JP6515730B2 - シートの製造方法およびシートの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、シートの製造方法およびシートの製造装置に関する。

一般的なシートの製造装置としては、押出機で溶融されたシート材料（典型的には溶融樹脂など）をギアポンプで輸送し、口金でシート状に成形する装置が知られている。そして、成形されたシートは固化され、そのまま、あるいは、延伸等の後処理が施され、フィルムとなる。

フィルムの高機能化・薄膜化によって、近年、フィルム厚みと物性の経時安定性が重要視されている。押出機はスクリュー回転によってシート材料の溶融または混練を行うため、押出機の回転速度はフィルム物性に大きく影響する。また、ギアポンプはギア回転によってシート材料を計量して輸送するため、ギアポンプの回転速度はフィルム厚みに大きく影響する。一方、押出機出口でのシート材料の圧力も、押出機内の溶融混練状態、つまりフィルム物性に影響し、変動するとベントアップやエア噛みなどの致命的な問題を引き起こすことがある。そのため、フィルム厚みと物性の高い経時安定性を両立するためには押出機とギアポンプの回転速度を一定にし、さらに押出機出口の圧力も一定にして製膜することが理想的である。しかし、一般的なシート製造装置では、押出機とギアポンプの回転速度を両方一定にすると、押出機出口の圧力が制御できず、圧力を一定に維持できない。そのため、一般的なシート製造装置では、押出機出口の圧力が一定になるように押出機とギアポンプのどちらか、または両方の回転速度を制御しており、フィルム厚みまたは物性の経時安定性は高くない。この課題を解決するため、フィルム厚みと物性の高い経時安定性を両立する新たな技術が必要とされている。

ところで、本発明の好ましい形態と一見すると似ているように見える技術として、特許文献１に開示されている樹脂押出成形装置の運転制御装置及び運転制御方法がある。

特許文献１には、２台のろ過装置を使用する場合に運転制御を良好にする目的で、各ろ過装置の前にギアポンプを備えた制御装置が開示されている。図３および４は特許文献１の樹脂押出成形装置１０２の概略図である。図３に示すように、押出機１で樹脂を溶融し、第１のギアポンプ２で輸送し、第１のろ過装置６を経由して、第２のギアポンプ３で輸送し、第２のろ過装置７を経由して、口金４でシート状に成形する。成形時には、第２のギアポンプ３は回転速度を一定に制御し、押出機１および第１のギアポンプ２はそれぞれ制御手段１２、１３によって第２のギアポンプ３前の圧力が一定になるよう回転速度を制御する。また、立上げ時及び吐出量変更時には、図４に示すように、第１のギアポンプ２及び第２のギアポンプ３はそれぞれ制御手段１１、１４によって各前圧力が一定になるように回転速度を制御する。このように立上げ、吐出量変更時に成形時とは異なる制御方法を用いることで、押出が安定して成形を始めるまでの安定作業時間を短縮し、その安定までに使用する樹脂の損失を低減することができる。

特開２００３−１６９６号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、成形時に押出機１の回転速度が変化することでフィルムの物性が安定せず、フィルム厚みと物性の高い経時安定性を両立できない。

本発明の目的は、フィルム厚みと物性の高い経時安定性を両立するシート製造方法および製造装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のシート製造方法は、押出機にてシート材料を溶融して押し出し、押出機から押し出されたシート材料を第１のギアポンプで輸送し、さらに第１のギアポンプから輸送されたシート材料を第２のギアポンプで輸送し、第２のギアポンプから輸送されたシート材料を口金にてシート状に成形するシートの製造方法であって、
前記押出機と前記第２のギアポンプとを、それぞれ回転速度が一定となるように制御して運転し、前記第１のギアポンプを、前記押出機の出口でのシート材料の圧力値が一定となるように、その回転速度を制御して運転する。

また、上記目的を達成する本発明のシート製造装置は、シート材料を溶融するための押出機と、
前記押出機の下流側に備えられシート材料を輸送するための第１のギアポンプと、
前記第１のギアポンプの下流側に備えられシート材料を輸送するための第２のギアポンプと、
前記第２のギアポンプの下流側に備えられシート材料をシート状に成形するため口金と、
前記押出機の出口に備えられ、シート材料の圧力を測定するための圧力測定器と、
前記押出機、前記第１のギアポンプ、および前記第２のギアポンプのそれぞれの回転速度を制御する制御装置であって、前記押出機と前記第２のギアポンプとをその回転速度が一定となるように制御するとともに、前記第１のギアポンプを前記圧力測定器で測定されるシート材料の圧力値が一定となるようにその回転速度を制御する制御装置と、を備えている。

次に、本発明における各用語の意味を説明する。
「シート材料」とは、シートを構成する材料をいう。シート材料としては、たとえば、ポリエチレン・ポリプロピレン・ポリスチレン・ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン樹脂、脂環族ポリオレフィン樹脂、ナイロン６・ナイロン６６などのポリアミド樹脂、アラミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート・ポリブチレンテレフタレート・ポリプロピレンテレフタレート・ポリブチルサクシネート・ポリエチレン−２，６−ナフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、４フッ化エチレン樹脂・３フッ化エチレン樹脂・３フッ化塩化エチレン樹脂・４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体・フッ化ビニリデン樹脂などのフッ素樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリ乳酸樹脂、などを溶媒に溶かすか溶融するなどして流動化したものを用いることができる。またこれらの熱可塑性樹脂としてはホモ樹脂であってもよく、共重合または２種類以上のブレンドであってもよい。また、各熱可塑性樹脂中には、各種添加剤、例えば、酸化防止剤、帯電防止剤、結晶核剤、無機粒子、有機粒子、減粘剤、熱安定剤、滑剤、赤外線吸収剤、紫外線吸収剤、屈折率調整のためのドープ剤などが添加されていてもよい。

「押出機」とは、内蔵するスクリューを回転することでシート材料を溶融、混練する装置をいう。スクリューの形状、本数は、限定されるものではなく、単軸、二軸、三軸以上の多軸でもよい。スクリューの回転方向は同方向、異方向のどちらでもよい。

「ギアポンプ」とは、内蔵するギアを回転することでシート材料を計量して輸送する装置をいう。ギアの個数、形状は限定されるものではない。

「口金」とは、シート材料をシート状に成形して吐出する装置をいう。流路の形状は限定されるものではなく、Ｔダイ、コートハンガーダイ、Ｌダイ、フィッシュテールダイでもよい。

「第２の押出機」とは、内蔵するスクリューを回転することでシート材料を輸送する装置をいう。スクリューの形状、本数は、限定されるものではなく、単軸、二軸、三軸以上の多軸でもよい。スクリューの回転方向は同方向、異方向のどちらでもよい。

「圧力測定器」とは、シート材料の圧力を測定する装置をいう。

「制御装置」とは、圧力や回転速度などのデータを基に押出機、ギアポンプ、第２のギアポンプ、第２の押出機の回転速度を制御する装置をいう。

本発明の口金では、フィルム厚みと物性の高い経時安定性を両立したシートを製造することができる。

本実施形態のシート製造装置の概略図 本実施形態の第２の押出機を備えるシート製造装置の概略図 特許文献１の樹脂押出成形装置の成形時の概略図 特許文献１の樹脂押出成形装置の立上げ、吐出量変更時の概略図

以下に本発明について詳細に述べるが、本発明は以下の実施例を含む実施形態に限定されるものではない。

図１、２は本発明のシートの製造装置に関する図である。なお、従来の技術と同じ用途および機能を有している部材については、同じ符号を有している場合がある。

本発明のシートの製造装置を説明する。図１は本発明のシートの製造装置の概略図である。図１に示すように、押出機１にてシート材料を溶融して押し出し、押出機１から押し出されたシート材料を第１のギアポンプ２で輸送し、さらに第１のギアポンプ２から輸送されたシート材料を第２のギアポンプ３で輸送し、第２のギアポンプ３から輸送されたシート材料を口金４にてシート状に成形する。制御装置１０が押出機１と前記第２のギアポンプ３とを、それぞれ回転速度が一定となるように制御して、押出機１の出口に備えられてシート材料の圧力を測定するための圧力測定器３１でのシート材料の圧力値が一定となるように、第１のギアポンプ２の回転速度を制御する。そして、成形されたシートは固化され、そのまま、あるいは延伸等の後処理が施されフィルムとなる。このように、（ｉ）押出機１の回転速度を一定に制御することで、押出機内でのシート材料の溶融と混練の状態を一定とし、フィルムの物性を一定に保ち、それに加えて、（ii）押出機１の出口の圧力が一定となるように第１のギアポンプの回転速度を制御することでも、押出機内でのシート材料の溶融と混練の状態を一定とし、フィルムの物性を一定に保ち、さらに、（iii）第２のギアポンプ３の回転速度を一定に制御することで、第２のギアポンプ３からのシート材料の搬送量を一定とし、フィルムの厚みを一定に保つことができる。つまり、フィルム厚みと物性の高い経時安定性を両立することができる。なお、上記説明では、１台の制御装置１０で押出機１、第１のギアポンプ２、および第２のギアポンプのそれぞれの回転速度を制御する形態を説明したが、もちろん、押出機１、第１のギアポンプ２、および第２のギアポンプ３のそれぞれの回転速度を制御する制御装置を別個独立に備えてもよい。

本発明のシートの製造装置は、第１のギアポンプ２と第２のギアポンプ３との間にさらに第２の押出機５を備え、第１のギアポンプ２から輸送されたシート材料を第２の押出機５にて押し出し、第２のギアポンプ３に輸送することが好ましい。図２は、第２の押出機５を備える本発明のシートの製造装置の概略図である。第１のギアポンプ２と第２のギアポンプ３はともに計量性が高いため、各ギアポンプのシート材料の輸送量に差が生じると、行き場を失ったシート材料の圧力が高くなり、大きく変動することがある。そのため、ギアポンプよりも計量性の低い第２の押出機５をこれらギアポンプの間に備えることで、この輸送量の差を吸収し、この圧力の変動を抑制することができる。押出機１の出口、第２の押出機の前、第２のギアポンプの前などの圧力を測定して、その結果を基に制御装置１０が第２の押出機５の回転速度を制御してもよい。

本発明のシートの製造方法は、さらに制御装置１０が第２の押出機５の回転速度を一定となるように制御することが好ましい。第１の押出機１よりも影響が低いとはいえ、第２の押出機２の回転速度もフィルムの物性に影響する。そのため、第２の押出機５の回転速度を一定にすることで、ギアポンプ間の圧力変動を抑制しつつ、フィルム物性の経時間安定性を高めることができる。なお上記説明では制御装置１０が第２の押出機５の回転速度も制御する形態を説明したが、もちろん、第２の押出機５の回転速度を制御する制御装置を別個独立に備えてもよい。

本発明のシートの製造方法によって製造されたフィルムの用途の代表的なものは、光学用全般、工業用全般、粘着テープ、ディスプレイ、バックライト反射板、タッチパネル、窓貼り、コンデンサー、バッテリーセパレータ、太陽電池、離型用、リボンであるが、これらに限られない。

［実施例１］
図１に示すシートの製造装置を用いて、実際にフィルムを製造して評価した結果を説明する。本実施形態における具体的なシートの製造方法は以下の通りである。
（１）シート材料：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂（東レ（株）製熱可塑性樹脂Ｆ２０Ｓ）
（２）仕込み：シート材料は乾燥後に押出機に供給。押出量は１００ｋｇ／ｈ、押出機から口金までの温度は２８０℃に設定した。
（３）各回転速度制御：押出機の回転速度は一定に制御、第１のギアポンプの回転速度は押出機出口の圧力が一定になるように制御、第２のギアポンプの回転速度は一定に制御した。
（４）口金：スリット幅５００ｍｍ、スリット間隙２ｍｍ。
（５）吐出：口金からシート状に押出した後、冷水で急冷固化し、シート厚みが１ｍｍになるよう成形した。
（６）物性の評価：冷却固化したシートにおいて、シートの幅方向中央部の厚みを０．５ｍごとに計２０点、「ＡＳＴＭ−Ｄ−８８２」に準じてヤング率を測定し、その最大値と最小値の差を平均値で除した値を物性ムラとした。
（７）厚みの評価：冷却固化したシートにおいて、シートの幅方向中央部の厚みを厚み計「ＴＯＦ−４Ｒ」（山文電気製）で流動方向に１０ｍ測定し、その最大値と最小値の差を平均値で除した値を厚みムラとした。

その結果、物性ムラ３．２％、厚みムラ２．６％と厚みと物性の高い経時安定性を両立したシートを製造することができた。また、第２のギアポンプ前の圧力は最大１２％変動した。なお、本実施例１は参考例である。

［実施例２］
図３に示すように第２の押出機を備えた以外は、実施例１と同様にしてフィルムを製造した。第２のギアポンプ前の圧力が一定になるように第２の押出機の回転速度を制御した。その結果、物性ムラ２．９％、厚みムラ２．５％と厚みと物性の高い経時安定性を両立したシートを製造することができた。さらに、第２のギアポンプ前の圧力変動を最大６％に抑制できた。

［実施例３］
第２の押出機の回転速度を一定に制御した以外は、実施例２と同様にしてフィルムを製造した。その結果、第２のギアポンプ前の圧力変動を最大５％に抑制した状態で、さらに物性ムラ２．１％、厚みムラ１．７％と厚みと物性の高い経時安定性を両立したシートを製造することができた。

［比較例１］
第１のギアポンプの回転速度を一定に制御した以外は、実施例１と同様にしてフィルムを製造した。その結果、押出機出口の圧力が変動し、ベントアップが発生、評価するシートを製造できなかった。

［比較例２］
第２のギアポンプ前の圧力が一定の圧力になるように第２のギアポンプの回転速度を制御した以外は、実施例１と同様にしてフィルムを製造した。その結果、物性ムラ４．２％と小さめではあったが、第２のギアポンプ回転速度が変動したために厚みムラ１５．７％と大きくなり、厚みと物性の高い経時安定性を両立したシートを製造することができなかった。

［比較例３］
第２のギアポンプ前の圧力が一定の圧力になるように押出機および第１のギアポンプの回転速度を制御した以外は、実施例１と同様にしてフィルムを製造した。その結果、厚みムラ３．７％と小さめではあったが、押出機の回転速度が変動したために物性ムラ１２．３％と大きくなり、厚みと物性の高い経時安定性を両立したシートを製造することができなかった。

本発明によれば、押出機と第２のギアポンプの回転速度を一定に制御することで、厚みと物性の高い経時安定性両立し、品位および生産性の向上を実現することができる。

１：押出機
２：第１のギアポンプ
３：第２のギアポンプ
４：口金
５：第２の押出機
６：第１のろ過装置
７：第２のろ過装置
１０：回転速度を制御する制御装置
１１、１２、１３、１４：圧力を基に回転速度を制御する制御手段
３１、３２：シート材料の圧力を測定する圧力測定器
１０１：本発明のシート製造装置
１０２：特許文献１の樹脂押出成形装置

Claims (4)

1. 押出機にてシート材料を溶融して押し出し、押出機から押し出されたシート材料を第１のギアポンプで輸送し、第１のギアポンプから輸送されたシート材料を第２の押出機にて押し出し、さらに第２の押出機から押し出されたシート材料を第２のギアポンプで輸送し、第２のギアポンプから輸送されたシート材料を口金にてシート状に成形するシートの製造方法であって、
   前記押出機と前記第２のギアポンプとを、それぞれ回転速度が一定となるように制御して運転し、
   前記第１のギアポンプを、前記押出機の出口でのシート材料の圧力値が一定となるように、その回転速度を制御して運転する、シートの製造方法。
2. 前記第２の押出機を、その回転速度が一定になるよう制御して運転する、請求項１のシートの製造方法。
3. シート材料を溶融するための押出機と、
   前記押出機の下流側に備えられシート材料を輸送するための第１のギアポンプと、
   前記第１のギアポンプの下流側に備えられシート材料を押し出すための第２の押出機と、
   前記第２の押出機の下流側に備えられシート材料を輸送するための第２のギアポンプと、
   前記第２のギアポンプの下流側に備えられシート材料をシート状に成形するため口金と、
   前記押出機の出口に備えられ、シート材料の圧力を測定するための圧力測定器と、
   前記押出機、前記第１のギアポンプ、および前記第２のギアポンプのそれぞれの回転速度を制御する制御装置であって、前記押出機と前記第２のギアポンプとをその回転速度が一定となるように制御するとともに、前記第１のギアポンプを前記圧力測定器で測定されるシート材料の圧力値が一定となるようにその回転速度を制御する制御装置と、を備えたシートの製造装置。
4. 前記第２の押出機の回転速度を一定となるように制御する制御装置を備えた、請求項３のシートの製造装置。
   

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