JP3792889B2

JP3792889B2 - フィルムのインフレーション成形法とその装置

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Publication number: JP3792889B2
Application number: JP11698598A
Authority: JP
Inventors: 淳夫吉川
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2018-04-27
Also published as: JPH11309775A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂からなるフィルムのインフレーション成形法とこれに用いる装置に関する。さらに詳しくは、ポリエチレンや光学的異方性の溶融相を形成し得るポリマー（以下、液晶ポリマーということがある）などの熱可塑性樹脂からなる円筒状フィルムをインフレーション成形するとき、ダイから押し出される円筒状軟化樹脂（以下、バブルと略記する）を安定化させて、得られるフィルムの厚みや物性の均一性を向上させ得るインフレーション成形法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インフレーション成形法は、装置が簡易で安価なことから、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、線状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量高密度ポリエチレン（ＨＭＷＨＤＰＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの熱可塑性樹脂からなるフィルムの製造に広く利用されている。
【０００３】
インフレーション成形法では、成形ダイの環状スリットから押し出されたバブルが、引き取りと膨張によってそれぞれ縦および横方向に延伸され、膨張過程が終了して径の変化がなくなった時点、つまり固化点（以下、フロストラインと略記する）において、バブル形態が固定する。そして、バブルが未だ軟化状態にあって膨張しながら固化状態へと移行（以下、この部位をバブルネックと略記する）する際に、得られるフィルムの厚みや物性が決定されるので、バブルネックの円周方向の膜厚を均一化し、かつバブルネックの形状安定性を高めることが非常に重要となる。バブルの膨張過程での形状を決定する要因としては、樹脂溶融張力、樹脂溶融温度、樹脂吐出量、引き取り速度、冷却能力などがある。
【０００４】
インフレーション成形するとき、例えばＨＤＰＥやＨＭＷＨＤＰＥなど溶融張力の比較的高いポリエチレンの場合には、高フロストライン型（フロストラインの高さ位置がダイ出口から大きく離れた型を意味する）のバブル形状が多用され、高速度で高強度のバランスフィルムが製造されている。しかし、この場合フロストラインがダイ上面より非常に高くなるため、軟化状態にあるバブルネックが不安定となって、環境気流の乱れなど外乱の影響を受け易い。このため、得られるフィルムの厚みや物性の均一性が損なわれ易く、また弛みや皺の発生原因となる。
【０００５】
また、ＬＤＰＥやＬＬＤＰＥなど溶融張力の比較的低いポリエチレンや現在盛んに開発が進められているＬＣＰにおいては、低フロストライン型（フロストラインの高さ位置がダイ出口に近い型を意味する）のバブル形状が多用されている。しかし、この場合、生産性を高めるため、バブルを高速生産するとき、そのフロストラインが高くなる結果、バブルが揺れたりして不安定となるので、上記高フロストライン型の場合と同様の結果を招く。
【０００６】
さらに、高速生産時には引き取り方向（以下、ＭＤ方向と略記する）への延伸が強まり、ドラフト比（環状スリットから出る樹脂の吐出速度に対する固化インフレーションフィルムの引き取り速度の比）が高まる結果、同方向への配向が促進されてＭＤ方向の強度が増大するのに対し、これと直角方向（以下、ＴＤ方向と略記する）の強度が著しく低下するため、縦横の強度バランスが損なわれる。そこで、ＴＤ方向の延伸を強めるために、ブロー比（ダイのアウターリップ内径に対する固化インフレーションフィルム外径の比）を高めることが試みられている。しかし、このようにすれば、リップ径に対しバブル径が大きくなり、バブルネックが不安定になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、バブルネックの安定化対策として、ダイのインナーリップ上に、その外径以下の直径を有する円筒体を直立状に立設してバブルを支持する方法が提案されている。しかし、このような方法を採用しても、上記した高フロストライン型のバブル形状の場合は、膨張が本格的に開始する高さ位置よりも下流側においてバブルを効果的に支持できなかったり、また上記低フロストライン型のバブル形状の場合でも、バブルと円筒体の接触長さが短すぎて有効に機能させることができないのが実状である。
【０００８】
また、別の安定化対策として、フロストラインから遠く離れた下流位置で何らかの手段でバブルを支持する方法も提案されている。しかし、この支持方法によっても、バブルネック部分の形態を十分には安定化させることができない。以上のことから、バブルの揺れをなくし、かつバブルネックの安定性を確保して、フィルムの厚みや物性を均一化することが望まれている。
【０００９】
本発明者等は、バブルネックを安定化させるための研究を行ったところ、次のことが判明した。つまり、従来のインフレーション成形法の通念によれば、バブルをフロストライン近傍で支持すると、バブルの形状が変形してバブルネックの不安定化を招くとされていた。しかし、本発明者等の研究結果によれば、バブルの変形現象は、樹脂溶融張力、樹脂溶融温度、樹脂吐出量、フィルム引き取り速度、冷却能力などの経時的変動と、バブルの円周方向の変動が激しい場合に発生することを突き止めた。そして、バブルの膨張過程が終了して径の変化がなくなるフロストライン近傍のある領域において、バブル外表面を、周方向に離れた少なくとも３点で支持すれば、バブルの揺れを効果的に阻止し、かつバブルネックの安定性を十分に確保できることを見出した。そこで、本発明の目的は、得られるフィルムの厚みや物性の均一性を向上でき、しかもフィルムの弛みや皺の発生をなくして外観の良好な製品を得ることができるインフレーション成形法と装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のインフレーション成形法と装置は、バブル外表面の周方向に実質的に等間隔に離れた少なくとも３点を支持体に接触させて支持し、これら支持体による支持位置を、フロストラインにおけるバブル径より１０％小さい膨張過程にある上流側位置から、フロストラインを越えた下流側で、フロストラインを挟んで前記上流側位置と対称になる位置までの領域（以下、特定領域と略記することがある）に設定している。
【００１１】
本発明で使用する熱可塑性樹脂としては、特に制限はないが、例えば低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、α−オレフィン重合体、エチレン−不飽和エステル共重合体などのオレフィン系樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂、軟質塩化ビニル樹脂、軟質塩化ビニリデン樹脂、光学的異方性の溶融相を形成し得る例えばサーモトロピック液晶ポリエステルおよびサーモトロピック液晶ポリエステルアミドなどの熱可塑性液晶ポリマーを挙げることができる。特に前記液晶ポリマーは、インフレーション成形するとき、ＭＤ方向だけでなく、これと直交するＴＤ方向にも応力が加えられて、ＭＤ方向とＴＤ方向との間における機械的性質および熱的性質のバランスの良いフィルムとなるので、より好適に用いることができる。また、以上の各樹脂には、各種添加剤や各種フィラーを混合してもよい。
【００１２】
前記樹脂は、成形ダイの環状スリットからバブルネックを形成しながら円筒状バブルとなって押し出され、このときバブル内に吹き込まれた空気の圧力によって膨張しながら下流側に機械的に引き取られる。このとき、空気による膨張と下流側への引き取りによって、それぞれ縦および横方向に延伸され、前記バブルの膨張過程が終了して径の変化がなくなるフロストラインで冷却によりバブルが固化して形態が固定する。
【００１３】
そして、以上のインフレーション成形時に、上記した特定領域に少なくとも３個の支持体を等間隔に配置し、これら支持体によりダイから押出されたバブルの外周を支持させる。このとき、各支持体を特定領域から外れて配置すると、得られるフィルムの厚みや力学物性の均一性が得られず、また外観も悪くなる。
【００１４】
前記支持体は、前記バブルを輪切りにする平面内で、その中心と支持体との角度（以下、接触角と略記する）が少なくとも１２０度となるように周方向に離れた３個所以上に等間隔に配置する。なお、前記バブルを２点以下で支持させる場合は、該バブルに揺れが発生して、バブルネックの安定性を確保できない。
【００１５】
以上のように、前記特定領域に配置した各支持体をバブルの外周に等間隔に接触させて支持することにより、該バブルの揺れが阻止され、かつバブルネックの安定性が確保され、得られるフィルムに弛みや皺が発生することなく、該フィルムの厚みや物性の均一化が可能となる。
【００１６】
前記各支持体は、前記フロストラインにおけるバブル径より１０％小さい膨張過程にある位置から、フロストラインの位置までの領域に配置することが、より好ましい。このようにすれば、バブルの揺れが効果的に阻止され、バブルネックの十分な安定性が確保される。
【００１７】
特に、ブロー比を高めたインフレーション成形法を採用する場合、前記支持体によるバブルの支持位置は、フロストライン寄りではなく、最終バブル径より１０％小さい膨張過程にある位置寄りの方が好ましい。
【００１８】
また、前記バブルやバブルネックをより安定化させるためには、接触角が６０度以下となるように、前記支持体の６個以上をフィルムの周方向に等間隔に配置することが好ましい。
【００１９】
さらに、前記バブルやバブルネックの一層の安定化を図るためには、バブルの高さの異なる少なくとも２個所に支持体群を配置し、この少なくとも２個所でバブルの外周面を各支持体群に接触させて支持させることが好ましい。この場合、少なくとも１つの支持体群は、前記特定領域に配置する必要がある。また、他の支持体群は、フロストラインよりも下流側位置の、特定領域外に配置してもよい。
【００２０】
前記各支持体の素材としては、該支持体と接触する高さ位置におけるバブルの表面温度以上の耐熱性を有し、かつバブルに接触したときに痕跡を残さない限り特に制限はなく、例えば、テフロン、金属、木材、布などの素材およびこれらの複合材が好適に使用される。
【００２１】
また、前記支持体の形状は、バブルに痕跡を残さない限り特に制限はないが、円筒形または角形が好ましく、回転型または固定型のどちらでもよい。フィルム表面の粘着性が大きい時にはバブルに接触した時に摩擦力がかからないようにする点で、特に好ましくは回転型の円筒形支持体がよい。
【００２２】
以上のように、前記支持体で支持しながらバブルを押し出して成形する場合、該バブルやバブルネックをより安定化させるために、樹脂溶融張力、樹脂溶融温度、樹脂吐出量、フィルム引き取り速度、冷却能力などの経時的変動と、バブルの円周方向の変動をなくして均一化させることが望ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１はインフレーション用成形ダイの全体構造を示す。このダイ１は、インナーリップ２、アウターリップ３、内部マンドレル４、ダイ本体５、押出成形機側に固定される底板６とで構成されている。前記ダイ１には、底板６からマンドレル４とダイ本体５の間、インナーリップ２とアウターリップ３の間、これら各リップ２，３の出口側に形成されるバブル成形用の環状スリット７、つまりダイ１の出口にかけて、ポリマー流路８が形成されている。また、前記ダイ１には、底板６からマンドレル４とインナーリップ２の出口側にかけて、バブル内に空気を吹き込むための空気通路９が形成されている。
【００２４】
図１の実施形態では、前記マンドレル４の外周にポリマーの流量を均一化するためのスパイラル４ａを設けている。また、前記ポリマー流路８の最終域であるインナーリップ２とアウターリップ３の間に形成されるダイランド部８ａは、数ｍｍから数１０ｍｍの長さを有し、その長さにわたって同一径とするのが通常である。しかし、本発明では、ダイランド部８ａを各リップ２、３の内部からリップ出口側にかけて円錐状に拡径または縮径させることが可能である。
【００２５】
押出成形機からの溶融樹脂は、前記ダイ１のポリマー流路８を経て環状スリット７から、バブルネック１０を形成しながら円筒状バブル１１の形のフィルムとなって上方側（下流側）へと押し出され、バブル１１内に前記空気通路９から空気が吹き込まれ、図示しない引取ローラによって上方（下流）に引き取られる。このとき、バブル１１内に吹き込まれた空気と引取ローラによる上方への引き取りにより、ＭＤ方向およびＴＤ方向に延伸され、バブル１１の膨張過程が終了して径の変化がなくなるフロストライン（固化点）１２において、バブル外部を下から上に流れる冷却風によって冷却されてバブル１１が固化し、形態が固定化する。
【００２６】
そして、前記ダイ１の上方位置に、バブル１１の外周面に接触する少なくとも３個のロールのような支持体１３を周方向に等間隔に配置し、これら支持体１３でバブル１１の外周面を支持することにより、該バブル１１の揺れを阻止してバブルネック１０の安定化を図る。前記各支持体１３は、前記フロストライン１２でのバブル径Ｒより１０％小さい膨張過程にあるバブル上流側の位置Ａから、フロストライン１２を越えたバブル下流側における前記上流側位置Ａとフロストライン１２を挟んで対称となる位置Ｂまでの特定領域に配置する。特に、バブル１１の外周面で高さの異なる複数個所に支持体１３群を配置する場合、少なくとも１つの支持体１３群は、前記点線Ａの位置とフロストライン１２との領域に配置する必要があり、これによりフィルムの優れた特性が得られる（後述する表１の実施例１による結果、参照）。前記支持体１３は、図１では、同一円周上に配置されているが、バブル１１の軸方向に若干離れて配置してもよい。また、ダイ１を上方に配置して、バブル１１をダイ１から下方に引き出してもよい。
【００２７】
【実施例】
次に、本発明を具体的に実施例を挙げて説明する。但し、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
実施例１
内径４０ｍｍのアウターリップと、外径３９ｍｍのインナーリップとで構成した０．５ｍｍの環状スリットから、ｐ−ヒドロキシ安息香酸と６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸の共重合物で、融点が２８０℃の熱可塑性液晶ポリエステルを、吐出量９Ｋｇ／時で押出し、ドラフト比＝５．２、ブロー比＝３．２（最終バブル径１２８ｍｍ）の条件で延伸した。この結果、ダイ上面からのフロストラインの高さが２０ｃｍで、厚み３０μｍのバブルが形成された。最終バブル径の９０％の位置は、フロストラインよりも３０ｍｍ下方であった。つまり、特定領域は、フロストラインの下方３０ｍｍから上方３０ｍｍまでの領域であった。
また、インフレーション成形時、バブル径１１９ｍｍの位置（フロストラインの下方２５ｍｍで、最終バブル径の９３％に相当）と、フロストラインの上方２５０ｍｍの異なる高さの２平面上に、それぞれ接触角１２０度になるように支持体である直径２５ｍｍのテフロン製フリーロールの各３本ずつを等間隔に配置し、これらフリーロールをバブルに軽く接触させて支持した。得られたフィルムの膜厚と力学物性（引張強度、弾性率）および外観について試験または観察を行った結果を、表１に示す。
【００２８】
実施例２
実施例１と同一条件でのインフレーション成形時に、フロストラインの上方２５ｍｍと２５０ｍｍの２平面上において、テフロン製フリーロールの各３本ずつをバブルの外周面に等間隔に接触させ、他は実施例１と同様にしてバブルを形成した。得られたフィルムについて、実施例１と同様の試験または観察を行った結果を表１に示す。
【００２９】
比較例１
実施例１と同一条件でのインフレーション成形時に、フロストラインの上方５０ｍｍと２５０ｍｍの２平面において、テフロン製フリーロールの各３本ずつをバブルの外周面に等間隔に接触させ、他は実施例１と同様にしてバブルを形成した。得られたフィルムについて、実施例１と同様の試験または観察を行った結果を表１に示す。
【００３０】
比較例２
実施例１と同一条件でのインフレーション成形時、バブル径１０９ｍｍの位置（フロストラインの下方３５ｍｍで、最終バブル径の８５％に相当）と、フロストラインの上方２００ｍｍの２平面上において、テフロン製フリーロールの各３本ずつをバブルの外周面に等間隔に接触させ、他は実施例１と同様にしてバブルを形成した。得られたフィルムについて、実施例１と同様の試験または観察を行った結果を表１に示す。
【００３１】
上記試験結果として表１に示す膜厚は、デジタル厚み計（ミツトヨ製、ＬＶＤＴ）を用い、得られたフィルムをＴＤ方向に１ｃｍ間隔で測定し、中心値に対するＴＤ方向の変動幅を調べた。
【００３２】
力学物性（引張強度および弾性率）は、得られたフィルムを円周方向に１０等分する位置から試料を切り出し、ＡＳＴＭＤ８８２の方法に準じてＴＤ方向の特性値を測定し、中心値に対するＴＤ方向の変動幅を調べた。
【００３３】
また、外観は、得られたフィルムを目視により観察した。そして、弛みや皺およびフリーロールの接触跡が全くないものを最良とし、接触跡などが若干はあるものの商品化可能なものを良好とし、接触跡などが大きく残って商品化できないものを不良とした。
【００３４】
【表１】

【００３５】
上記表１から明らかなように、比較例１、２で得られたフィルムは、膜厚の変動幅が大きく、また引張強度と弾性率の変動幅が大きく、しかも外観も悪い。特に比較例２のフィルムは、その表面にフリーロールの接触跡が大きく残り、外観の悪いものであった。
【００３６】
上記の各比較例に対し、実施例１、２で得られたフィルムは、膜厚の変動幅が少なく、また引張強度と弾性率の変動幅が少なく、しかも外観も良好であった。特に実施例１のフィルムは、膜厚、引張強度、弾性率の変動幅が非常に少なく、また外観も最良であった。このことから、少なくとも前記フリーロール群の１つを、前記点線Ａの位置とフロストライン１２との間に配置することが、得られるフィルムの特性上最適であることが理解できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、得られるフィルムの厚みや物性の均一性を向上でき、しかもフィルムの弛みや皺の発生をなくして良好な製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるインフレーション成形装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１…ダイ、７…スリット、１１…円筒状フィルム（バブル）、１２…固化点（フロストライン）、１３…支持体。

Claims

熱可塑性樹脂からなる円筒状フィルムを成形するインフレーション成形法において、ダイの環状スリットから押出して成形される円筒状フィルムの外表面を周方向に実質的に等間隔に離れた少なくとも３点で支持体に接触して支持し、この支持位置を、前記フィルムの膨張過程が終了して径の変化がなくなる固化点でのフィルム径より１０％小さい膨張過程にある上流側位置から、前記固化点を越えた下流側で、該固化点を挟んで前記上流側位置と対称となる位置までの領域に設定していることを特徴とするインフレーション成形法。
請求項１において、前記ダイの環状スリットから押出して成形されるフィルムを、前記固化点とフィルム径より１０％小さい膨張過程にある位置との間で支持するインフレーション成形法。
請求項１または２において、前記フィルムの材料として光学的異方性の溶融相を形成し得るポリマーを用いるインフレーション成形法。
熱可塑性樹脂からなる円筒状フィルムを成形するインフレーション成形装置において、ダイの環状スリットから押出成形される円筒状フィルムの押出方向で、該フィルムの膨張過程が終了して径の変化がなくなる固化点でのフィルム径より１０％小さい膨張過程にある上流側位置から、前記固化点を越えた下流側で、該固化点を挟んで前記上流側位置と対称となる位置までの領域で、周方向に実質的に等間隔に離れた少なくとも３個所に、前記フィルムの外表面に接触して支持する支持体を設けていることを特徴とするインフレーション成形装置。
請求項４において、前記支持体を、前記フィルムの押出方向で固化点とフィルム径より１０％小さい膨張過程にある位置との間に設けている
インフレーション成形装置。
請求項４または５において、前記フィルムの材料として光学的異方性の溶融相を形成し得るポリマーを用いるインフレーション成形装置。