、請求項２に記載の発明は、前記長鎖分岐構造を有する熱可塑性樹脂が、低密度ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリル酸メチル共重合体、エチレンアクリル酸エチル共重合体、エチレンメタクリル酸共重合体、エチレンメタクリル酸メチル共重合体、エチレンアクリル酸共重合体のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のフィルム製造方法である。

また、請求項３に記載の発明は、外部ヒーターが赤外線ヒーターであることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルム製造方法である。

また、請求項４に記載の発明は、赤外線ヒーターに用いられる赤外線波長が１．０〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項３に記載のフィルム製造方法である。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のフィルム製造方法にて製造されたフィルムであって、
融点以上に加熱後、冷却した時の幅方向の寸法変化が±５％以下であることを特徴とするフィルムである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のフィルムを用いて太陽電池用発電素子を封止したことを特徴とする太陽電池モジュールである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のフィルムを中間膜として２枚のガラス板に挟み込んでなることを特徴とする合わせガラス。

本発明によれば、Ｔダイ法の押出し機のダイスリップ最下端部からニップ接点までの間に外部ヒーターを設置し、該外部ヒーターにて加熱される溶融樹脂の温度が該ダイスリップ最下端部の溶融樹脂の温度よりも５℃以上高くすることで、長鎖分岐構造を有する熱可塑性樹脂を熱収縮率の小さいフィルムを製造することができる。すなわち、エアギャップ
のエリア内で溶融樹脂をダイスリップ最下端部の溶融樹脂の温度よりも５℃以上高くすることで、引き伸ばされた分子構造に戻ろうとする応力を緩和することができ、熱収縮率の小さいフィルムを製造することができる。これにより二次加工での加熱処理が施されても熱変形が抑制され、優れた寸法精度を有するフィルムの製造方法を提供することができる。

また、本発明により製造されたフィルムは、長鎖分岐構造を有する熱可塑性樹脂が絡み合った分子構造を有するため、耐熱性や寸法安定性が長期間求められる太陽電池モジュールや合わせガラス等に用いることができる。

本発明に係るフィルム製造方法に用いる押出し装置に設置する外部ヒーターの一実施形態を示す概略断面図である。本発明に係る押出された溶融樹脂の温度測定位置を示す概略断面図である。従来の押出し装置の一実施形態を示す断面概略図である。本発明に係るフィルムを用いた太陽電池モジュールの概略断面図である。本発明に係るフィルムを用いた合わせガラスの概略断面図である。

以下、本発明を図に基づき詳細に説明する。

本発明は図１に示すように、Ｔダイ法の押出し機１０を用いて、長鎖分岐構造を有する熱可塑性樹脂を加熱溶融してダイスリップから溶融樹脂６を押出し、２本の冷却ロール４間で溶融樹脂６をニップして製膜するフィルム製造方法であって、ダイスリップ最下端部３ａからニップ接点までの間のいわゆるエアギャップ間に外部ヒーター５を設置し、該外部ヒーター５にて加熱される溶融樹脂６の温度が該ダイスリップ最下端部３ａの溶融樹脂６の温度よりも５℃以上高いことを特徴とするフィルム製造方法である。（エアギャップは図３を参照）

本発明の特徴の一つである外部ヒーター５の設置に関しては、図１（ａ）に示すような２つの外部ヒーター５を対向させて設置する方法や、図１（ｂ）、（ｃ）のように１つの外部ヒーター５を設置する方法が可能であるが、溶融樹脂６の温度を該ダイスリップ最下端部３ａの溶融樹脂６の温度よりも５℃以上高くすることができれば、特に限定するものではない。

本発明に用いる熱可塑性樹脂は分子構造が絡み易い長鎖分岐構造を有するものが好ましく、中でも低密度ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリル酸メチル共重合体、エチレンアクリル酸エチル共重合体、エチレンメタクリル酸共重合体、エチレンメタクリル酸メチル共重合体、エチレンアクリル酸共重合体が好ましい。

また、外部ヒーターとしては市販のニクロム線ヒーター、赤外線ヒーター、カーボンヒーター等を用いることができ、中でも放射エネルギー波長が１．０〜３．０μｍの範囲のものが好ましい。本発明のフィルムの製造方法では、エアギャップ間で目的の温度まで樹脂を加熱する必要がある。放射エネルギー波長（ピーク波長）が１．０〜３．０μｍのヒーターを用いることにより、樹脂への熱変換効率が良い。放射エネルギー波長３μｍを超える遠赤外線ヒーターでは、目的の温度への加熱に時間がかかってしまう。よって、放射エネルギー波長が１．０〜３．０μｍのヒーターを用いることで、限られた空間でスピーディーに樹脂を加熱し、優れた寸法精度を有するフィルムを製造することが可能となる。

本発明によれば、優れた寸法精度を有するフィルムを製造できるため、例えば太陽電池
モジュールに用いられる封止材として好適に用いることができる。図４に本発明に係るフィルムを用いた太陽電池モジュールの一例を示す。太陽電池素子３１が、ガラスや透明フィルムからなるフロントシート３２及びバックシート３３の間に配置され、上封止材３４と、下封止材３５で封止されている。

図５は本発明に係るフィルムを合わせガラスに用いた例である。図５（ａ）の合わせガラスは、本発明に係るフィルムを、中間膜４２として２枚のガラス板の間に挟み、張り合わせたものである。また、図５（ｂ）のように、３枚以上のガラス板４１の間にそれぞれ中間膜４２を貼り合わせた構成の合わせガラスとしても良い。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

＜実施例１＞
長鎖分岐構造からなる熱可塑性樹脂としてエチレン−酢酸ビニル共重合体（酢酸ビニル含有率２８％、ＭＦＲ２０）を用い、押出し機のシリンダー温度１１０℃、ダイス温度１１０℃、溶融樹脂の引取り速度８ｍ／ｍｉｎの条件下で押出し、冷却後の膜厚が４００μｍとなるようにフィルムを作製した。
なお、エアギャップの距離を６００ｍｍとし、その間に外部ヒーターとして短波長赤外線ヒーター（電圧制御）を設置して、ダイスリップ最下端部の樹脂温度１０８℃に対して１１６℃に加熱した。

＜実施例２＞
ダイスリップ最下端部の樹脂温度１０８℃に対して１２２℃に加熱した以外は実施例１同様にしてフィルムを作製した。

＜実施例３＞
ダイスリップ最下端部の樹脂温度１０８℃に対して１３５℃に加熱した以外は実施例１同様にしてフィルムを作製した。

＜実施例４＞
ダイスリップ最下端部の樹脂温度１０８℃に対して１３８℃に加熱した以外は実施例１同様にしてフィルムを作製した。

＜実施例５＞
ダイスリップ最下端部の樹脂温度１０８℃に対して１４５℃に加熱した以外は実施例１同様にしてフィルムを作製した。

＜実施例６＞
ダイスリップ最下端部の樹脂温度１０８℃に対して１５２℃に加熱した以外は実施例１同様にしてフィルムを作製した。

＜実施例７＞
ダイスリップ最下端部の樹脂温度１０８℃に対して１６８℃に加熱した以外は実施例１同様にしてフィルムを作製した。

＜実施例８＞
下記表１に記載の放射エネルギー波長（μｍ）の異なる外部ヒーターを用いた以外は、実施例１と同様にしてフィルムを作製した。

＜比較例１＞
ダイスリップ最下端部の樹脂温度１０８℃に対して外部ヒーターを用いずにそのまま冷却した以外は実施例１同様にしてフィルムを作製した。

＜比較例２＞
ダイスリップ最下端部の樹脂温度１０８℃に対して１０１℃に加熱した以外は実施例１同様にしてフィルムを作製した。

＜比較例３＞
ダイスリップ最下端部の樹脂温度１０８℃に対して１１１℃に加熱した以外は実施例１同様にしてフィルムを作製した。

＜評価＞
実施例１〜８及び比較例１〜３に記載したフィルム製造中の溶融樹脂の温度及び作製したフィルムの加熱収縮率を測定した。測定結果を以下の表２に記す。

・樹脂温度の測定
図２に示すように、エアギャップの間の溶融樹脂の温度が測れる位置に非接触温度測定装置を設置し、ダイスリップ最下端部３ａより２ｃｍ下に位置する溶融樹脂の温度（Ｔ１）と、冷却ロールでニップされる位置より５ｃｍ上に位置する溶融樹脂の温度（Ｔ２）を計測し、Ｔ１−Ｔ２＝△Ｔとしてその温度差を表１に記載した。

・加熱収縮率の測定
実施例１〜８及び比較例１〜３で作製したフィルムを、製膜の流れ方向に２００ｍｍ、幅方向に１００ｍｍのサイズに断裁し、縦横１ｃｍの間隔で格子状に評線をマーキング（初期値）して評価サンプルを作製した。
次に、上記サンプルをテフロン（登録商標）シートの上に置き、１００℃で１０分間加熱した後に、室温で自然冷却して評線の長さを測定し、初期値との寸法変化を算出して加熱収縮率とした。なお、加熱収縮率としては流れ方向と幅方向とあるが、幅方向は流れ方向に
対して収縮率が小さいため、二次加工時に影響力の大きい流れ方向の収縮率を記載した。

＜比較結果＞
実施例１〜８で得られた本発明品はいずれも加熱収縮率が５％以下の値を示した。また、実施例８から、外部ヒーターの熱源をニクロム線ヒーター、、中波長赤外線ヒーター、中波長カーボンヒーター、短波長赤外線ヒーターに変えても、波長が１．０〜３．０μｍの範囲であれば、加熱収縮率を５％以下にすることが可能であることが分かった。但し、エアギャップ内の短い範囲での加熱にはニクロム線ヒーターは能力的に問題があることが分かった。

一方、比較例１〜３で得られたフィルムは、いずれも加熱収縮率が５％を大幅に超える結果を示した。これはエアギャップ内での溶融樹脂の温度を５℃以上の△Ｔにすることができないことに起因すると推測される。

以上、説明したように、本発明によればＴダイ法の押出し機を用いて加熱収縮率の小さいフィルムを形成できるフィルム製造方法及びフィルムを提供することができる。

１ホッパー
２シリンダー
３Ｔダイ
３ａダイスリップ最下端部
４冷却ロール
５外部ヒーター
６溶融樹脂
７非接触温度測定装置
１０押出し機
２０フィルム
Ｇエアギャップ
３００太陽電池モジュール
３１太陽電池素子
３２フロントシート
３３バックシート
３４上封止材３４
３５下封止材３５
４００合わせガラス
４１ガラス板
４２中間膜

Claims

Ｔダイ法の押出し機を用いて、長鎖分岐構造を有する熱可塑性樹脂を加熱溶融してダイスリップから溶融樹脂を押出し、２本の冷却ロール間で溶融樹脂をニップして製膜するフィルム製造方法であって、
ダイスリップ最下端部からニップ接点までの間に外部ヒーターを設置し、
該外部ヒーターにて加熱される溶融樹脂の温度が該ダイスリップ最下端部の溶融樹脂の温度よりも５℃以上高いことを特徴とするフィルム製造方法。
前記長鎖分岐構造を有する熱可塑性樹脂が、低密度ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンアクリル酸メチル共重合体、エチレンアクリル酸エチル共重合体、エチレンメタクリル酸共重合体、エチレンメタクリル酸メチル共重合体、エチレンアクリル酸共重合体のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のフィルム製造方法。
外部ヒーターが赤外線ヒーターであることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルム製造方法。
赤外線ヒーターに用いられる赤外線波長が１．０〜３．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項３に記載のフィルム製造方法。
請求項１〜４のいずれかに記載のフィルム製造方法にて製造されたフィルムであって、
融点以上に加熱後、冷却した時の幅方向の寸法変化が±５％以下であることを特徴とするフィルム。
請求項５に記載のフィルムを用いて太陽電池用発電素子を封止したことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項５に記載のフィルムを中間膜として２枚のガラス板に挟み込んでなることを特徴とする合わせガラス。