JP6095226B2 - フィルム延伸機における延伸方法及びポリオレフィン微多孔延伸フィルムの延伸装置 - Google Patents
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Description
前述の湿式法の一般的製造プロセスは、まず高分子ポリエチレンに可塑剤であるパラフィンを約60〜80重量部混入して二軸押出機中で相溶化温度以上に加熱した後、シート成形用キャスティングロールで冷却することにより、相分離構造を有するシートを製作する。次いで、シートを融点以下で加熱しながら延伸することで通気性とシート強度を確保し、その後、有機溶剤を使用してパラフィンを抽出・除去・乾燥する。この抽出工程により、微細孔は拘束されていないフィルム幅方向(TD)に閉塞するため、微細孔を再び開孔するために、低倍率でTD延伸を行う。その後、延伸温度より僅かに高い温度で、アニールを行うことにより、シート延伸時にフィルム内部に残留した応力を除去して、必要なセパレータ特性を発現させていた。
この残留する応力を除去するために、一般的には横延伸を行うテンタのレール幅を前方ほど狭く先細りになるようにして(トーイン、リラックスなどと呼ばれる)、フィルムを幅方向に収縮させることで、この残留歪を低減させる方法が採用されている。しかし、この方法では、熱収縮を低減することは可能であるが、機械方法(MD)の熱収縮を除去することができないため、物性バランスのばらつきが生じる。このため、機械方向の熱収縮を除去する方法について、過去からいろいろな方法が検討されてきた。例えば、特許文献1に示されるように、テンタのクリップ間隔が徐々に狭くなるようにすることで、機械方向にリラックス処理を行う方法が提案されている。この方法では、機械的な問題で、リラックスの量に上限があり、またリラックスの量を大きくすると、リラックス処理前のクリップの間隔が広くなり、クリップ把持部と非把持部の物性のむらが大きくなるという問題があり、熱収縮の低減効果が十分でないと云った問題があった。また、一旦フィルムを巻き取った後に、ゆっくりと巻き出しながらオーブンで加熱処理し、その際に機械方向に速度差をつけてリラックス処理を行う方法が行われている。しかしながら、この方法ではリラックス加工を行うためにコストが高くなる問題がある。また、特許文献2に示されるように、フィルムの製造行程中に、オーブンによる機械方向のリラックス処理装置を設ける方法が提案されているが、フィルムの製造速度との兼ね合いで、処理温度を高めるとフィルムの平面性が悪化するため、温度をあまり高められず、結果として、特に150℃や200℃といった高温にさらされた際の熱収縮が十分に除去されないといった状況であった。
すなわち、従来の延伸方法では、レール幅の先端を先細りにするトーイン法やリラックス法により、幅方向の熱収縮率を低下させることが可能であったが、機械方向(MD)の熱収縮率を低減せることができないため、物性のバランスが悪く、またセパレータの品質が悪化すること、幅方向に弛緩させることによる歩留まりの低下などの問題があった。
すなわち、以上説明したように、本願発明によれば、セパレータフィルムの延伸工程におけるレール角を二段以上として、二段階目以降の延伸角を一段目よりも大きくすることにより、延伸によりフィルム幅方向に生じる応力を低減できる。本願発明の延伸方法によれば、最終段の延伸角は、一段目の延伸角の1.2倍〜3.0倍以下であることが望ましい。また、延伸角の段数が多くなるほど、効果が高くなる。これは、一段目のレール角が2段目以降の延伸角よりも小さいことで、フィルムの幅方向に生じる応力が徐々に付加されるためである。また、徐々に応力が付加されることにより、力のばらつきが小さくなる。本願発明ではフィルムに延伸初期に加わる高い応力を小さくすることが目的であり、本願発明を適用することにより、フィルム幅方向の残留応力が低減される。その結果、フィルムに蓄積される応力が少なく成るため、幅方向の熱収縮は低減される。
図1に従来延伸と二段延伸のTD応力の比較を示す。従来延伸においてTD方向に生じる応力は、延伸初期に最も高く、その後、徐々に応力の傾きは低くなる。一方、二段延伸では、延伸初期の延伸角度が小さいために、延伸初期の応力が低くなるため、二段目で延伸角を大きくしても、残留応力を低くすることが可能になる。
図2に熱固定時間と残留応力の関係を示す。延伸工程が完了した時点で、フィルムには延伸時に生じた応力が蓄積されている。そのため、製造ラインでは、製造ラインのゾーン数や長さ、温度などを最適化して、残留応力の緩和を図っている。図2に示すように、熱固定時間が長くなれば、残留応力を低減することが可能であるが、完全に除去することは難しい。そのため、フィルム延伸時に生じる応力を小さくする演算処理方法で製造することが重要である。すなわち、フィルムの幅方向(TD)への延伸を図3のように一段目と二段目の二段階としている。
図3に従来と本発明の横延伸レールパターンにおいて生じる応力の向きを示す。本発明のレールパターンは、多段延伸を有することを特徴としており、一段目の延伸角を小さくして延伸初期に生じる応力を低くすることにより、延伸完了時におけるフィルムの残留応力を低くすることを目的としている。特に、二段目の延伸角を一段目よりも大きくすることにより、延伸によってフィルム内部に生じる応力の向きを機械方向(MD)と幅方向(TD)の中間に向けることができる。これにより、TD方向の残留応力を低減することができる。
延伸パターンは実施例3と同じとし、延伸温度を141℃と変更した条件で解析を行った。140℃以上とした場合、樹脂の融点以上となるため、解析することができなかった。
表1は、フィルム延伸時の応力−ひずみ曲線を取得するために行った実験条件を示したものである。
表2は、解析モデルに使用した延伸の角度を示したものである。
表3は、従来の延伸パターンと実施例のフィルム延伸時における応力低下割合を示したものである。
表4は、本願発明を適用した場合と従来の横延伸を適用した場合の、物性測定の結果を示したものである。
表5は、従来及び発明延伸試験により得られた熱収縮の測定結果を示したものである。
すなわち、帯状のフィルムをフィルム進行方向とフィルム幅方向(TD)に、同時もしくは逐次に延伸するフィルム延伸機における延伸方法において、前記フィルム幅方向(TD)への延伸を二段階以上に分けて延伸し、最終段の延伸角が一段目の延伸角の1.2〜3.0倍以下とする延伸方法であり、また、請求項1の延伸方法において、延伸時の温度が100℃以上、140℃以下で横延伸する延伸方法であり、また、請求項1のフィルム延伸機における延伸方法によって延伸された延伸フィルムであり、また、請求項1で製造される前記フィルムのフィルム幅方向における100℃から140℃の熱収縮率が、従来の延伸角を一定とした場合に比較して、50%以上低減することが可能なポリオレフィン微多孔フィルムをなす延伸フィルムであり、また、請求項1又は2の延伸方法を行うための延伸装置において、1台以上の二軸押出機、フィルム延伸機、可塑剤抽出機を持ち、連続して微多孔フィルムを製造することができるポリオレフィン微多孔延伸フィルムの延伸装置である。
MD 機械方向
Claims (3)
- 帯状のフィルムをフィルム進行方向とフィルム幅方向(TD)に、同時もしくは逐次に延伸するフィルム延伸機における延伸方法において、
前記フィルム幅方向(TD)への延伸を二段階以上に分けて延伸し、最終段の延伸角が一段目の延伸角の1.2〜3.0倍以下とすることを特徴とするフィルム延伸機における延伸方法。 - 請求項1の延伸方法において、延伸時の温度が100℃以上、140℃以下で横延伸することを特徴とするフィルム延伸機における延伸方法。
- 請求項1又は2の延伸方法を行うための延伸装置において、1台以上の二軸押出機、フィルム延伸機、可塑剤抽出機を持ち、連続して微多孔フィルムを製造することを特徴とするポリオレフィン微多孔延伸フィルムの延伸装置。
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