JP2841816B2 - 熱可塑性樹脂フイルムの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は横方向に均一な熱可塑性樹脂フィルムの製造
方法に係わる。更に詳しくは、テンターによって横延
伸、熱固定される際に生じるボーイング現象を抑制し、
横方向に均一な物理的、化学的及び物理化学的性質を有
する熱可塑性樹脂フィルムの製造方法に関する。

（従来の技術） 熱可塑性樹脂フィルム、特に二軸配向されたポリエス
テル系、ポリアミド系、ポリオレフィン系、ポリビニル
系樹脂、ポリフェニレンサルファイド等のフィルムは、
包装及び工業用途、その他の用途に供せられており、フ
ィルムの横方向のどの部分でも同じ物性値である事が望
ましい。

しかし、従来の製造方法では製品フィルムの横方向の
物性を均一にする事は極めて困難であった。この理由
は、テンター内においてフィルムの両端はクリップに把
持されていて、延伸工程によって生じる縦方向の延伸応
力や、熱固定工程によって発生する収縮応力は、把持手
段であるクリップによって拘束されているに対し、フィ
ルムの中央部は把持手段の影響が低く拘束力が弱くな
り、上記の応力の影響によってクリップで把持されてい
る端部に対してフィルムの中央部分は遅れが生じる事が
わかっている。そして、横延伸と熱固定を連続に同一の
テンターで行う場合において、テンターに入る前のフィ
ルムの面上の横方向に沿って直線を描いておくと、この
直線はテンター内で変形してフィルムの進行方向に対し
て延伸工程の始めの領域で凸型に変形し、延伸工程の終
わり直前の領域で直線に戻り、延伸工程終了後には凹型
に変形する。さらに熱固定工程の領域の始めで凹形の変
形は最大値に達し、このまま曲線は変化しないでその後
のテンターを通過し、テンターを出たフィルムには凹形
の変形が残る。その現象はボーイング現象と称されてい
るものであるが、このボーイング現象はフィルムの横方
向の物性値を不均一にする原因になっている。ボーイン
グ現象によって、フィルムの側端部分ではボーイング線
に対して更に縦方向に傾斜した配向主軸が生じて、横方
向で配向主軸の角度が異なる傾向がある。

この結果、例えば縦方向の熱収縮率、熱膨張率、湿潤
膨張率等の物性値がフィルムの横方向で異なってくる。
このボーイング現象によって、包装用途の一例として、
印刷ラミネート加工、製袋工程等において印刷ピッチず
れ、斑の発生、カーリング、蛇行などのトラブルの原因
になっている。また、工業用途の一例として、フロッピ
ーディスク等のベースフィルムでは面内異方性のため磁
気記録特性の低下などのトラブルの原因になっている。

更に詳しく述べると、横延伸と熱固定間に冷却工程を
設ける従来技術としては、特公昭35−11774号公報には
横延伸と熱固定工程の間に20℃〜150℃の緩和工程を介
在させ、実質冷却工程を設けた製造方法が提案されてい
る。しかし、この冷却工程の長さについては全く記載さ
れていないばかりか、ボーイング現象の減少の効果も全
く不明である。更に、ボーイング現象を減少ないし解消
する技術として、特開昭50−73978号公報には延伸工程
と熱固定工程との間にニップロール群を設置するフィル
ムの製造方法が提案されている。しかし、この技術では
ニップロールを設置する中間帯の温度がガラス転移温度
以上で、ニップ点でのフィルムの剛性が低いため改良効
果が少ない。

また、特公昭63−24459号公報には横延伸完了後のフ
ィルムの両端部を把持しなから中央付近の狭い範囲のみ
をニップロールによって強制的な前進をもたらす工程が
提案されている。しかし、この技術ではニップロールを
テンター内の高温領域に設置する必要があり、ロール及
びその周辺装置を冷却する必要があり、またフィルムが
高温であるためロールによる傷が発生するおそれがあ
り、実用面で制約される。また、特公昭62−43856号公
報には、横延伸直後のフィルムをガラス転移温度以下に
冷却した後、多段に熱固定を行ない熱固定と同時に横方
向に伸張する技術が提案されている。しかし、この技術
では冷却工程でボーイング現象の減少が少ないためか、
又は熱固定でボーイング現象が再発生しやすいためか冷
却工程に加えて多段に熱固定する工程と再延伸との複雑
な工程となっている。そのためテンター内の雰囲気温度
やフィルム温度を長時間にわたり安定して制御する事が
困難ではないかと懸念される。また、本提案も冷却工程
の長さとフィルム幅の関係などは記載されていない。更
に、特開昭62−183327号公報には縦延伸後、テンターで
横延伸、熱固定する際に、横延伸ゾーンと熱固定ゾーン
との間に側端部分のみをガラス転移温度以上熱固定温度
以下の温度の予熱ゾーンを設置する技術が提案されてい
る。しかし、この技術では、予熱ゾーンの温度を横方向
に温度勾配を持たせながら制御しなければならないた
め、フィルム温度を長時間にわたり制御する事が困難で
はないかと懸念される。なお、本提案の実施例ではこの
予熱ゾーンの長さがフィルム幅の半分と短い事からボー
イング現象の減少の効果が少ないと推測される。また、
特開平１−165423号公報には横延伸後のフィルムを横延
伸温度以下に冷却した後、多段に昇温しながら横方向に
再度伸張する技術が提案されている。しかし、この技術
では、特公昭62−43856号公報の場合と同様に冷却工程
でのボーイング現象の減少の効果が少ないためか、ま
た、熱固定工程でボーイングが発生しやすいためか、冷
却工程に加えて多段に熱固定する工程と再延伸する工程
との複雑な工程となっている。

そのためテンター内の雰囲気温度やフィルム温度を長
時間にわたり安定して制御する事が困難ではないかと懸
念される。なお、本提案では、冷却工程の長さがフィル
ム幅の1/2以上が好ましいとの記載があるが、この根拠
が定かでない。また、冷却温度がガラス転移温度以上延
伸温度以下が好ましいとの記載がある。しかし、この程
度の冷却工程の長さや冷却工程の温度がガラス転移温度
以上では、ボーイング現象の減少の効果が少ない事が危
惧され、上記のような複雑な工程を採用せざるを得なか
ったと推測される。また、特公平１−25694号公報、特
公平１−25696号公報には、フィルムの走行方向を逆転
させて横延伸、熱固定をする技術が提案されている。し
かし、この技術ではフィルムの走行方向を逆転させるの
にフィルムを一旦巻き取る必要があり、オフラインでの
製造方法であるため生産性の面で制約を受けるなどの問
題点がある。

（発明が解決しようとする課題） かかる課題に対し、工業的に有利な横方向の物性の均
一なフィルム（特に熱収縮率等の物性値）の製造方法を
提供する事にある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、テンター内におけるボーイング線の変
化を観察し、種々の研究からボーイング現象の発生過程
を解明し、このボーイング現象を減少する手段を検討し
て本発明に到達した。

本発明は、少なくとも横方向に延伸された熱可塑性樹
脂フィルムを製造するに際し、横延伸されたフィルムを
更に横延伸温度以下の（１）式を満足する冷却工程で横
延伸し、次いで熱固定する事を特徴とする熱可塑性樹脂
フィルムの製造方法である。

L/W≧1.0 …（１） なお、（１）式において、Ｌは冷却工程の長さ（ｍ）
を、Ｗはテンター出口でのテンターのクリップ間距離
（ｍ）を意味する。冷却工程の長さＬは、所望の横延伸
倍率の80％まで横延伸された箇所から冷却工程の温度よ
り実質的に高い次工程の温度までの最も長い箇所までの
長さを意味するものとする。さらに、横方向とはフィル
ムの走行方向に対して直角方向、縦方向とは走行方向を
意味する。

また、冷却工程の長さＬとフィルム幅Ｗとの比L/Wの
値はテンター速度に本質的には依存しないが、テンター
の速度が増加すると、フィルムの温度が実質的に効果の
ある冷却温度に到達するまでに時間がかかり、本発明の
主旨である冷却工程の長さＬとフィルム幅Ｗとの比L/W
の値は実質的に小さくなる。

そこで、テンター速度を増加する場合には、冷却工程
の長さＬとフィルム幅Ｗとの比L/Wの値を大きくするほ
ど効果が向上する。例えば、テンター速度を２倍にした
場合には、冷却工程の長さＬとフィルム幅Ｗとの比L/W
の値は増速前の値の1.5倍以上を選択する事が好まし
い。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明では、熱可塑性樹脂をその融点以上の温度に加
熱・溶融し、ストリットダイを含む押出し手段から冷却
ドラム表面へフィルム状に押出し、縦方向にロール速度
が異なるロール群により縦方向に延伸し、テンターで横
方向に延伸し、要すれば熱固定され、フィルムワインダ
ー等によって巻き取られる事は公知である。本発明で
は、製膜・延伸条件として、このような樹脂の溶融・押
出し条件、キャスティング条件、縦方向延伸条件、横方
向延伸条件、熱固定条件、巻き条件等を適宜選択でき
る。また、本発明では、縦延伸後横延伸する製造方法以
外の延伸方式も本発明に含まれる。例えば、縦横延伸後
に再縦延伸する延伸方式、縦多段延伸を含む延伸方式、
横延伸後のフィルムの両端をトリミングして縦延伸する
延伸方式などその要旨を越えない限り上記に限定される
ものではない。

本発明に適用される熱可塑性樹脂としては、ポリエチ
レンテレフタレート、ポチエチレン2,6−ナフタレー
ト、ポリエチレンイソフタレート、ポリブチレンテレフ
タレートなどのポリエステル系樹脂、ナイロン−６、ナ
イロン−66などのポリアミド系樹脂、ポリプロピレン、
ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリフェニ
レンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスル
フォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケ
トンケトン、ポリエチレントリメリテッドイミド、その
他多くの単体、共重合体、混合体、複合体等が挙げられ
る。

本発明の製造方法は熱可塑性樹脂フィルムを横延伸、
熱固定処理する際に、横延伸工程終了後のフィルムを延
伸温度以下に冷却し、横延伸工程によって発生するボー
イング現象を減少するものである。冷却工程の長さＬと
フィルム幅Ｗとの比L/Wの値大きいほどボーイング現象
の減少の効果が向上し、冷却工程の長さＬとフィルム幅
Ｗとの比をL/W≧2.0で冷却工程の長さＬを選択する事が
好ましい。さらに好ましくは、L/W≧3.0である。

また、横延伸工程と熱固定工程を行なうテンターを切
り放す場合には、大気中でフィルムを走行させるためフ
ィルムは冷却されるので、冷却工程の長さＬとフィルム
幅Ｗとの比L/W≧1.0を満足さえすれば横延伸工程と熱固
定工程を別のテンターで行なう事も本発明に含まれる。

更に、この冷却工程及び熱固定工程終了後の冷却工程
においては、フィルムを速度制御可能なニップロール群
に通す事が好ましく、その効果は著しく向上する。この
ニップロールの材質は、金属鏡面とゴム弾性体との組合
せで、ニップロールはテンターのクリップとの相対的な
速度でフィルムを緊張させる事から速度制御が容易であ
る事が条件である。またニップロールは両方相互に制御
可能である事が好ましい。

従来、横方向のヤング率等を増加させるために、横延
伸倍率を上げる方法が採用されていた。しかし、その方
法では横延伸倍率を大きくするほどボーイング現象は増
大する傾向にあり、フィルムの破断等の問題点も多い。
そこで、本発明は冷却工程を設ける事によりボーイング
現象を減少させると同時にフィルムの物性値を改善する
方法として、横延伸終了後の冷却工程で横方向に延伸さ
せる技術を見いだした。冷却工程で延伸する事により本
来は、ボーイング現象は増加する傾向があるが、冷却工
程での適当な延伸倍率の割合を選択する事によってボー
イング現象の減少の効果を損なわず物性値を改良する事
ができる事を見いだした。この技術により、横延伸時に
発生する延伸応力の伝播を制御し、且つ冷却工程で横方
向に延伸させる事によりフィルムのヤング率等の物性値
を増加させ、且つ厚み斑の少ないフィルムを製造する事
ができる。

本発明において、ボーイング現象の少ないフィルムを
製造するに際して工業的に有利な効果が得られる理由に
ついては、ボーイング現象を減少するのに必要な冷却工
程の長さの決定において、誰もがなしえなかった有限要
素法を適用しうる数式モデルを設定し数値解析によって
延伸応力の伝播を推定可能ならしめ、その結果、冷却工
程の長さＬとフィルムＷとの比L/W＝1.0で応力伝播は約
1/2になり、L/W＝2.0で応力伝播は約1/10になり、L/W＝
3.0でほとんどゼロになる事を計算値より求め、実機で
裏付けし、いかなる場合も適用可能な事を見いだせたた
めである。

次に実施例を示す。

（実施例） 本発明において、使用される装置の一例について説明
する。Ｔダイより押出された熱可塑性樹脂はチルロール
によって急冷されフィルム状に成形される。そのフィル
ムはロール延伸機によって縦方向に延伸され、ついでテ
ンターのクリップによってその両端を把持されつつ、予
熱ゾーンを通って横延伸ゾーンに入横延伸される。さら
に、フィルムは冷却ゾーンに入り横方向に延伸され、熱
固定ゾーンを通り、熱固定された後、クリップから外さ
れてテンターから出て巻取り機によって巻取られる。

以下、いくつかの例を挙げて説明する。

実施例１ ポリエチレンテレフタレート樹脂を溶融してＴダイよ
り押出し、チルロール上でフィルム状に成形したのち、
ロール延伸機による縦方向の延伸倍率を3.5倍とし、そ
の後テンターによる横方向の延伸倍率を3.5倍として二
軸配向ポリエチレンテレフタレートフィルムを得た。テ
ンター内における温度は、予熱温度を90℃、延伸温度を
100℃、冷却温度を80℃、熱固定温度を220℃とし、冷却
ゾーンの長さＬとフィルム幅Ｗとの比L/W＝2.0とし、冷
却工程での横延伸倍率の割合を５％とし、熱固定工程で
の横方向の緩和率を５％とした。なお、冷却工程での横
延伸倍率の割合が５％とは、所望の横延伸倍率の95％ま
で横延伸工程で延伸を行った後、冷却工程で更に所望の
横延伸倍率の５％を横方向に延伸する事を意味する。

実施例２ 実施例１において、冷却工程での横延伸倍率の割合を
15％とする以外は実施例１と同様にして二軸配向ポリエ
チレンテレフタレートフィルムを得た。

比較例１ 実施例１において、冷却工程での横延伸倍率の割合を
０％（横延伸工程での所望の100％まで延伸し、冷却工
程では延伸しない）とする以外はすべて実施例１と同様
にして二軸配向ポリエチレンテレフタレートフィルムを
得た。

実施例３ ナイロン−６樹脂を溶融してＴダイより押出し、チル
ロール上でフィルム状に成形したのち、ロール延伸機に
よる縦方向の延伸倍率を8.3倍とし、その後テンターに
よる横方向の延伸倍率を3.4倍として二軸配向ナイロン
−６フィルムを得た。テンター内における温度は、予熱
温度を60℃、延伸温度を85℃、冷却温度を60℃、熱固定
温度を220℃とし、冷却工程での横延伸倍率の割合を５
％とした。なお、冷却ゾーンの長さＬとフィルム幅Ｗと
の比L/W＝2.0とし、熱固定工程での横方向の緩和率を５
％とした。

比較例２ 実施例３において、冷却工程での横延伸倍率の割合を
０％（横延伸工程で所望の100％まで延伸し、冷却工程
では延伸しない）とする以外はすべて実施例３と同様に
して二軸配向ナイロン−６フィルムを得た。

実施例と比較例における製膜条件とボーイング歪と厚
み斑の測定結果を表１に示す。なおボーイング歪はテン
ターにはいる前のフィルムの表面に直線を描き、最終的
に得られたフィルム上で第１図に示すような弓状に変形
しており、この弓形の状況を、 Ｂ＝b/W×100 （％） ここで、Ｂ＝ボーイング歪の量（％） Ｗ＝フィルムの幅（mm） ｂ＝ボーイング線の最大ふくらみ量（mm） によって算出した。

（発明の効果） 比較例（冷却工程で横延心を行なわない場合）に比べ
て、実施例ではボーイング歪をほとんど変化させずに、
厚み斑の少ない熱可塑性樹脂フィルムを製造できる事が
わかる。

【図面の簡単な説明】 第１図はボーイング歪の算出方式を示したものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 55/02 - 55/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも横方向に延伸された熱可塑性樹
   脂フィルムを製造するに際し、横延伸されたフィルムを
   更に横延伸温度以下の（１）式を満足する冷却工程で横
   延伸し、次いで熱固定する事を特徴とする熱可塑性樹脂
   フィルムの製造方法。 L/W≧1.0 …（１） なお、（１）式において、Ｌは冷却工程の長さ（ｍ）
   を、Ｗはテンター出口でのテンターのクリップ間距離
   （ｍ）を意味する。