JP5598930B2 - 押出成形用ダイ及び押出成形用ダイの調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、Tダイを使用した幅方向に厚さが均一なフィルムを製造することができる押出成形用ダイ及び押出成形用ダイの調整方法に関する。

フィルムなどを製造する押出成形機にはTダイが好適に使用されており、このTダイはマニホールドとスリットから構成されている。一般に、Tダイの中央部分、すなわちマニホールドとスリットの中央部分は溶融樹脂が流れやすく、Tダイの幅方向の両端部は溶融樹脂の流れが悪く均一な厚さのフィルムを得るのが困難である。このため、Tダイの幅方向にわたって流路抵抗を均一にし、流量分布を均一にすることができるコートハンガー形のTダイが使用されている。

しかしながら、コートハンガー形のTダイは、構造上上流から下流に向かう流路方向の寸法が大きくなりTダイ全体のサイズが大きくなるという問題がある。また、吐出口の中央部分が開く口開きの問題を生じ、加工が困難であるという問題がある。これらの問題を解決するため、特許文献１に、マニホールド形状をストレートマニホールドとし、同マニホールドに続いてダイ中央部から両端部に向かって長さが漸増する通路と、同じく長さが漸減するスリットを形成した押出成形用ダイが提案されている。

また、特許文献２に、流路長さが幅方向に一定に形成されたストレートマニホールド形のマニホールドと、同マニホールドに連設されダイ中央部からダイ両端部に向かって流路長さが漸増する漸増通路と、流路長さが漸減する漸減通路とを備えた押出成形用ダイであって、上記マニホールドの流動方向に沿う断面形状を、その高さ（h）を一定とし幅（W）をダイ中央部から両端部に向かって漸減せしめた押出成形用ダイが提案されている。この押出成形用ダイによると、上記特許文献１に提案されたTダイの溶融樹脂流量の均一性を改善することはできるが、その両端部の溶融樹脂の通路断面積が大きくなり溶融樹脂の流速が低下し滞留が生ずるという問題を解決することができるとされる。

また、特許文献３に、Tダイの両端部に向かって断面形状が減少するマニホールドと、該マニホールドの径より狭い流路厚みを有すると共に流体のダイへの流入口からダイ端部方向へ向かって流路長が漸増する第１のスリットと、第１のスリットより狭い流路厚みを有すると共に流体のダイへの流入口からダイ端部方向へ向かって流路長が漸減する第２のスリットとを有する押出成形用ダイが提案されている。そして、具体的なマニホールドの形状として外形が牙状のマニホールドが図示されている。

一方、Tダイの吐出口近辺幅方向に配列されたダイボルトにより吐出口各部の口開量を調節し、フィルムの厚さを幅方向均一に制御する方法が使用されている。このようなダイボルトの調整方法に関し、特許文献４には、フィルムの幅方向の厚さを高精度に制御するため、ダイボルトを自動的に制御するプロファイル制御方法が提案されている。すなわち、Tダイ吐出口から吐出されて形成されたフィルムのネックイン量はフィルムの幅方向各部の収縮の総量であり、その収縮の程度を示す幅方向各部のネックイン比は指数関数的関係式により表されるという仮定の基に、操業中にネックイン量が変化した場合に、その変化量から修正位置及び修正開口量を求めて該当するダイボルトを調整し、Tダイの口開量を調整する方法が提案されている。

しかし、上記特許文献４に提案された指数関数的関係式によれば、フィルム端部の厚み寸法が実態より厚く表され、フィルム中央部の厚み寸法が実態より薄く表されるという問題があるとして、特許文献５に、さらに高精度にフィルムの厚さを幅方向均一に制御することができるプロファイル制御方法が提案されている。すなわち、ネックイン量のみならずエッジビードによるフィルムエッジ部分の厚み寸法とフィルム中央部分の厚み寸法との比（エッジビード比）などさらに他の厚み変動因子を加味した収縮関数式に基づいてダイボルトを調整するプロファイル制御方法が提案されている。

特開昭56-13628号公報 特開平9-109229号公報 特開2010-30238号公報 特公平5-76413号公報 特開2004-122434号公報

Tダイを使用した押出成形用ダイによりフィルムを製造する場合、フィルムの幅方向の厚さを均一に制御するには、Tダイの幅方向にわたって流路抵抗を均一にし、流量分布を均一にすることが重要である。しかしながら、特許文献１〜３に提案された幅方向の流量分布を均一にすることができるTダイを使用してもネックインによりフィルムの両端部にエッジビードを生じ、厚さの均一性が確保できないという問題がある。

一方、特許文献４又は５に提案にされたTダイの吐出口の開口量をプロファイル制御し、フィルムの幅方向の厚さを均一に制御しようとする方法は、本来Tダイの吐出口の全ての部分をダイボルトの調整によって制御しようとする方法であり、複雑な制御、調整を要し、必ずしも十分に制御できないという問題がある。また、ダイボルトによる制御は、一定量以下の口開量の調整が非常に困難であるという問題もある。

本発明は、このような従来のTダイの問題点に鑑み、Tダイの幅方向にわたって流路抵抗を均一にした比較的簡単な構造のTダイを基本構造とし、複雑な制御、調整を要しない、幅方向にわたって厚さの均一なフィルムを製造することができる押出成形用ダイ及び押出成形用ダイの調整方法を提供することを目的とする。

本発明に係る押出成形用ダイは、マニホールドとこれに連接するスリットからなる押出成形用ダイであって、前記押出成形用ダイの樹脂供給口から吐出口に至る流路抵抗が一定にされる中央側部と、その中央側部の両側に樹脂供給口から吐出口に至る流路抵抗が中央側部の流路抵抗の1.2〜２倍にされる縁側部とからなる。

上記発明において、縁側部は、ネックイン量の約２倍の幅を有するのがよい。

また、本発明に係る押出成形用ダイは、マニホールドとこれに連接するスリットからなる押出成形用ダイであって、前記スリットは、前記マニホールドに連接する流入口から前記押出成形用ダイの吐出口に至るベースランドと、そのベースランドの上面に積層され、前記マニホールドから台状に突出する積層ランドを有してなり、前記積層ランドは、その流路長が前記押出成形用ダイの中央から両端部に向かって漸増する中央部と、その中央部の最大流路長より短い一定長さに制限される両端の縁部からなる。

本発明に係る押出成形用ダイの調整方法は、マニホールドとこれに連接するスリットからなる押出成形用ダイの樹脂供給口から吐出口に至る流路抵抗に関し、押出成形用ダイの中央側部が一定の流路抵抗を有するように制御し、両端の縁側部の流路抵抗が中央側部の流路抵抗を越えるように制御する押出成形用ダイの調整方法であって、前記縁側部の範囲はネックイン量Wを基に2Wとされる。

本発明に係る押出成形用ダイは、幅方向にわたって流路抵抗を均一にした構造のTダイを基本構造とし、比較的簡単な構造でエッジビードの発生を抑制することができる。このため、本発明に係る押出成形用ダイは、複雑な制御、調整をする必要がなく、幅方向にわたって厚さの均一なフィルムを製造することができる。

本発明に係る押出成形用ダイの模式図である。 ネックイン、エッジビードを説明する模式図である。 本発明に係る他の実施例の押出成形用ダイの模式図である。 図１に示す押出成形用ダイにより製造したフィルムの幅方向の厚さ分布を示すグラフである。 図１に示す押出成形用ダイにより製造したフィルムの幅方向の坪量を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を基に説明する。図１は、本発明に係る押出成形用ダイの一実施例の構成を示す模式図である。本押出成形用ダイ10は、マニホールド13と、これに連接するスリット15からなり、樹脂供給口13aから受け入れた溶融樹脂は吐出口15bから吐出される。

マニホールド13は、円筒状をしており単純な形状になっている。マニホールド13は、樹脂供給口13aから受け入れた溶融樹脂をその両端にわたって導く作用を有する。このようなマニホールド13を有する押出成形用ダイ10は、この形状的特徴からストレートマニホールド型のTダイと呼ばれる。

スリット15は、マニホールド13に連接する流入口15aから吐出口15bに至るベースランド16と、そのベースランド16の上面に積層され、マニホールド13から台状に突出する積層ランド18を有している。積層ランド18は、その流路長が押出成形用ダイ10の中央から両端に向かって漸増する中央部18aと、中央部18aの最大流路長以下の一定長さに制限される両端の縁部18bからなる。

ベースランド16と積層ランド18とは、ともに流入口15aに開口し、マニホールド13に連接している。また、ベースランド16と積層ランド18とは、ともに平板状の形状をしている。流路長とは、上流側から下流側に向かう長さを意味し、図１に示す積層ランド18の下流側端面は、押出成形用ダイ10の中央から両端に向かって対称状に傾斜しており押出成形用ダイ10の幅方向外側に向かって次第に流路長が長くなっている。

積層ランド18の中央部18aが含まれる押出成形用ダイ10の中央側部A（図１）は、押出成形用ダイ10の樹脂供給口13aから吐出口15bに至る流路抵抗が一定になるようになっている。このため、押出成形用ダイ10の中央側部Aは、幅方向にわたって流量分布が均一になるようになっている。

一方、積層ランド18の縁部18bは、上述のように中央部18aの最大流路長より短い一定の長さに制限されるようになっている。これにより、縁部18bが含まれる縁側部B（図１）の部分も流路長が一定に制限されるようになる。この流路長が一定に制限される縁側部の幅は、ネックインの幅（ネックイン量）を基にその約２倍にするのがよい。ネックイン量は、フィルムの試作を行って実際のネックインの幅を求めて決めることができる。また、ネックイン量は文献（Ito,H., Doi, M., Isaki, T. And Takeo, M.: Nihon Reoroji Gkkaishi, 31,1578(2003)）に記載の式、ネックイン量W=L((1-2(dv/dx)λ)/2)^1/2 によく適合しており、この式を用いてネックイン量を求めることもできる。ここに、Lは図２に示すエアギャップ長である。λは樹脂流体の最長緩和時間、dv/dxは、図２に示すフィルムの下方方向（x方向）の引取加速度、すなわち、伸長速度である。vは引取方向の速度で、xは引取方向の座標である。

ネックインとは、図２に示すように、吐出された押出樹脂（フィルム）の両端部分が幅狭になることをいう。すなわち、ネックインとは、押出成形用ダイから吐出されたフィルムが収縮して押出成形用ダイの吐出口の幅より小さくなることをいう。図２においてWで示す範囲がネックインの幅である。ネックインを生じると図２に示すように、フィルムの両端部が厚くなるエッジビードを生じやすい。このため、フィルムの厚さが不均一になるという問題を生じやすい。

上記発明は、押出成形用ダイ10の両端の縁部18b、すなわち、ネックインの幅と関係づけられる約2Wの範囲の縁部18bの流路長を一定値に制限することに特徴を有する発明である。すなわち、本発明は、縁側部Bの流路抵抗を、中央側部Aの流路抵抗よりも大きくすることに特徴を有する発明である。好ましくは、押出成形用ダイ10の樹脂供給口13aから吐出口15bに至る縁側部Bの流路抵抗が、押出成形用ダイ10の樹脂供給口13aから吐出口15bに至る中央側部Aの流路抵抗の1.2〜２倍になるようにするのがよい。かかる押出成形用ダイ10によれば、エッジビードの発生が抑制され、幅方向に均一な厚さのフィルムを製造することができる。縁側部Bの流路抵抗が中央側部Aの流路抵抗の1〜1.2倍の範囲においてはエッジビード抑制効果が十分には得られ難く、2倍以上の範囲においては縁側部Bの吐出量が安定せず縁部製品不良を生じやすくなるという問題を生ずる。

以上、本押出成形用ダイ10について説明した。しかしながら、本発明に係る押出成形用ダイは上記のものに限定されず、以下に説明する構成のものであってもよい。すなわち、図３に示すようなマニホールド13とスリット15からなるコートハンガー型の押出成形用ダイに類似するものであってもよい。この押出成形用ダイは、マニホールド13が大径の筒からなる中央部13bと小径の筒からなる縁部13cとから形成されるものであってもよい。これにより、この押出成形用ダイは、均一な流路抵抗を有し、流量分布が均一な中央側部Aと、流路抵抗が大きく流量が制限される両端部の縁側部Bからなるように構成することができる。そして、この押出成形用ダイにより、エッジビードの発生が抑制され、幅方向に厚さが均一なフィルムを製造することができる。

また、本発明は、上述のように、均一な流路抵抗を有し流量分布が均一な押出成形用ダイを基準構造とし、押出成形用ダイの縁側部Bの流路抵抗を中央側部Aより大きくして、縁側部Bの流量を制限し、その流量が制限される範囲がネックインの幅に関係づけられることに特徴を有する。従って、均一な流路抵抗を有し流量分布が均一な押出成形用ダイによりフィルムを製造する場合において、ネックイン部分にエッジビードを生じ製品として好ましくない場合は、そのネックインの幅の約２倍の押出成形用ダイの縁側部Bについて流路抵抗を増加させるように押出成形用ダイを調整するものであっても良い。

図１に示す押出成形用ダイを使用して、フィルムを製造する試験を行った。使用した押出成形用ダイの全幅は590mmであった。樹脂はポリプロピレンを使用した。樹脂の供給量は255kg/hr、供給温度は240℃であった。樹脂の伸長速度は、96.7m/minであった。リップ開度は種々に変更して試験を行った。

試験結果を図４、図５に示す。図４、図５は、押出成形用ダイのダイ中心から右半分側の試験結果を示す。位置Lは、ダイ中心からの距離を示す。図４は、本試験におけるダイボルトの締込量Dを示す。図５（ａ）は、リップ開度0.5mmの場合の、押出成形用ダイの吐出口における各位置の比流速V（各位置の流量／平均流量）を示す。流量は各位置のサンプリングにより測定した。図５（ｂ）は、リップ開度0.5mm(a曲線)、0.3mm(b曲線)の場合の押出成形用ダイの定常運転状態時の各位置におけるフィルムの厚さTを示す。図５（ｃ）は、リップ開度0.3mmの場合の押出成形用ダイの定常運転状態時の各位置におけるフィルムの坪量Wを示す。なお、フィルムの厚さT、坪量Wは、フィルム製造後約3時間経過後に測定した。

図４に示すように、全体的にダイボルトの締込は少なくてよく、特に従来締込量を多くする必要があった押出成形用ダイの縁側部Bのダイボルトの締込量を非常に少なくすることができることが分かる。

図５（ａ）によると、押出成形用ダイの各位置の比流速は、概略中央側部Aと縁側部Bに分かれており、それぞれの領域内においてほぼ均一な比流速になっていることが分かる。そして、縁側部Bの比流速は中央側部Aの比流速に比較して小さく、中央側部Aの比流速の約65%になっており、縁側部Bの流路抵抗は中央側部Aの流路抵抗に比較して大きく流量が規制されていることが分かる。また、本試験の場合のネックイン量は、図５（ｂ）から分かるように、50〜60mmであった。図５（ｂ）によると、フィルム厚さはダイ中心から200mm程度まで非常に均一性が高いことが分かる。すなわち、押出成形用ダイにおいてネックイン量Wの約２倍を除く部分のフィルム厚さの均一性が非常に高くなっている。

図５（ｃ）によると、リップ開口量が0.3mmの場合のフィルムの坪量は、フィルムの全幅にわたって均一であることが分かる。すなわち、本発明に係る押出成形用ダイを使用すると、面倒なダイボルトの調整が簡単になり、厚さ及び坪量が均一なフィルムを製造することができる。

10 押出成形用ダイ
13 マニホールド
15 スリット
16 ベースランド
18 積層ランド

Claims (4)

1. マニホールドとこれに連接するスリットからなる押出成形用ダイであって、
   前記スリットは、入流口から吐出口に至る流路の流路断面積がその流路に沿って調整されるととともに前記スリットの幅方向にわたって調整され、比流速が略一定にされる中央側部と、
   前記中央側部の両側に配設され、比流速が前記中央側部の比流速よりも小さく、入流口から吐出口に至る流路の流路断面積が前記スリットの幅方向にわたって一定とされる縁側部と、を有する押出成形用ダイ。
2. 縁側部は、ネックイン量の約２倍の幅を有することを特徴とする請求項１に記載の押出成形用ダイ。
3. マニホールドとこれに連接するスリットからなる押出成形用ダイであって、
   前記スリットは、前記マニホールドに連接する流入口から前記押出成形用ダイの吐出口に至るベースランドと、そのベースランドの上面に積層され、前記マニホールドから台状に突出する積層ランドを有してなり、
   前記積層ランドは、その流路長が前記押出成形用ダイの中央から両端部に向かって漸増する中央部と、その中央部の最大流路長より短い一定長さに制限される両端の縁部からなる押出成形用ダイ。
4. マニホールドとこれに連接するスリットからなる押出成形用ダイの調整方法であって、 先ず、調整する部分を押出成形用ダイの中央側部と、その両側の縁側部とに二分し、
   次に、前記中央側部は、略一定の比流速が得られるように制御し、
   前記縁側部は、比流速が前記中央側部の比流速より小さくなり、かつ、その縁側部の範囲がネックイン量Wを基に約2Wになるように制御する押出成形用ダイの調整方法。

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