JP4739005B2 - ダイスおよびフィルムの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融樹脂の押出成膜に用いられるダイスおよびフィルムの製造方法に関する。

熱可塑性樹脂を用いてフィルムを成形するには、該熱可塑性樹脂を溶融させ、この溶融樹脂をダイスから押し出す押出成膜の方法が広く用いられている。従来のダイスにおいては、異物の引っ掛かりを抑制する等の観点により、ダイスの内面は平滑に加工されている。従来は、例えばメッキ面等の表面加工により、表面粗度として、最大高さＲｙが０．１〜０．２程度のダイスが用いられている（例えば特許文献１）。
また、特許文献２には、ダイの押出面に付着する「目やに」を軽減するため、ダイの接液面の表面粗さの最大高さ（Ｒｙａ）と大気開放面の表面粗さの最大高さ（Ｒｙｂ）の比（Ｒｙｂ／Ｒｙａ）が１．５〜２０の範囲にあるダイの提案がある。この提案における大気開放面とは、接液面に隣接して大気に開放された、ダイの外面である（特許文献２の段落００１０参照）。
特開２００２−３３１５６４号公報 特開平１０−２６４２２９号公報

近年、樹脂製品においても多品種生産の要求がますます高まっている。樹脂の色や種類を変更するとき、新しい樹脂を流して変更前の樹脂をパージ（追い出し）する作業が必要である。この作業にはかなりの時間や樹脂量が必要であり、生産性の点で問題である上、古い樹脂が残留すると、新しい樹脂で成形した製品に混入して、製造不良となる。
また、溶融樹脂の滞留や付着による樹脂の炭化の促進、フィルムの幅方向における厚さのバラツキなどの問題があり、このような現象が生じると、フィルムの製造不良となり、歩留まりに悪影響を与えることになる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溶融樹脂の流動性や離型性を向上し、パージ性を改善できるダイスおよびフィルムの製造方法を提供することを課題とする。本発明は、さらに、パージ性の改善とともに、フィルムの幅方向における厚さのバラツキを低減できるダイスおよびフィルムの製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、溶融樹脂を押出成膜するダイスにおいて、ダイスの内面のうちマニホールド部は、ウォーターホーニングにより粗面化されており、前記マニホールド部の表面粗度の最大高さＲｙが１．５≦Ｒｙ≦２．５の範囲内であることを特徴とするダイスを提供する。
さらにダイスの内面のうちランド部の表面粗度の最大高さＲｙは、１．５≦Ｒｙ≦４の範囲内であることが好ましい。

また、本発明は、上述のダイスを用いて溶融樹脂を押出成膜することを特徴とするフィルムの製造方法を提供する。
前記樹脂としては、例えばポリオレフィンを用いることができる。

本発明によれば、ダイスの内面のうちマニホールド部の表面粗度を最適化することにより、パージ性を改善して、より短時間、少量の樹脂を用いてパージを確実に行うことができる。
さらにダイスの内面のうちランド部の表面粗度を最適化することにより、溶融樹脂の滞留や付着による樹脂の炭化などが抑制され、フィルムの幅方向における厚さのバラツキの小さいフィルムを得ることができる。
これらの結果、フィルムの生産性や品質、歩留まりを改善することができる。

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、ダイスの概略構成を示す断面図である。図１に示すダイス１において、符号２はダイ本体である。このダイ本体２はフィルムの幅方向に対応して幅方向（図１の紙面に垂直な方向）に延設されている。ダイ本体２の内部には、ダイ本体２の幅方向に溶融樹脂を均等に分配するための空間であるマニホールド部３が形成されている。

図２は、このダイスを具備する押出成膜装置の一例を示す概略斜視図である。図２は、押出成膜装置１０のうち押出機１１とその先端に取り付けたダイス１を示し、簡略のため他の構成要素の図示を省略したものである。
マニホールド部３の上方には、マニホールド部３に連通する溶融樹脂供給路４が形成されており、図２に示すように、押出機１１内で加熱溶融され、さらに混練された溶融樹脂が溶融樹脂供給路４を経由してマニホールド部３に供給されるようになっている。

マニホールド部３の下方には、厚さが同一となるよう平行に垂下し、ダイ本体２の下端に開口するスリット状のランド部５が形成されている。また、ダイ本体２の下端からは、ダイ本体２のランド部５を介した両側からランド部５の厚さ方向中央部に向け、一対のリップ部６がそれぞれ突出している。この結果、ランド部５の下方には、リップ部６同士の間に離間するスリット７が形成される。スリット７の前後方向の間隔は、リップ部６の上下動により調整することができる。

ダイス１の内面は、溶融樹脂が接触しうる面であり、本発明では、ダイス１の内面を粗面化する。これにより、溶融樹脂の流動性の改善に対して大きな効果を得ることができる。ダイス１の内面には、マニホールド部３、溶融樹脂供給路４、ランド部５、および、リップ部６のスリット７に臨む内面６ａなどが含まれる。

本発明においては、ダイス１の内面のうちマニホールド部３の最大高さＲｙを０．５≦Ｒｙ≦１０の範囲内とする。マニホールド部３の最大高さＲｙは、より好ましくは１．０≦Ｒｙ≦４、さらに好ましくは１．５≦Ｒｙ≦２．５の範囲内とすることが好ましい。
このようにマニホールド部３の表面粗さを最適化することにより、マニホールド部３の内面に対する樹脂の流動抵抗を軽減し、マニホールド部３内における溶融樹脂の流動性、離型性を高め、パージ性を改善することができる。この結果、より短時間、少量の樹脂を用いてパージをより確実に行うことができる。

本発明においては、マニホールド部３の最大高さＲｙを上記の範囲内とした上で、さらにダイス１の内面のうちランド部５の最大高さＲｙを０．５≦Ｒｙ≦１０の範囲内とすることが好ましい。ランド部５の最大高さＲｙは、より好ましくは１．５≦Ｒｙ≦４の範囲内とすることが好ましい。
これにより、ランド部５における溶融樹脂の流動性や離型性が改善され、フィルムの幅方向における厚さのバラツキの小さいフィルムを製造することができる。

本発明において、最大高さＲｙとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に規定される最大高さＲｙ（またはＲｍａｘともいう。）であり、μｍを単位として表した数値である。

これらマニホールド部３、ランド部５など、ダイス１の内面のＲｙを上記の範囲内に調整する方法は特に限定されるものではないが、例えば、ウォーターホーニングやサンドブラストなどにより、ダイス１の内面を粗面化する方法等が挙げられる。
なかでもウォーターホーニングは、マニホールド部３の粗面化に適用した場合、パージ性が優れた表面が得られやすいので好ましい。

すなわち、図３に示すように、サンドブラストによる表面粗さ曲線（図３（ａ）、Ｒｙ＝３．０μｍ、Ｒａ＝０．３７μｍ）に比べて、ウォーターホーニングによる表面粗さ曲線（図３（ｂ）、Ｒｙ＝３．７μｍ、Ｒａ＝０．２９μｍ）は、Ｒｙが同程度でもＲａの小さな（振幅の小さな）粗さ曲線を呈する表面が得られ、このことがパージ性の改善には一層有利である。
ダイス１の内面の粗面化は、図４に示すように、ダイ本体２を２つに分割し、内面を開いた状態で片側ずつ処理することにより、容易に内面の粗面化処理を行うことができる。

上述のようにマニホールド部の内面を粗面化したダイスを用いることにより、溶融樹脂の流動性や離型性が改善され、フィルム成形に用いる樹脂をパージして色や種類等が異なる樹脂に置換するときのパージ性が向上される。従って、生産時のフィルムへの異樹脂の混入や、樹脂の置換に要するパージ樹脂の量や時間を低減し、低コスト化、生産性の向上を図ることができる。すなわち、樹脂の置換後に、より迅速に生産を開始することができ、また生産開始後の製品の歩留まりを向上することができる。

また、さらにランド部の内面を粗面化したダイスを用いることにより、フィルムの幅方向における厚さのバラツキの小さいフィルムを製造することができる。
この理由としては、ダイス内面の金属表面における流動性を向上されることにより、手前の流路で発生している溶融樹脂の流れをレベリングされ、また、金属表面での離型性が向上されることにより、溶融樹脂の金属表面への付着や樹脂流の滞留が低減され、流路面の樹脂による流れの阻害が抑制されるためと考えられる。

（試験例１）
ダイスの内面を粗面化した効果を検証するため、図５に示すように押出機２１の長手方向に対してＴ字型にダイス２２を取り付けた押出成膜装置２０を用意した。ダイス２２は、幅方向の一方の側においてマニホールド部の内面をウォーターホーニングにより粗面化するとともに、他方の側においてマニホールド部の内面を鏡面化したものを用いた。マニホールド部の内面の表面粗さは、粗面部分においてＲｙ＝２．０μｍ、鏡面部分においてＲｙ＝０．２μｍである。
このような押出成膜装置２０によれば、押出機２１の長手方向に対して、ダイス２２の粗面部分と鏡面部分とが対称に位置するので、図２に示す通常の設置状態に比べて溶融樹脂の流れ方向の影響が生じにくく、より等しい条件にて両者の性能を比較できるものと考えられる。

上記の押出成膜装置２０を用いてポリエチレン（ＰＥ）を押出成形したときのリップクリアランス（左軸、棒グラフ）と、幅方向における膜厚の変動（右軸、折れ線グラフ）を図６に示す。図６において、測定位置０〜２５０ｍｍの範囲がマニホールド部の内面を粗面化した部分に、測定位置２５０〜５００ｍｍの範囲がマニホールド部の内面を鏡面化した部分に対応している。

また、ポリエチレンの押出成形を５回繰り返して実施し、得られたフィルムを粗面部分から押出成形された部分と鏡面部分から押出成形された部分とに切り分け、それぞれの質量を測定した。フィルムの質量と押出に要した時間とから樹脂の平均流量を算出した結果を表１に示す。

図６及び表１に示す結果から分かるように、マニホールド部の内面を粗面にした部分では樹脂の平均流量が大きくなり、膜厚が厚く、幅方向における膜厚のばらつきが小さいフィルムが得られた。これに対して、マニホールド部の内面を鏡面にした部分では樹脂の平均流量が比較的小さく、ダイスの幅方向の中央部（測定位置が２５０ｍｍに近い部分）から端部（測定位置が５００ｍｍに近い部分）に向かって膜厚が減少傾向にあり、幅方向における膜厚のばらつきが大きくなる結果となった。また、マニホールド部の内面を鏡面にした部分の端部（測定位置が５００ｍｍに近い部分）ではリップクリアランスが拡大する現象が生じていることから、マニホールド部の内面を鏡面にした部分では溶融樹脂の流動抵抗が大きいために押出圧力が過大になっているものと考えられる。

試験例１のダイス２２において樹脂がパージされる様子を検証するため、着色した樹脂を用いてフィルムの押出成膜を行った。先に緑色に着色したＰＥを用いてフィルムを製造したのち、青色に着色したＰＰを押し出して、切り替え時間の差を測定した。パージの途中では、図７に示すように、ダイス２２から押し出されるフィルムは、中央線Ｃに近い側から新しい樹脂（青色ＰＰ）が押し出され、両外側では古い樹脂（緑色ＰＥ）の幅が徐々に狭くなっていく様子を確認することができた。このとき、粗面化処理をした側（図７左側）では、鏡面化処理をした側（図７右側）に比べて、新しい青色ＰＰが押し出される幅の広がる速さが速かった。青色ＰＰの帯が押出フィルムの端に達するまで（緑色ＰＥの帯が見えなくなるまで）の時間を樹脂切り替え時間として測定したところ、樹脂切り替え時間は、粗面化処理をした側で６分３０秒、鏡面化処理をした側で７分３０秒であり、粗面化処理による樹脂切り替え時間の短縮効果を検証することができた。

（試験例２）
ランド部のＲｙが表２に示す範囲であるダイスを用意し、それぞれのダイスを用いて厚みが約３００μｍのポリオレフィンフィルムを製造した。ポリオレフィンフィルムとしては、ポリプロピレン（ＰＰ）を用いた。

フィルムの幅方向に、等間隔に７６個の測定点を設定し、順に番号１〜７６とした。実施例１および比較例１のダイスより押出成形されたフィルムについて、フィルムの幅方向の各測定点におけるフィルムの厚さを測定した。
実施例２のダイスにおいては、加工条件や設備等を変更することなく押出成形加工を行った１回のロットについて、押出成形加工を開始した直後のフィルムを実施例２−１とし、押出成形加工を約６５時間継続した後のフィルムを実施例２−２とする。
また、比較例２のダイスから押出成形加工されたフィルムの比較例は、比較例２−１とする。

図８〜図１０に、上記測定によって示されたフィルムの幅方向における厚さの変動の様子を示す。図８は、実施例２−１のフィルムに対応する測定結果を示すグラフであり、図９は、実施例２−２のフィルムに対応する測定結果を示すグラフであり、図１０は、比較例２−１のフィルムに対応する測定結果を示すグラフである。
また、各フィルムの幅方向における厚さのバラツキを指標化するため、それぞれのフィルム厚さの測定結果について、厚さのレンジ（最大値と最小値との差）および標準偏差を求めた。この結果を表３に示す。表３には、各フィルムの成形に用いたダイスのＲｙ（表１参照）を併せて示した。

図８〜図１０及び表３に示す結果から明らかなように、実施例のダイスを用いてフィルムを製造した場合には、比較例のダイスを用いてフィルムを製造した場合と比較して、フィルムの幅方向における厚さのバラツキを低減することができた。

本発明は、例えばポリオレフィン等の熱可塑性樹脂の押出成形によるフィルムの製造に利用することができる。

ダイスの概略構成を示す断面図である。 ダイスを具備する押出成膜装置の一例を示す概略斜視図である。 （ａ）はサンドブラストにて粗面化された表面の粗さ曲線の一例であり、（ｂ）はウォーターホーニングにて粗面化された表面の粗さ曲線の一例である。 ダイスを開いた状態を示す断面図である。 試験例１で用いたダイスを具備する押出成膜装置の概略斜視図である。 試験例１の試験結果を示すグラフである。 試験例１のダイスにおいて樹脂がパージされる様子を示す模式図である。 実施例２−１のフィルムの幅方向における厚さの変動の測定結果を示すグラフである。 実施例２−２のフィルムの幅方向における厚さの変動の測定結果を示すグラフである。 比較例２−１のフィルムの幅方向における厚さの変動の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１…ダイス、２…ダイ本体、３…マニホールド部、４…溶融樹脂供給路、５…ランド部、６…リップ部、１０…押出成膜装置。

Claims (4)

1. 溶融樹脂を押出成膜するダイスにおいて、ダイスの内面のうちマニホールド部は、ウォーターホーニングにより粗面化されており、前記マニホールド部の表面粗度の最大高さＲｙが１．５≦Ｒｙ≦２．５の範囲内であることを特徴とするダイス。
2. さらにダイスの内面のうちランド部は、表面粗度の最大高さＲｙが１．５≦Ｒｙ≦４の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のダイス。
3. 請求項１または２に記載のダイスを用いて溶融樹脂を押出成膜することを特徴とするフィルムの製造方法。
4. 前記樹脂がポリオレフィンであることを特徴とする請求項３に記載のフィルムの製造方法。

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