JP5959639B2 - 同心共押出ダイ、および多層熱可塑性フィルムの押出方法 - Google Patents

Description

本発明は、押出ダイに関し、更に詳細には、共押出ダイ、特に、熱可塑性材料を用いて大きな幅のブロー成形フィルムを押出すための共押出ダイに関する。

（背景）
任意のブロー成形フィルムの押出ダイの基本機能は、ダイに入る１以上の溶融物流れ（又はストリーム）を生じさせて、ダイ出口において、それらを単一（シングル）の同心（又は同中心の）環状溶融物流れに可能な限り均一に分配すべきことである。

多くの異なるタイプの押出ダイは、当技術分野において既知である。同心螺旋マンドレルダイは、形状が円筒形であり、重なって据え付けられており、それらの相対的な位置を維持するように共通の要素（又はコンポーネント）に固定される。この設計の変形例は、例えば、中央供給を有していてもよく、全ての溶融物流れが、中央に供給され、次いで、半径方向に配置される管状ポートを有する螺旋出口溝（又はヘリカルアウトレットチャネル）に分割される。このタイプの例は、米国特許第３９６６３７７号明細書（特許文献１）に示される。別の変形例は、環状供給マンドレルダイであり、ここで、溶融物流れが、中央に位置した同心環を通してダイに流れ、次いで、外側に半径方向に延在する管状ポートを通して螺旋出口溝に流れる。この変形例は、２つの副変形例；一方の供給ブロックの中央部がＩＢＣ管設置のために開いているものと、他方の供給ブロックの中央パイプとして内層流れを有するものとにおいて行われてよい。例は、米国特許第４１８２６０３号明細書（特許文献２）に見られる。更なる変形例は、サイド供給マンドレルダイであり、ここで、それぞれの層は、ダイの外側において単一溶融物入口を有し、溶融物が、次いで、螺旋出口溝に入る一対の垂直経路に分配され、２つの分配経路のそれぞれが、対応する螺旋と同じ円筒状表面上にある。例は、米国特許第７８１１０７３号明細書（特許文献３）に見られる。

円錐状積層マンドレルは互いに重なっていて（又は積層されていて）、この設計の変形例は、垂直な共通経路の外側および／または内側で互いに重なっている円錐形状マンドレルを含んで成る。また、これらのダイに螺旋状に入る供給、例えば、全ての層の中央供給または層のサイド供給（異なる高さにおいて水平スプリット供給を伴うもの）に関して、複数の選択肢もある。例は、米国特許第６７０２５６３号明細書（特許文献４）に見られる。

モジュールプレートマンドレルは、いくつかの円錐状設計と同じように、互いに積層した分離（スプリットの）２部モジュールである。基本的な２つの選択肢；溶融物流れが外側から内側に流れる外−内バージョンと、溶融物流れがそれぞれのモジュールの内側から外側に流れる内−外バージョンがある。この２つのタイプの組合せもまた可能である。溶融物の分配は、典型的には水平に分割されるが、これは、また、直径を減少するように、いくつかの垂直経路を組み合わせることができる。

上記のタイプを組み合わせることもまた可能であり、例えば、同心マンドレルタイプのものである基本ダイと、モジュールプレート設計を有するいくつかの層とを（通常、多層ブロー成形フィルムの外層のために）組み合わせることが可能である。

国際公開第０１／７８９６６号パンフレット（特許文献５）は、共押出ダイを開示し、押出要素の１つが、単一サイド入口を通して、ダイ出口に供給する分岐供給溝に供給され、類似の構成が、国際公開第９０／１１８８０号パンフレット（特許文献６）および特開２０１１−００５８２４号公報（特許文献７）に示される。

米国特許出願第２００４／０２２８８６号（特許文献８）は、多重分岐した供給溝に供給するサイド入口を有する単一層押出ダイを開示する。

添付の図１は、従来技術に従って中央供給する５層同心マンドレルダイ１を示す。図１に示されるダイは、１８００ｍｍの直径、即ち、それらが合わされた後に全ての層が流れる環状経路１１０のための１８００ｍｍの直径を有する。この直径は、また、ダイの中間層のマンドレルの直径に対応する。ダイは、中央供給タイプのものであるので、ダイに供給される溶融熱可塑性物質が通過する全ての押出機入口４０１〜４０５（そのうちの２つのみ、４０１および４０５が単に示される）は、ダイの底近くに位置し、周囲に広がる。図示し得るように、このようなダイは、複雑な内側構成を有し、異なる層における要素（又はコンポーネント）の正確な位置合わせ（またはレジストレーション）を要求する。

米国特許第３９６６３７７号明細書 米国特許第４１８２６０３号明細書 米国特許第７８１１０７３号明細書 米国特許第６７０２５６３号明細書 国際公開第０１／７８９６６号パンフレット 国際公開第９０／１１８８０号パンフレット 特開２０１１−００５８２４号公報 米国出願第２００４／０２２８８６号

図において複雑さを避けるために、流路の部分の主要な要素のみが示されるが、詳細には、それぞれの流路は、以下を含む。
・ 外層のためにダイの中央へと、かつ主要ダイ本体１０の中央に向かって（ただし、残りの層のために中心を外れた点に）延在する水平入口部分４０１〜４０５。
・ 他の層による衝突を避けて中央に到達するように、上方に向かって、任意の必要な曲げを作っている経路５０１〜５０５（経路５０１のみを単に示す）。
・ 多重に傾斜した半径方向のポート６０１〜６０５（これも水平方向であってよく、ポート６０１のみを示す）。
また、それぞれの傾斜ポートは、それが層マンドレルに到達するとすぐに追加の垂直経路を有する（図に示されるものは小さいが、それでも存在する）。

ダイ入口から螺旋出口溝の出発点までの層２０１〜２０５のための流路のそれぞれの長さは、次いで、内層から外層までの層のために、２７７２ｍｍ、２７７６ｍｍ、２８０３ｍｍ、２８３４ｍｍおよび２８９３ｍｍである。

ブロー成形フィルムダイは、５０ｍｍ〜２５００ｍｍの直径の寸法で存在する。パッキングフィルム用途のために用いられるダイのほとんどは、９００〜１０００ｍｍの最大直径を有するものであり、最大で１１層である。これらのダイは、同心マンドレル、モジュールもしくは円錐であるか、あるいは混合されるかのいずれかを有するものである。円錐積層マンドレルおよびモジュールプレート設計は、６００〜７００ｍｍから広がって、９００ｍｍの直径寸法まで行われてよい。６００ｍｍ〜７００ｍｍから１３００ｍｍまで広がるモジュールプレート設計のダイがあり、これは、非常に長く広がる溶融物流路を有する。

より長いダイ（最大で２５００ｍｍ）は、典型的には、３〜５層を有し、通常、中央または環状マンドレルダイであり、典型的には、大きなフィルム寸法（例えば、８〜２２ｍのバブルの円周、１００〜２００μｍの厚さ）が必要な農業用途（例えば、温室フィルム）に用いられるか、あるいはジオメンブラン用途（６〜８ｍのバブルの円周、５００〜２５００μｍの厚さ）に用いられる。

サイド供給設計の既存の同心ダイにおいて、材料は、層の単一サイド入口から各押出螺旋出口の出発点まで、２スプリット分配供給溝アレンジメントに従う。ダイの直径が大きくなるにつれて、この流れ溝の長さは、ますます長くなっていく。結果として、より高い溶融物圧力が、使用の際に生じ、材料の滞留時間がより長くなり、上昇した溶融温度と材料の劣化とを引き起こす。結果、サイド供給同心マンドレルダイは、約１２００ｍｍのダイ直径に限定されている。

３〜５層および１８００ｍｍのダイ直径を有する典型的な大きなブロー成形フィルムダイにおいて、全ての層が中央に供給される。ダイの中間層では、これによって、ダイ入口から螺旋出口の間の２７００ｍｍを超える全長がもたらされる（図１について上記の文献を参照のこと）。

結果として、平均滞留時間および滞留時間分布のテールが非常に長くなる。加えて、ダイの寸法は、特定の層の厚さを減少させることはできないが、溶融物がダイ内を通して流れる必要がある非常に長い経路およびこのような層に必要な低い材料の量に起因して、この層の優れた厚さ均一性を維持する。さらに、層入口と、螺旋出口の出発点との間で生じる背圧は、非常に高くなり、残りの適用可能な圧力を減少させ、該圧力が、厚さ均一性を改善するように、層の螺旋出口部分に用いることができる（これは適用可能な圧力の合計が制限されることに起因する）。

また、滞留時間とダイ周囲での溶融物分布は、炭素生成、高パージ時間、廃棄物、堆積物などに起因して（ゆっくり動く粒子が、劣化および長いパージ時間をもたらす傾向がある）、大きなダイにとって、特に感受性の高い材料にとって、非常に重大な問題である。

例は、非常に低い出力（アウトプット）およびパーセンテージ（例えば、４％未満）において、かつダイ周囲での非常に優れた厚みの許容誤差の分布において、エチレンビニルアルコールコポリマー（ＥＶＯＨ）を押出すように中間層が設計される直径２ｍの５層同心マンドレルダイである。

このような材料は、非常に短い滞留時間で処理される必要があり、また、標準材料に関して、それらの顕著に高いコストに起因して、非常に低いパーセンテージで用いられる必要がある。例として、ＥＶＯＨは、ポリオレフィンと比較して、５〜６倍高い範囲内にあるコストを有し、従って、両方の材料を組み合わせるフィルムの場合、フィルムが合理的なコストを有し得るために低いパーセンテージでＥＶＯＨを用いる必要があるが、このとき、それがもたらす障壁特性に関して、ＥＶＯＨの使用が有する利点を維持する。

従って、しばしば、滞留時間分布を減少すること、濡れ表面積（ポリマーが金属と接触することになる領域）を最小にすること、ダイの内側で溶融量を最小にすること、背圧を最適化すること、ダイの過熱を避けること、効率的な製造の転換および樹脂廃棄物の減少のために速いパージを可能にすること、仕上げ製品において流れラインを排除すること、溶融物破損、界面不安定性、ゲル、ブラックスポット、炭素生成などを排除すること、樹脂の選択および処理パラメータにおける操作の自由度を改善すること、出力（アウトプット）レベルおよび／または効率を向上させること、各層の厚みの許容誤差および総フィルム厚を改善すること、フィルムの光学を改善すること、および層間の断熱を達成すること（特に、顕著に異なる処理温度を有する層について）が望ましい。

本発明は、特に、大きな円周のフィルムバブル（８〜２２ｍ）を製造するために、大きな共押出ブロー成形フィルムダイ（１２００ｍｍを越えるマンドレル直径を有するもの）をターゲットとする。

（発明の要旨）
本発明によると、複数の環状または円錐ダイマンドレル層を有する同心共押出ダイが提供され、それぞれの層が、一対の隣接する環状または円錐ダイマンドレルを含み、該マンドレルは、該マンドレルの間において、入口から環状押出出口までの溶融熱可塑性材料用流路を規定し、熱可塑性の管状の押出物が、該出口を通して使用中に形成され、多重環状層出口または多重円錐層出口を通る押出物が、多層製品を成形し、以下のことを特徴とする。
環状または円錐ダイマンドレルの少なくとも１つの層が、共押出ダイの外周の周りに配置される複数の溶融材料入口を有し、それぞれの入口が、供給溝（又はフィードチャネル）に接続されていて、該供給溝が、２^ｎの副出口供給溝を提供する複数の分岐を有し、ここで、ｎは、分岐の数であり、それぞれの副出口供給溝は、対応する螺旋出口溝に接続されている。

このような構成は、１２００ｍｍ以上の直径の環状フィルム出口を有するダイに特に適している。

共押出ダイの外周の周りに配置される溶融材料入口は、マンドレルから分離したダイの本体を通過する別個の入口経路によって、対応する供給溝に接続されてよい。

あるいは、共押出ダイの外周の周りに配置される溶融材料入口は、両方のマンドレルから、およびダイの本体から分離した中央ダイブロックを通過する別個の入口経路によって、対応する供給溝に接続されてよい。

本発明は、同心マンドレルダイまたは円錐中央供給ダイあるいはこれらの組合せで行われてよい。

これによって、従来の中央に供給される同心マンドレルダイにおける同じ寸法の同じ層において、対応する流路長さと比較して、層入口と螺旋出口溝の出発点との間の流路長さが顕著に短くなり、そしてダイにおける滞留時間も顕著に短くなることが見出されている。加えて、同じ寸法の中央供給同心マンドレルダイの同じ層の対応部にわたる圧力低下と比較して、層入口と、螺旋出口溝（又はヘリカルアウトレットチャネル）の出発点との間における圧力低下が最小になる。この圧力の減少によって、厚さ均一性を改善するために、層の螺旋部分に用いるべき、または層の螺旋部分に部分的に用いるべき圧力を増大させることが可能となる。これによって、ダイの周囲における溶融物流れの分布を最適化することによって、この層の厚さの均一性のより良好な制御がもたらされる。

加えて、複数のサイドエントリー入口の存在が、ダイの構成を複雑にし得る。なぜなら、サイド入口は、ダイの多重の他の層を通過する必要があるからである。しかし、他の層における溝と干渉（妨害）するのを避け、従って、材料の周囲供給およびより短い流路に起因して、直感で分かるものではないけれども、溶融物が、最適な方法で周囲に分配され、均一な厚さ分配を非常に低いパーセンテージおよびそれぞれの層（単数または複数）の出力（アウトプット）であってももたらす。

これらの因子は、上記に説明したように、ＥＶＯＨ、ポリアミド、ＰＶＤＣおよびフルオロポリマーなどの特定の熱可塑性材料を用いる場合、とりわけ重要であり、特に、複合材において、フィルム間で適切な適合条件を得る多層フィルムもまた重要である。

本発明のダイにおいて、ダイの層の合計数は、２〜２１であってよく、サイド供給層の数は、対応して、１〜１１であってもよい。サイド供給層が、用いられるマンドレルのタイプによって、１以上の垂直、水平または円錐の配向（又は方向もしくはオリエンテーション）において、それらの長さの一部または全てに配置される分岐供給溝を有する複数の溶融材料入口を有することができる。残りの層は、中央または環状の供給を有することができる。

前記層の入口の数は、２〜１６であってよい。

ダイのこれらのタイプは、ブローアップ構成またはブローダウン構成のいずれかにおいて取り付けることができる。

また、マンドレルに供給する押出機のそれぞれに異なる材料を有することができ、これは、フィルムおよび得られるバブルの円周の周りにおいて、異なる特性をもたらす。

別の可能性は、前記マンドレルに供給するそれぞれの押出機の処理量（又はスループット）を別途に制御することによって、厚さ許容誤差を改善することであり、このようにして、バブルの円周の周りにおける厚さ偏差を修正することである。これは、溶融ポンプを伴って、または溶融ポンプを伴わずに行うことができ、オンラインでの厚さ制御のための厚さ測定ユニットに接続され得る。

本発明は、上記に規定したように、共押出同心ダイを用いる多層熱可塑性フィルムを押出す方法を含む。この方法に従って、少なくとも１つの層を通じて押出され得るとりわけ興味深い材料は、ポリアミド、またはエチレンビニルアルコールコポリマー（ＥＶＯＨ）またはＰＶＤＣまたはフルオロポリマーを含んで成るものであってよい。この方法にとりわけ興味深いさらなる材料は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）またはポリブテン−１（ＰＢ−１）である。

従来技術および本発明に係る多層同心環状ダイの例を添付の図面に示す。

図１（従来技術）は、従来設計の５層の同心環状押出ダイの長手方向の断面である。 図２（従来技術）は、比較的小さな寸法の従来のサイド供給共押出ダイの長手方向の断面である。 図３（従来技術）は、従来設計の７層の同心環状押出ダイの長手方向の断面である。 図４は、本発明に従って、中間押出出口層（第３層）の溶融流路を有する５層同心環状共押出ダイの第１の実施例の長手方向断面である主図、および、かかる中間層の展開部分環状部分を示す第２図を有する。 図５は、図４の共押出ダイの周りの押出機の配置（アレンジメント）の平面図を示す。 図６は、図４と同じであるが、本発明に従って、５番目の展開された（外側の）層の溶融流路を有する別の共押出ダイを示す。 図７は、図５の共押出ダイに類似する平面図であるが、７層押出ダイの周りの押出機の配置（アレンジメント）を示す。 図８は、図７の共押出ダイについて、対応する長手方向の断面および展開部分を示す。 図９は、図７の共押出ダイについて、対応する長手方向の断面および展開部分の別の形態を示す。 図１０は、同心ダイの外層をもたらすモジュールプレート部分の上面図を示す。 図１１Ａは、ダイ要素に対して溝（チャネル）の形態および位置を示す同心ダイの部分の部分断面図である。 図１１Ｂは、ダイ要素に対して溝（チャネル）の形態および位置を示す同心ダイの部分の部分断面図である。 図１１Ｃは、ダイ要素に対して溝（チャネル）の形態および位置を示す同心ダイの部分の部分断面図である。 図１１Ｄは、ダイ要素に対して溝（チャネル）の形態および位置を示す同心ダイの部分の部分断面図である。 図１１Ｅは、ダイ要素に対して溝（チャネル）の形態および位置を示す同心ダイの部分の部分断面図である。 図１１Ｆは、ダイ要素に対して溝（チャネル）の形態および位置を示す同心ダイの部分の部分断面図である。 図１２は、２つのサイド供給層が同じ押出機から供給される、長手方向断面での多層同心ダイを示す。 図１３は、２つのサイド供給層が同じ押出機から供給される、平面図での多層同心ダイを示す。

（本発明に従う実施例の詳細な説明）
以下に説明する実施例において、マンドレルの出口直径は、１８００ｍｍであることが示される。しかし、本発明に係る共押出ダイは、任意の所望の出口直径を有することができ、特に、１３００ｍｍ〜２５００ｍｍの範囲における直径に適している。全ての部分の詳細な設計は、最終用途、ならびに要求される滞留時間、圧力、および他のレオロジーパラメータに依存する。

以下の詳細な説明において、言及されるダイの全てのデータ（寸法、押出機の数、層の合計数、多重入口によりサイド供給される層の数、層あたりの入口の数、分岐の数、螺旋重なりの数、螺旋の数、半径方向ポートの数、ポートの傾斜、サイド供給入口の傾斜など）が示され、これは、例示のみを目的とする。

図４において、第１の同心共押出ダイの長手方向の断面（部分）を示し、そして中間層の展開部分環状部分が示される。共押出ダイ１は、６つの同心マンドレル１０１〜１０６を有し、かかるマンドレルは、マンドレルの間において、５つの環状押出層２０１〜２０５を規定し、それらの出口３０１〜３０５は、環状出口１１０へと供給する。ダイマンドレル１０２、１０３は、ダイ本体１０に支持され、その一部は、ダイマンドレル１０１を形成する。対して、ダイマンドレル１０４、１０５、１０６は、より詳細に以下にて示されるように、中央ダイブロック１１に支持される。

層２０１、２０２、２０４および２０５は、従来の供給溝の配置（アレンジメント）を有し、このアレンジメントでは、それぞれの層の溶融物が、ダイの中央軸２０に向かって、ダイ本体１０（この部分の位置に起因して、入口経路４０２および４０４は、図４に示されないことに留意されたい）を通るほぼ水平な入口経路４０１、４０２、４０４、４０５にそれぞれ従い、これらの経路のそれぞれが、次いで、供給溝５０１、５０２、５０４、５０５に沿って、上方に向けられる（示す通りである）（他の層の溶融物流れの流路との衝突を避けるように任意の必要な曲げを作っている）。別個の供給溝がダイの中央に到達するところである供給溝の末端において、これは、多くの半径方向の溝６０１、６０２、６０４、６０５にそれぞれ分割（典型的には１６であり、それぞれの層に対応）し、中央から、ダイ本体１０の周囲に向けられる。それぞれの層のためのこれらの半径方向の溝の１つのみを図４に示す。半径方向の溝の出口は、別個のマンドレルのそれぞれの外周へと導くダイ本体の周りに均一に分布する。

半径方向の溝６０１および６０２は、対応する層の別個のマンドレルへと延在し、ここで、これらは、更に２つに分割され（図示せず）、そして、それぞれのこのような分割は、層の単一螺旋出口溝７０１、７０２にそれぞれ供給し、そうすることで、それぞれの半径方向の溝が、２つの螺旋出口に供給するようになる。この螺旋出口は、別個の環状溝８０１、８０２に供給し、これらは、次いで、傾斜した円錐出口溝９０１、９０２へと供給し、これらは、図示するように、環状ダイ出口１１０まで延在し、ここで、操作中において、フィルムの各層の全てが、最終的な環状押出において一緒になる。他方における溝６０４、６０５は、わずかに異なる形態をとる。なぜなら、それらは、中央ダイブロック１１まで延在しているからであり、その位置において、これらは、対応するダイ層２０４、２０５に入る前にダイ軸２０にほぼ平行に置かれるように曲がる。他に関して、これらの経路は、半径方向の溝６０１、６０２と同様である。この対応する層のそれぞれのマンドレルにおいて、これらは、更に２つに分割され（図示せず）、それぞれのこのような分割は、層の単一の螺旋出口溝７０４、７０５にそれぞれ供給し、そうすることで、それぞれの半径方向の溝は、２つの螺旋出口に供給するようになる。代替の形態では、かかる溝６０４、６０５は、マンドレル内で起こる更なる分割を伴って、または伴わずに、中央ダイブロック１１内で分割されてよい。この螺旋出口は、それぞれの環状溝８０４、８０５に供給し、これらは、次いで、傾斜した円錐出口溝９０４、９０５に供給し、これらは、図示するように、環状ダイ出口１１０まで延在し、ここで、操作中において、フィルムの各層の全てが、最終的な環状押出において一緒になる。

しかし、本発明によれば、図４に示すように、層２０３が、サイド（側面）から、４つの水平入口供給溝４０３（その１つのみが、図４の断面に示される）を通して供給され、これは、第３または中間層２０３に対応するマンドレル１０３の外側環状表面に到達するまで、中央ダイブロック１１を通してダイの外周３０から直接的に延在する。マンドレル１０３の表面に到達した後、それぞれの供給溝４０３が、３回（４０３．１、４０３．２および４０３．３において図４の展開部分に示されるように）分岐し、そうすることで、最終的に、それぞれの供給溝４０３は、８つの副供給溝５０３に供給し、次いで、これらのそれぞれが、層２０３の別個の螺旋出口７０３に供給し、従って、層２０３について合計で３２である。単一環状構成要素として形成される中央のダイブロック１１は、マンドレル１０４、１０５、１０６の下側環状表面とつながり、それらを支持し、そして、また、マンドレル１０３の外周表面ともつながり、供給溝４０３のためのルートを提供し、この供給溝４０３は、複雑なシーリングの必要性を回避し、そして／または、これらのマンドレル層のそれぞれを直接的に通過する必要のある供給溝であったマンドレル１０４、１０５、１０６の間のレジストレーション（重ね合わせ）を回避する。また、この中央ダイブロック１１は、このようにも効果的にダイマンドレル１０４〜１０６を短縮する。

４つの供給溝４０３のうちの１つの分岐の分布を図４の展開部分環状部分に示す。以下の表２において、ダイへの中間層の入口と、対応する螺旋出口の入口前の最後の分岐のエントリー４０３．３との間の長さが計算されている。中間層または第３層について、これは９４０ｍｍである。この例は、図１の従来技術のダイと比較することができ、ここで、同じ直径ダイの同じ中間層の流路の長さは、２８０３ｍｍとして計算される。図示され得るもののように、従来技術に従って供給されるダイの中央層の供給経路の長さは、表１に示すように２８０３ｍｍであるが、本発明に従う同一の経路の長さは、９４０ｍｍであり（以下の表２に示す通りである）、全体の長さは、６６．４％減少する。この経路の長さが、滞留時間および背圧（バックプレッシャー）に非常に重要な影響を有することを考えると、このような減少は、また、滞留時間および背圧を減少させ、このようにダイ（特に、より大きなもの）における熱に敏感な材料の使用を可能にする。

さらに、流路の分配部分において、より少ない圧力降下を有するということは、螺旋出口溝７０１〜７０５において、（完全にまたは部分的に）消費されるために利用可能とされるより多くの圧力を可能にする。これは、厚さの均一性を向上させる。圧力マージンが螺旋出口で部分的に消費されるだけである場合、あるいはそれが全く消費されない場合、ダイ入口において、減少した背圧が生じ、これもまた利点である。なぜなら、減圧によって、溶融温度の低下ももたらされるからである。

図５は、５層のブロー成形フィルムラインのための図４の同心ダイ押出機の上面図を示す。この実施形態では、５層ライン押出ダイ１の中間層２０３が、４つの小さな押出機２からのサイド供給を有する一方で、残りの層２０１、２０２、２０４、２０５は、それぞれ、単一のより大きな押出機３によって、それぞれ中央で供給される。

４つの押出機（それぞれの入口溝４０３に対応するもの）を図４および図５に示すが、他の数の押出機が、押出機の中央または第３の層２０３を供給するために使用することができた。例えば、２または３の押出機を対応する数の入口供給溝４０３とともに使用することができる。

さらに、任意の層が、任意の所望の数の押出機により供給されるサイド供給であってよく、また、その一方で、１以上の層（２、３など）が、本発明に従って同時にサイド供給できた。さらに、この押出ダイは、２以上の任意の数の層および任意の直径（特に、１３００ｍｍ以上）を有していてもよい。

他の実施形態では、１つの押出機が、ダイのそれぞれのサイド（側部）から１以上の前記層を供給することができる。

図６に示される本発明に従う更なる実施形態において、外層２０５は、マンドレル１０６を通過する供給溝４０５’を通してサイド供給される。この場合には、以下の表２を参照すると、流路長は、８７４ｍｍである。上記の表１に示すように、従来技術に係るダイの同じ層の流路の長さは、２８９３ｍｍであり、従って、本発明のこの例に係る長さで６９．７％の減少をもたらす。

図７において、本発明に従う別の実施形態を示す。この場合、７層ダイの上面図で示す。このダイにおいて、層２０１、２０２、２０３、２０５、２０６、２０７は、別個の押出機３によって、それぞれ中央供給される。層２０４は、４つのそれよりも小さな押出機２によってサイド供給される。

図８は、図７の１８００ｍｍダイの長手方向断面および展開部の第１の実施形態を示す。層２０４への溶融物供給は、本発明によると、４つの入口４０４を用いて実施され、入口溝４０４は、図４の入口溝４０３のように、中央ダイブロック１１を通過し、直接、層２０４に到達する。算出した長さは、１０２０ｍｍであり、参照として以下の表３に示す。これを、対応する従来技術のダイ設計の同じ層と比較すると、以下の表５に示すように、従来技術により行われるダイ設計において、対応する長さが、２９６８ｍｍであることが理解できる。従って、本発明によれば、長さの減少は、６５．６％である。

図９は、図７の１８００ｍｍダイの長手方向断面と展開部の別の実施形態を示す。層２０４への溶融物供給は、本発明に従って、４つの入口４０４を用いて行われ、ダイの本体１０を直接的に通してダイに入り、次いで、マンドレルに入る前にダイ軸２０と平行となるように曲がる。平行部分４０４’の機械加工（マシニング）を可能とするために、これは、ダイ本体１０の下面１２から穴が開けられ、次いで、その下部４０４’’をプラグで封鎖する。以下の表４に参考として示す通り、その計算した長さは、１３２０ｍｍである。これを対応する従来技術のダイ設計の同じ層と比較すると、従来技術により行われるダイ設計において、その対応する長さは、以下の表５に示す通り、２９６８ｍｍであることが理解できる。従って、本発明によると、長さの減少は、５５．５％である。さらなる実施形態（図示せず）では、溝入口４０４の半径方向の部分は、ダイ本体１０を通過するのではなく、溝部分４０４’’の底部へのパイプを通して延在してもよい。

図３に示す従来技術の設計の対応する７層中央供給同心ダイ（ダイ直径：１８００ｍｍのもの）において、メルトフロー経路の各々の長さを以下の表５に示す。

また、表５と、表３および表４とを比較すると、外層Ｇにおいて、長さの顕著な減少は、２１６５ｍｍ、または７０．１％であると結論付けることができる。

図７、図８および図９に示したダイの他の層への供給も、所望であれば、同様の方法で実施することができる。

また、単一（シングル）の入口および分岐した供給溝からのサイド供給で、公知の４５０ｍｍ直径の５層同心マンドレルダイ（図２に示されるもの）に関する計算によって、中心層の流路の長さが、１１４１ｍｍであることが示されている。これを、流路長が９４０ｍｍを示す図４の１８００ｍｍダイと比較する。従って、非常に小さい直径の先行技術の同心ダイであっても、本発明の共押出機ダイよりも長い流路を有する。

全ての実施形態において、例示として、図１１Ａ〜１１Ｆにおいて示されるように、ダイの構成および位置に応じて、１以上の垂直、水平または円錐の配向（オリエンテーション）で、その長さの一部または全部にわたって、分岐した溝を配置することができる。さらに、所定の分岐の溝ＢＣは、ダイマンドレルＭの一方の本体内に全体的に配置され得るか、すなわち特定のマンドレルＭの表面（例えば、図１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｆを参照のこと）に配置され得るか、あるいは、垂直方向、水平方向または円錐状に配向させることができるダイの２つの隣接するマンドレルＭの各々の内部に部分的に配置され得るか（例えば、図１１Ａ、１１Ｄおよび１１Ｅを参照のこと）のいずれかである。さらに、溝の上記の位置決めを組み合わせて行ってもよく、例えば、この分岐した溝を、ダイマンドレルの１つの本体内にその長さの一部に部分的に配置し、２つの隣接するマンドレルのそれぞれの内部にその長さの異なる部分に部分的に配置することができた。任意のこのような組み合わせは、要件に応じて可能である。また、この分岐した溝は、図１１Ａ〜図１１Ｆに示されるように、様々な断面形状のものであってもよい。この供給溝の断面形状は、円形、楕円形、または任意の他の形状であってもよく、これらは機械加工され得るものであり、その長さを変更してもよい。

本発明に従って、同心ダイの外層（単数または複数）において、１以上のモジュラープレートダイ部分を備えることが可能である。図１０において、このような設計を示し、モジュラープレート６は、１８００ｍｍである。この実施形態では、４つの入口４０３が提供され、これらは上記の例と同様の様式で分岐され、そして、この場合、３２の螺旋出口溝７０３の端部への流路長は、１０５６ｍｍである。そして、また、流路長の減少が可能であり、先の実施例で達成されるものと同様である。

上記の実施例および表において記載された全ての長さは例示で有り、これらは、詳細な設計に応じて変化し得ることに留意すべきである。しかし、すべての場合において、本発明に従って実施されるダイの長さは、同程度の層の寸法および数の従来技術のダイと比べて、かなり短い。

図１２に示すさらなる実施形態において、１以上の押出機２は１以上の層に溶融物を供給するように配置することができる。例えば、これは、押出機２の出力溝２１を２つの出力溝２１３、２１５に分割することによって達成することができ、その各々は、種々のダイ層２０７、２０４に接続され、これらに供給する。この場合において、各入口への流れの正確な制御のために、溶融ポンプ２２を使用することが可能である（必要ではない）。図１３は、更なる理解のために上平面図としてその配置を示す。

さらに、また、単一（シングル）の入口、例えば４０５’は、ダイの１以上の層、例えば２０４および２０５に供給するように配置され得ることもできる。

さらに、また、分岐した供給溝、例えば、４０３．１、４０３．２または４０３．３の出口は、１以上の層の螺旋溝に供給するように配置することもできる。

本発明の様々な例の実施図は、入口溝の分岐が、ダイの軸線２０に垂直な面に主として延在することを示すが、分岐部の枝は、ダイの軸方向に少なくとも部分的に延在することが可能であり、すなわち、そうすることで、これらは、軸２０と実質的に平衡であるか、あるいは、それに他の角度が付けられているかのいずれかである。

以下の表６は、従来技術のダイと、同様のサイズのもの（ただし、その中で本発明に従って中間層が提供されるもの）との間での圧力および滞留時間の比較を示す。具体的には、圧力および滞留時間は、１８００ｍｍ直径の従来技術の７層の同心の中央供給共押出ダイ設計の中間層について、計算される。かかる圧力および滞留時間は、３つの異なる材料（直鎖低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、およびエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ））について計算した。さらに、せん断速度を２つのレベルで検討した（１０〜１３ｓ^−１および１５ｓ^−１）。同じ計算を１８００ｍｍ直径の７層ダイにおいて繰り返した。ここで、中間層は、図８および図９に示される実施形態に従う４つの入口からサイド供給されて提供されている。この表が示す通り、サイド供給層における５０〜６０％の改善は、従来技術の中央供給ダイと比較して、圧力および滞留時間の両方について達成することができる。

Ｃａｒｒｅａｕは、溶融プラスチックのレオロジーの挙動をシミュレーションするために使用される周知のレオロジーモデルである。各層において、この表の最初の部分に示す「層のパーセンテージ」は、おそらく、重量による材料のパーセンテージ（割合）である。

さらなるシミュレーションによって、本発明で提案されるようにサイド（側面）からダイに供給する四つ（４）の押出機を用いて構成された１８００ｍｍダイの中間層にＥＶＯＨを注入し、原料供給業者の推奨に従うプロセス条件（せん断応力、せん断速度、滞留時間等）で３３ｋｇ／ｈに至るまで出力を達成することが可能であることが示されている。

Claims (20)

1. １３００ｍｍ以上の直径を有する環状押出出口を有し、かつ複数の環状または円錐ダイマンドレル層を有する同心共押出ダイであって、それぞれの層が、一対の隣接する環状または円錐ダイマンドレルを含み、該マンドレルが、該マンドレルの間において、入口から環状押出出口までの溶融熱可塑性材料用流路を規定し、熱可塑性の管状の押出物が、該出口を通して使用中に形成され、多重環状層出口を通る押出物が、多層製品を形成し、
   環状または円錐ダイマンドレルの少なくとも１つの層が、共押出ダイの外周の周りに離間して配置される複数の溶融材料入口を有し、それぞれの溶融材料入口が、供給溝に接続されていて、該供給溝が、２^ｎの副出口供給溝を提供する複数の分岐を有し、ｎは、分岐の数であり、それぞれの副出口供給溝が、対応する螺旋出口溝に接続されていて、該副出口供給溝および該対応する螺旋出口溝に沿って連続した流路を提供するようになっていて、それにより、該複数の溶融材料入口のそれぞれが、該螺旋出口溝の各群に接続されていて、該螺旋出口溝の各群が、該少なくとも１つの層の該環状層出口の周囲の全周よりも小さな部分にそれぞれ接続されていることを特徴とする、同心共押出ダイ。
2. 共押出ダイの外周の周りに配置される溶融材料入口が、少なくともいくつかのマンドレルから分離したダイの本体を通過する別個の入口経路によって、対応する供給溝に接続される、請求項１に記載の同心共押出ダイ。
3. 共押出ダイの外周の周りに配置される溶融材料入口が、マンドレルから、およびダイの本体から分離した中央ダイブロックを通過する別個の入口経路によって、対応する供給溝に接続される、請求項１に記載の同心共押出ダイ。
4. 共押出ダイの外周の周りに配置される複数の溶融材料入口をそれぞれ有する複数の前記層を有し、それぞれの入口が、複数分岐を有する供給溝に接続されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の同心共押出ダイ。
5. 複数の溶融材料入口を有する前記層のそれぞれが、同数の入口を有する、請求項４に記載の同心共押出ダイ。
6. 前記層の１以上が、前記層の他の１以上と異なる数の入口を有する、請求項４に記載の同心共押出ダイ。
7. 環状マンドレルが、円筒形または円錐形である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の同心共押出ダイ。
8. 複数の溶融材料入口を有する前記層のそれぞれにおける分岐の数が、それぞれの前記層において同じである、請求項４〜７のいずれか１項に記載の同心共押出ダイ。
9. 複数の溶融材料入口を有する前記層の１以上における分岐の数が、前記層の他の１以上における分岐の数と異なる、請求項４〜７のいずれか１項に記載の同心共押出ダイ。
10. 複数の溶融材料入口を有する１またはそれぞれの前記層が、垂直、水平または円錐の配向の１以上においてその長さの一部または全てに配置される分岐供給溝を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の同心共押出ダイ。
11. 全ての前記層における分岐供給溝の配向が同じである、請求項１０に記載の同心共押出ダイ。
12. 前記層の１以上が、前記層の他の１以上からの分岐供給溝の異なる配向を有する、請求項１０に記載の同心共押出ダイ。
13. モジュラープレートを含む追加層をさらに含み、該モジュラープレートが、溶融ポリマーを供給するための複数の入口を有し、かつ押出フィルムの外層を提供するように配置さる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の同心共押出ダイ。
14. モジュラープレートをそれぞれ含む複数の追加層をさらに含み、それぞれのプレートが、溶融ポリマーを供給するための複数の入口を有し、前記プレートが、押出フィルムの外層を提供するように配置されている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の同心共押出ダイ。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の同心共押出ダイ、および１またはそれぞれの前記層に溶融材料を供給する複数の熱可塑性材料押出機を有する、同心共押出ダイシステム。
16. それぞれの押出機が、ダイの１以上の層の１以上の入口に供給する、請求項１５に記載の同心共押出ダイシステム。
17. 前記押出機の全てまたは一部が、溶融ポンプを介してダイの入口に接続される、請求項１５または請求項１６に記載の同心共押出ダイシステム。
18. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の共押出同心ダイを用いて多層熱可塑性フィルムを押出す方法。
19. 少なくとも１つの層を通して押出される材料が、ポリアミドまたはエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）またはＰＶＤＣまたはフルオロポリマーを含んで成る、請求項１８に記載の方法。
20. 少なくとも１つの層を通して押出される材料が、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）またはポリブテン−１（ＰＢ−１）を含んで成る、請求項１８に記載の方法。

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