JP2936699B2 - ポリアミドフィルムの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はポリアミドフィルムの均一な製造方法に係わ
る。さらに詳しくは、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フィル
ムの製造方法に関する。

（従来の技術） ポリアミドフィルム、特に二軸配向されたポリアミド
フィルムは、包装及び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こと
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
物性を均一にすること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こと
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
ィルムの面上に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。こ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さら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、例えば熱収縮率、熱膨張率、湿潤膨張率等の
縦方向から±45゜方向の物性値の差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。さらに詳しく述べる
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℃の弛緩工程を介在させ、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。さ
らに、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点以上で、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が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点以下に冷却し
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ことが困難
ではないかと懸念される。また、本提案も特公昭35−11
774号公報と同様に冷却工程の長さなどは記録されてい
ない。さらに、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、横延伸工程と熱固
定工程との間に側端部分のみをガラス転移点以上熱固定
温度以下の温度の予熱工程を設置する技術が提案されて
いる。しかし、この技術では、予熱工程の温度を横方向
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ことが困難
ではないかと懸念される。なお、本提案の実施例ではこ
の予熱工程の長さがフィルム幅の半分と短いことからボ
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
御すること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点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点以上では、ボーイング現象
の減少の効果が少ないことが危惧され、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。さら
に、特公昭39−29214号公報には延伸工程後２個のニッ
プロール群を設置した縦方向への多段熱固定を行う製造
方法が提案されている。また、特公昭44−7159号公報に
は、上記特公昭39−29214号公報に加え熱固定後弛緩さ
せる熱処理方法が提案されている。しかし、これらの技
術では共に縦方向のみの熱処理方法が記載されており、
横方向への熱処理については提案されていない。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、ボーイング現象を減少せしめて物
性の均一なフィルムを得ることができる効果的な横延伸
及び熱固定にかかわる製造方法を提供することにある。

（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
伸されたポリアミドフィルムを製造するに際し、テンタ
ーでフィルムを横方向に延伸し、次いで（１）式を満足
する冷却工程を設けてガラス転移点以下に冷却し、次い
でテンターによって（Tm−20）℃以下の温度で10％以下
の範囲の弛緩又は延伸を行いながら第１段の熱固定を行
い、次いでロールによって（Tm−60）℃以上の温度で10
％以下の範囲の弛緩又は延伸を行いながら第２段の熱固
定を行う事を特徴とするポリアミド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）、Ｗはフィルム幅（ｍ）を意味する。ここで、冷
却工程の長さＬは、実質的に冷却工程の前工程の温度以
下になる箇所から該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し、フ
ィルム幅Ｗは、テンター出口でのテンターのクリップ間
距離を意味するものとする。また、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。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明では、ポリアミド樹脂をその融点以上の温度に
加熱・溶融し、ス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ことは公知である。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、横延伸、冷却、熱固定工程が連接
している場合や、上記工程間に縦方向あるいは横方向あ
るいは縦横両方向の再延伸及び弛緩及び定長工程が含ま
れる場合は当然含まれる。さらに、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ポリアミド樹脂としては、ナイロ
ン−４、ナイロン−６ナイロン−９、ナイロン−11、ナ
イロン−６・６、ナイロン−６・10、ナイロン−10・10
等の脂肪族ポリアミド樹脂、及びポリヘキサメチリレン
アジパミド等の芳香族ポリアミド樹脂、イソフタル酸と
ヘキサメチレンジアミンからなる半芳香族アモルファス
ナイロン等、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。

本発明はポリアミドフィルムを横延伸、熱固定処理す
る際に、熱固定工程前のフィルムをガラス転移点以下に
冷却し、横延伸工程によって発生するボーイング現象を
減少するものであり、この冷却温度は低いほどボーイン
グ現象の減少の効果が向上する。冷却工程の長さＬとフ
ィルム幅Ｗとの比L/Wの値が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を選択すること
が好ましい。

さらに好ましくは、L/W≧3.0である。

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倍以上を選択することが好まし
い。

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
ィルムはガラス転移点以下に冷却され、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ことも本発
明に含まれる。

さらに、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
群に通すことが好ましく、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ことから速度制御が容
易であることが条件である。またニップロールは単独で
もあるいは両方相互に制御可能であることが好ましい。

また、熱固定においては、弛緩あるいは延伸を行なわ
ない場合も本発明に含まれる。また、第１段の熱固定に
おいては、延伸温度以上（Tm−20）℃未満で行うことが
好ましく、さらに好ましくは（Tg＋80）℃以上（Tm−2
0）℃未満の温度である。さらに、第２段の熱固定にお
いては、（Tm−40）℃以上（Tm−20）℃未満の温度で行
うのが好ましく、例えば、（Tm−20）℃以上の温度で行
うとロール上でスティック等が発生し製膜が困難にな
る。なお、上記においてTgはポリアミドフィルムのガラ
ス転移点、Tmは該フィルムの融点を意味する。

本発明では、第２段目の熱固定をロールによる方法で
行うことによって、第１段の熱固定での熱固定不足を補
うと共に、縦横両方向に弛緩あるいは延伸を行うことが
できるため均一な物性を有し、かつ十分な結晶化を施す
ことができ、第１段の熱固定での熱収縮応力を抑制する
ことによって、ボーイング現象を減少させ幅方向に均一
な物性を有したフィルムを得ることができる、 本発明において良好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とフィルム幅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ことを計算値より求め、実機で裏
付けし、いかなる場合も適用可能なことを見いだせたた
めである。

次に実施例を示す。

（実施例） 第１図は本発明において使用される装置の一例を示し
たものである。Ｔダイ１より押出されたポリアミド樹脂
はチルロール２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３及び３′によって縦
方向に延伸され、ついでテンター４のクリップ５（図示
せず）によってその両端を把持されつつ、予熱工程６を
通って横延伸工程７に入り横延伸される。さらにフィル
ムは冷却工程８に入り、熱固定工程９及び10を通り、第
１段の熱固定された後クリップ５から外されてテンター
から出て、ロール熱固定機11によって第２段の熱固定さ
れた後巻取り機12によって巻取られる。

本発明において、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２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（％） Ｗ＝フィルム幅（mm） ｂ＝ボーイング線の最大凹量（mm） によって算出した。

以下、いくつかの例を挙げて説明する。

実施例１ 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
って縦方向に3.5倍延伸し、その後テンターによって横
方向に3.7倍延伸し、二段熱固定した二軸配向ナイロン
−６フィルムとした。テンター内における温度は、予熱
温度を60℃、延伸温度を100℃、その後の冷却温度を45
℃、第１熱固定温度を195℃とし、ロールによる第２熱
固定温度を190℃とした。その後、通常のようにしてフ
ィルムを巻き取った。なお、冷却工程の長さＬとフィル
ム幅Ｗとの比L/W＝1.0とした。

実施例２ 実施例１において、第２段の熱固定の際に横方向に3.
5％の弛緩をする以外は実施例１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３ 実施例１において、冷却工程の長さＬとフィルム幅Ｗ
との比L/W＝2.0とする以外は実施例１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４ 実施例１において、冷却工程の長さＬとフィルム幅Ｗ
との比L/W＝3.0とする以外は実施例１と同様にして二軸
配向ナイロン−６フィルムを得た。

比較例１ 実施例１において、冷却工程を行わない以外はすべて
実施例１と同様にして二軸配向ナイロン−６フィルムを
得た。

比較例２ 実施例１において、第２段の熱固定を行わない以外は
すべて実施例１と同様にして二軸配向ナイロン−６フィ
ルムを得た。

比較例３ 実施例１において、冷却工程と第２段の熱固定を行わ
ない以外はすべて実施例１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を表
１に示す。

（発明の効果） 比較例（冷却を行なわないか、あるいはロールによる
第２段の熱固定を行わない場合）は著しいボーイング歪
が発生するが、本発明の実施例ではポリアミドフィルム
を横延伸、熱固定する工程において発生するボーイング
現象を抑制し、フィルムの横方向に均一な物性を有する
フィルムを製造できることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するに使用する装置の一例を概略
断面図で示したものであり、第２図はボーイング歪の算
出方式を示したものである。 図中、１はＴダイ、２はチルロール、３及び３′はロー
ル延伸機、４はテンター、５はテンターのクリップ、６
は予熱工程、７は横延伸工程、８は冷却工程、９及び10
は熱固定工程、11はロール熱固定機、12は巻取り機をそ
れぞれ示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−130127（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−193328（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−57628（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 55/02 - 55/28 C08J 5/18

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ポリアミド
   フィルムを製造するに際し、テンターでフィルムを横方
   向に延伸し、次いで（１）式を満足する冷却工程を設け
   てガラス転移点以下に冷却し、次いでテンターによって
   （Tm−20）℃以下の温度で10％以下の範囲の弛緩又は延
   伸を行いながら第１段の熱固定を行い、次いでロールに
   よって（Tm−60）℃以上の温度で10％以下の範囲の弛緩
   又は延伸を行いながら第２段の熱固定を行う事を特徴と
   するポリアミド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）、
   Ｗはフィルム幅（ｍ）を意味する。