JP2613659B2 - 多軸配向熱変性ポリマーフィルム及びその製造方法 - Google Patents
多軸配向熱変性ポリマーフィルム及びその製造方法Info
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Description
約番号F33615−83−C−5120及びN00164−87−C−0050
に基づき合衆国政府より提供されたものである。従っ
て、合衆国政府は、ここに請求している発明に関する権
利を有するものである。
(単独重合体、共重合体等)、特に商品名キシダール
(Xydar,Dartco社製)及びベクトラ(Vectra Clanese社
製)で市販されている熱変性ポリマーからの多軸(例え
ば2軸)配向フィルムの形成に関する。熱変性ポリマー
は、ポリマーフィルムに少なくとも2つの異なる配向方
向を与える高温処理条件により(例えば交差プライ等)
制御された分子配向性を有する。
れている。しかし、普通の高分子フィルムに以前から使
用された方法が熱変性ポリマーフィルム、特に本発明で
得られるような特殊な性質のフィルムを形成するのに簡
単に適用され得るとは思えない。
延伸プラスチックフィルム、特にポリエステルフィルム
の製造方法と装置が開示されている。このポリエステル
フィルムの製造方法は、ポリエステルを環状ダイから押
出してシームレス管に成形し、それを高圧ガスによるイ
ンクレーションすることからなる。このように成形して
得た膨脹管を縦方向に引伸ばしてから冷却し、平らにす
る。平らにした管をフィルムの配向温度に加熱し、再び
膨脹させて縦に延伸させる。この延伸装置によりフィル
ムの高分子主鎖に2方向配向をもたらすと言われてい
る。
ィルムの成形方法と装置が記載されており、ここでは、
処理する無配向フィルムをまず従来法で成形してから、
延伸とひねり操作によって直角配向を与えている。更に
直角配向フィルムを平らにし、積層した直角配向フィル
ムを成形している。
れの分子配向方向が異なる1組の隣接した層を複数有す
るフィルムの製造方法と装置が記載されている。ここで
は、フィルムの装置を形成している分子鎖が実質的にそ
の固化直前に配向される従来のインフレーションフィル
ム(blown film)法の変更法を採用している。
環状回転ダイから押し出すことを含む直角プライブロッ
クポリマーフィルムの製造方法と装置を開示している。
1方のダイを回転させると押し出す時のポリマーに横方
向の分子配向性が付与されると言われている。フィルム
を膨脹させてブロック化し、次に向き合った壁面をプレ
スし合うことにより、各々の層が対向する横方向の分子
配向性を有する少なくとも2層を有する複合フィルムを
製造する。複合フィルムは、バランスのとれた直角プラ
イを有すると言われている。
されるものとする。
強度特性を有するフィルム、即ち多軸配向性、好ましく
は高度の2軸配向性を有するフィルムの製造に関するも
のである。
即ち約0.10mmに等しいか又はそれ以上の厚さ、好ましく
は約0.20mmに等しいか又はそれ以上の厚さのフィルムを
成形して使用している。他の好ましい具体例では薄いフ
ィルム即ち約0.010mmに等しいか又は未満、好ましくは
約0.05mmに等しいか又は未満のフィルムを成形してい
る。
配向性を生み、しかもこの配向性が1方向、即ち単軸性
の場合比較的弱い熱変性高分子材料を言う。
によりポリマー中に初期ミクロ構造配向を作り出し、こ
の配向性を一連の熱的及び/又は化学的コンディショニ
ング操作で固化させることからなる。
スのとれた2軸配向性を有する。又、類似組成の単軸フ
ィルムに比べて、制御可能な熱膨脹率(CTE)、低誘電
率、低吸湿性、低ガス発生性、高引張強さ、高弾性率及
び優れた耐環境性を示す。本発明のフィルムは又低温に
おいても優れた熱安定性と化学薬品耐性及び靱性を示
す。
性に関する下記定義が重要となる。
これ等性質の角依存性はほとんど無いフィルム −主として単軸性 機械方向に最大強度と剛さを有し、機械方向±20度以
内であればある程度の強度も示すフィルム −ほぼ単軸性 機械方向に最大強度と剛さを有し、機械方向のわずか
±5度以内である程度の強度を示すフィルム 上記の定義に含まれないが、機械方向と横方向の両方
でフィルムに強度を与える様な配向性のものに対する総
称が、ここで言う「多軸性」である。
ィルム、被覆、及び同様の素材を製造するのに適した方
法と装置を提供するものである。
を成形する本発明方法を示す模式図である。
を製造するための望ましい逆転管ダイ装置の略図であ
る。
キシダール(Xydar)及びベクトラ(Vectra)から多軸
配向性フィルムを成形する本発明方法における主工程の
模式図を示す。
粉末として製造業者から市販されているポリマー樹脂の
コンディショニングを含む。ポリマー樹脂を加熱貯蔵タ
ンクに入れ、そこで溶融する。この溶融物を押し出して
加熱ポンプブロックを経て次工程へと送る。
はずり流れ、延伸等を起す任意の押出し手段を用いて実
施され得る。本発明では、逆転管ダイ、プレート、ロー
ルダイ等が好ましい押出し手段である。このような好ま
しい押出し手段をできれば押出し物の次の延伸操作と組
み合わせて用いると、使用ポリマーに種々の2軸配向度
を与えることが判っている。
性を与えるのに用いる好ましい逆転ダイ28の概略図であ
る。このダイの基本構造は、2つの逆転バレル30と32か
ら成り、これ等は溶融ポリマーの断面方向にせん断領域
を作り出す為に用いられる。
通すことで作り出した軸方向せん断領域と直角を成す。
逆転ダイ部材は、一方のダイ部材が回転すると生じる押
出し物の回転やねじ切りがスクリュー様回転を起さない
為に必要である。このせん断領域の組合せは、押出し物
を破断せずに、管の吹込みを行う為にもいかなる吹込み
操作よりも先にする必要があり、これにより完全な多軸
フィルム特性が得られる。
蔵タンクは加熱されるので好ましくはステンレス鋼(例
えば316Lタイプ)製であり、溶融物の汚染及び/又はポ
ンプの空回りを防ぐ為乾燥/不活性ガス(例えばN2)で
加圧する。押出機は従来の射出成形型である。ポンプは
通常スプリット−ブロックタイプである。ピストン−ラ
ム、押出し、移動キャビティ(Moyns)等の他の種類の
ポンプでも良い。
々のスピードとダイ挿入物を使って広範なパラメータを
探求し得る様に特殊な仕様のものである。熱いブロック
とダイシリンダー間の封止はバネ負荷の面ブッシュ(テ
フロン製又は黒鉛製)で行い、離れたカラーベアリング
で直線状を保持する。押出し物は最終厚へと急激な圧縮
を受けるので、通常ダイ開口部を大きくして必要なダイ
圧を調整している。フィルム吹込み用の中心ガス(N2)
は離れた、より低温の普通の回転カプリングを通って供
給される。
で使用する逆転ダイアセンブリーの詳細な限界性能の概
要を示す。
て行える様に、エアリング方式、先細ラック、ニップロ
ールユニットを押出し型の下流部に組み込んだ。
より正確に行える。エアリングにより熱いフィルムの急
冷を管理でき、ニップルユニットによりより正確な延伸
と存在する気泡の崩壊が可能となり、先細ラックにより
ニップ中に平らにした気泡がしわになるのが防止でき
る。
に組み込むことができる。即ち、溶融ポリマーを導入す
る中央域では、高温(例えば750〜850°F)での操作が
可能である。取出口域ではより低温での制御が可能でこ
れにより回転と縦方向のせん断による配向化が一層効果
的に行われる。直列支持ベアリングのあるダイ上端部は
約250°F未満で操作されベアリング機能を適正に保持
する。
とめる。
気味で(starved-feed condition)供給する様に装置を
組み立てる。簡単なキリ状供給装置を組み込んだ。
ルムを押出した。操作条件を第3表に示す。
備計算によると、ダイ内部では高い溶融圧が発生するは
ずである。この圧力を軽減する為ダイ温度調節器は初め
に800°Fに設定するが、この温度は押出しが安定状態
に達したら下げることになっている。これにより圧力の
波動変化や装置損傷の可能性が減った。
この様に簡単で直線状である。即ち、 −ダイを逆転させていかなる正味ひねりもトルクも押出
し管に与えずに、横方向せん断を得る。
合せで軸方向せん断(流れ縦断面)を決定する。
い押出物中に軸方向ひずみを生じる。
向応力 −ひずみが生じる。
から成形される多軸配向性、好ましくは2軸配向性フィ
ルム、被膜、同様の素材にも関する。
ましい熱変性液晶ポリマーとは、Dartco社のキシダール
(Xydar)とCelanese社のベクトラ(Vectra)である。
る。
ポリマーフィルムの製造方法に関するもので、この配向
性は実用面で通常の単軸(又は任意の)配向性の熱変性
液晶ポリマーフィルムよりもはるかに有用な特性バラン
スをフィルムにもたらす。本発明はフィルムそのものに
も関する。
工程と、それに続くフィルム特性バランスを最大限に発
揮する為の後処理によりもたらされる。
張強度と横方向にかなりの強度を有する。この様なフィ
ルムはフィルムとしての完全性を2方向に有し、その結
果優れたフィルム性質が要求される多くの用途に有用で
ある。熱膨脹率はフィルムの配向方向と伸びとによって
制御できる。
囲は多様で、例えば構造物、航空宇宙、電子、光学、弾
道保護、通信等の分野が包含される。例えば本発明方法
は、積層フィルム複合体や同様な構造体の製造に適した
強度特性のフィルムを提供する。
熱変性液晶性ポリマーは、キシダールとベクトラであ
る。
る。ベクトラはキシダールと類似の性能特性を示す熱可
塑性樹脂に対してCelanese社がつけた商標名である。
の耐熱性を有する。キシダールが熱変性ポリマーである
ので、フィルムも高温で成形できる。この為キシダール
は他の液晶ポリマーでは考えられない広範な用途、例え
ば自動車工業での鋼板成形部品等にも用いられる。
液晶ポリマーでは達成できない最高強度を示す。この樹
脂の溶融特性は、一般に射出成形時に発揮される。即
ち、狭い空隙を通してポンプ注入すると(高せん断状態
で)低圧で流れやすい。
に似た色)で、外表面はかなりしっかりと組織化されて
いるが、内側はそれ程でもない。この重い組織は空隙に
関係するものと思われ、管の最も薄い部分、つまり吹込
みが強かった区域で特に目立つ。キシダール樹脂は吸湿
しにくいし、平衡時にそれ程保水もしないので、フィル
ム組織が水分損失に関係している可能性がある。真空加
熱オーブンで樹脂を予乾燥して問題解決の糸口を見つけ
ることにする。
さとなる。キシダールフィルムを光に透かして見ると、
機械方向に対して大体バランスのとれた角度で特徴のあ
る「ひげ根」が網目の様に張りめぐらされているのが判
る。
ルに流入した水分からのガス泡の放出によるものと考え
られる。ナイロン押出しにも起る様に、ごく少量水分で
あっても発泡は起り得る。キシダール樹脂の予乾燥によ
りこの水分作用が防がれるはずである。
り得るし、これが固化の強・弱域を生み出す。この問題
は、優れた延伸特性を有する「押出し格付け(extrusio
n grade)材」の使用により解決される。温度、圧力、
供給量を変更する事でも又特性や表面仕上げは改善され
る。
し、製造業者の指示通りに乾燥させてから押出して、各
種の2軸配向性を有するフィルムを得た。第4表に操作
条件と得られた結果を示す。
少ない孔を有しており、押出し時に2軸のフィブリル化
と強度を示し、非常に滑らかな表面を有していた。2〜
10ミリ厚さのフィルムが17ミリ厚さの管と一緒に容易に
得られた。
単軸Celaneseベクトラフィルム同志と新たに製造した2
軸ベクトラフィルム同志とで製造した。2種の樹脂では
差があるので(CelaneseフィルムはA900ベクトラで、一
方本発明のフィルムはB900を使用)、各積層体に合せて
温度と圧力は調整した。銅張合せを2軸フィルムにも同
様に施した。
ムA.押出し条件 溶融温度 600〜650°F 溶融圧力 2,000〜2,500psi 型せん断 3〜9sec-1 延伸 1〜3 形開口部 1.25インチ径×0.0125インチ厚 吹込み 1〜2B.製造フィルム 配向性 フィルム厚フィルム長 ±20度〜±25度概して単軸 2〜7mm 10ft ±25度〜±35度 ほぼバランスのとれた2軸 2〜3mm 20ft ±10度 ほぼ単軸 2〜3mm 10ft 第5表に上記ベクトラフィルムサンプルの予備データ
を示す。
ント配線用基板等)に適した特質を備えている事が判明
した。しかし3.7ppm/℃域での等方性X及びYCTEを達成
するには、単軸フィルムの高い非等方性CTE特性を修正
しなければならない。製造工程中でキシダールと同様
に、フィルム中の分子の種々程度の2軸配向性を誘起す
る事で、この望ましいCTE特性をフィルムにもたらす事
ができる。
〜550℃の温度域、約100〜200psiの圧力範囲内でそれぞ
れのフィルムシートを2枚以上重ねて熱プレスして製造
した。
で、これ等の積層体に張合わせた。キシダールと銅フォ
イルとから成るサンプルの製造条件を第7表に示す。
した。しかし、本発明の開示内容を読んで当業者等が本
発明の応用や改良を図る事は評価するが、それでも下記
に権利請求をしている本発明の範囲内である事を表明す
るものである。
Claims (14)
- 【請求項1】分子レベルで熱変性の液晶ポリマーから製
造され、フィルムのいかなる平面においてもマイナス、
プラス又はゼロから選ばれる制御可能な熱膨脹率を有
し、かつ少なくとも約0.010mmの厚さを有するフィルム
であって、多軸分子配向性を有するフィルム。 - 【請求項2】上記厚さが少なくとも約0.10mmである請求
項1記載のフィルム。 - 【請求項3】多軸性分子配向がほぼバランスのとれた2
軸性である請求項2記載のフィルム。 - 【請求項4】上記液晶ポリマーが、キシダール及びベク
トラから成る群から選ばれたものである請求項1、2又
は3に記載のフィルム。 - 【請求項5】分子レベルで熱変性の液晶ポリマーから製
造され、フィルムのいかなる平面においてもマイナス、
プラス又はゼロから選ばれる制御可能な熱膨脹率を有
し、かつ約0.10mm未満の厚さを有するフィルムであっ
て、多軸分子配向性を有するフィルム。 - 【請求項6】上記多軸分子配向性がほぼバランスのとれ
た2軸性である請求項4記載のフィルム。 - 【請求項7】上記液晶ポリマーが、キシダール及びベク
トラから成る群から選ばれたものである請求項5又は6
記載のフィルム。 - 【請求項8】熱変性液晶ポリマーフィルムから多軸配向
フィルムを製造する方法であって、 (a)上記ポリマーの溶融物に少なくとも2方向に交差
するひずみ力をかける; (b)工程(a)で成形したミクロスケールの構造配向
性を物理的、化学的又は熱的方法で固化する; 工程から成る上記フィルムの製造方法。 - 【請求項9】上記多軸配向性がほぼバランスのとれた2
軸性である請求項8記載の製造方法。 - 【請求項10】上記熱変性ポリマーが下記構造式で表さ
れる請求項8又は9記載の方法。 - 【請求項11】上記熱変性ポリマーが下記構造式で表さ
れる請求項8又は9記載の方法。 - 【請求項12】少なくとも2枚の、分子レベルで配向さ
れた熱変性液晶ポリマーから製造した多軸配向フィルム
から成る積層複合フィルム。 - 【請求項13】上記熱変性液晶ポリマーが、キシダー
ル、ベクトラ及びそれ等の混合物から成る群から選ばれ
る請求項12記載の積層複合フィルム。 - 【請求項14】上記フィルムが更に銅層をその上にある
いはその間に有する請求項12又は13に記載の積層複合フ
ィルム。
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