JPH0459332A - ポリアミド系フイルム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は幅方向に均一な熱可塑性樹脂フィルムに係わる
。更に詳しくは、テンターによって横延伸、熱固定され
る際に生じるボーイング現象を抑制し、幅方向に均一な
物理的、化学的及び物理化学的性質を有する熱可塑性樹
脂フィルムに関する。

（従来の技術） 熱可塑性樹脂フィルム、特に二輪配向されたポリエステ
ル系、ポリアミド系、ポリオレフィン系、ポリビニル系
樹脂、ポリフェニレンサルファイド等のフィルムは、包
装及び工業用途、その他の用途に供せられており、フィ
ルムの幅方向のどの部分でも同じ物性値であることが望
ましい。

しかし、従来の製造方法では製品フィルムの幅方向の物
性を均一にすることは極めて困難であった。この理由は
、テンター内においてフィルムの両端はクリップに把持
されていて、延伸工程によって生じる縦方向の延伸応力
や、熱固定工程によって発生する収縮応力は、把持手段
であるクリップによって拘束されているのに対し、フィ
ルムの中央部は把持手段の影響が低（拘束力が弱くなり
、上記の応力の影響によってクリップで把持されている
端部に対してフィルムの中央部分は遅れが生じることが
わかっている。そして、横延伸と熱固定を連続に同一の
テンターで行う場合において、テンターに入る前のフィ
ルムの面上に幅方向に沿って直線を描いておくと、この
直線はテンター内で変形してフィルムの進行方向に対し
て延伸工程の始めの領域で凸型に変形し、延伸工程の終
わり直前の領域で直線に戻り、延伸工程終了後には凹型
に変形する。さらに熱固定工程の領域の始めで凹形の変
形は最大値に達し、このまま曲線は変化しないでその後
のテンターを通過し、テンターを出たフィルムには凹形
の変形が残る。この現象はボーイング現象と称されてい
るものであるが、このボーイング現象はフィルムの幅方
向の物性値を不均一にする原因になっている。

ボーイング現象によって、フィルムの側端部分ではボー
イング線に対して更に縦方向に傾斜した配向主軸が生じ
て、幅方向で配向主軸の角度が異なる傾向がある。この
結果、例えば縦方向の熱収縮率、熱膨張率、湿潤膨張率
等の物性値がフィルムの幅方向で異なってくる。このボ
ーイング現象によって、包装用途の一例として、印刷ラ
ミネート加工、製袋工程等において印刷ピッチずれ、斑
の発生、カーリング、蛇行などのトラブルの原因になっ
ている。また、工業用途の一例として、フロッピーディ
スク等のベースフィルムでは面内異方性のため磁気記録
特性の低下などのトラブルの原因になっている。

更に詳しく述べると、横延伸と熱固定間に冷却工程を設
ける従来技術としては、特公昭３５−１１７７４号公報
には横延伸と熱固定工程の間に２０℃〜１５０℃の緩和
工程を介在させ、実質冷却工程を設けた製造方法が提案
されている。しかし、この冷却工程の長さについては全
く記載されていないばかりか、ボーイング現象の減少の
効果も全く不明である。更に、ボーイング現象を減少な
いし解消する技術として、特開昭５０−７３９７８号公
報には延伸工程と熱固定工程との間にニップロール群を
設置するフィルムの製造方法が提案されている。しかし
、この技術ではニップロールを設置する中間帯の温度が
ガラス転移点温度以上で、ニップ点でのフィルムの剛性
が低いため改良効果が少ない。また、特公昭６３−２４
４５９号公報には横延伸完了後のフィルムの両端部を把
持しながら中央付近の狭い範囲のみをニップロールによ
って強制的な前進をもたらす工程が提案されている。し
かし、この技術ではニップロールをテンター内の高温領
域に設置する必要があり、ロール及びその周辺装置を冷
却する必要があり、またフィルムが高温であるためロー
ルによる傷が発生するおそれがあり、実用面で制約され
る。また、特公昭６２−４３８５８号公報には、横延伸
直後のフィルムをガラス転移点温度以下に冷却した後、
多段に熱固定を行ない熱固定と同時に横方向に伸張する
技術が提案されている。しかし、この技術では冷却工程
でボーイング現象の減少が少ないためか、又は熱固定で
ボーイング現象が再発生しやすいためか冷却工程に加え
て多段に熱固定する工程と再延伸との複雑な工程となっ
ている。そのためテンター内の雰囲気温度やフィルム湿
度を長時間にわたり安定して制御することが困難ではな
いかと懸念される。また、本提案も冷却工程の長さとフ
ィルム幅の関係などは記載されていない。更に、特開昭
６２−１８３３２７号公報には縦延伸後、テンターで横
延伸、熱固定する際に、横延伸ゾーンと熱固定ゾーンと
の間に側端部分のみをガラス転移点湿度以上熱固定湿度
以下の湿度の予熱ゾーンを設置する技術が提案されてい
る。しかし、この技術では、予熱ゾーンの温度を幅方向
に温度勾配を持たせながら制御しなければならないため
、フィルム温度を長時間にわたり制御することが困難で
はないかと懸念される。なお、本提案の実施例ではこの
予熱ゾーンの長さがフィルム幅の半分と短いことからボ
ーイング現象の減少の効果が少ないと推測される。また
、特開平１−１６５４２３号公報には横延伸後のフィル
ムを横延伸温度以下に冷却した後、多段に昇温しながら
横方向に再度伸張する技術が提案されている。しかし、
この技術では、特公昭８２−４３８５６号公報の場合と
同様に冷却工程でのボーイング現象の減少の効果が少な
いためか、また、熱固定工程でボーイングが発生しやす
いためか、冷却工程に加えて多段に熱固定する工程と再
延伸する工程との複雑な工程となっている。そのためテ
ンター内の雰囲気温度やフィルム温度を長時間にわたり
安定して制御することが困難ではないかと懸念される。

なお、本提案では、冷却工程の長さがフィルム幅の％以
上が好ましいとの記載があるが、この根拠が定かでない
。また、冷却湿度がガラス転移点温度以上延伸温度以下
が好ましいとの記載がある。しかし、この程度の冷却工
程の長さや冷却工程の温度がガラス転移点温度以上では
、ボーイング現象の減少の効果が少ないことが危惧され
、上記のような複雑な工程を採用せざるを得なかったと
推測される。

また、特公平１−２５６９４号公報、特公平１−２５６
９６号公報には、フィルムの走行方向を逆転させて横延
伸、熱固定をする技術が提案されている。しかし、この
技術ではフィルムの走行方向を逆転させるのにフィルム
を一旦巻き取る必要があり、オフラインでの製造方法で
あるため生産性の面で制約を受けるなどの問題点がある
。

このように、ボーイング現象を減少させる試みはこれま
で行われてきているがこれらの提案は製造方法や装置に
関するもので、フィルムの特性（分子配向状態等）に注
目した発明は行われていない。例えば、特開昭５８−２
１５３１８号公報や特開昭６１−８３２６号公報に見ら
れるように、ボーイング現象の程度に関係な（フィルム
中央部では、フィルムの分子配向状態は配向主軸のずれ
がほとんど無いためボーイング現象の程度を知るために
はフィルム全幅の試料が必要であり、フィルムの任意の
場所での試料からはボーイング現象の大小を判別するこ
とは不可能であった。

（発明が解決しようとする課題） かかる課題に対し、フィルム幅方向の物性の均一なフィ
ルム（特に熱収縮率等の物性値）と、その工業的に有利
な製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、テンター内におけるボーイング線の変化
を観察し、種々の研究からボーイング現象の発生過程を
解明し、このボーイング現象を減少する手段を検討して
、フィルムの幅方向の物性値を分析して本発明に到達し
た。

本発明は、少なくとも横方向に延伸された熱可塑性樹脂
フィルムの端部におけるマイクロ波によって測定される
分子配向角が、フィルムの進行方向あるいは進行方向と
直角方向に対して１３０゜｜以下（第１図）であること
を特徴とする熱可塑性樹脂フィルムがボーイングの少な
い均一な物性を有していることを見いだし本発明に至っ
た。このフィルムの製造方法とは、横延伸工程と熱固定
工程との間に下式を満足する冷却工程を設けて、ガラス
転移点温度以下に冷却する事を特徴とする熱可塑性樹脂
フィルムの製造方法である。

Ｌ／Ｗ　　　≧　　１．０ なお、上式において、Ｌは冷却工程の長さ（ｍ）　、Ｗ
はフィルム幅（ｍ）を意味する。ここで、冷却工程の長
さしは、実質的に冷却工程の前工程の温度以下になる箇
所から該冷却工程の温度より実質的に高い次工程の温度
までの最も長い箇所までの長さを意味し、フィルム幅Ｗ
は、テンター出口でのテンターのクリップ間距離を意味
するものとする。また、ここで横方向とはフィルムの走
行方向に対して直角方向、縦方向とは走行方向を意味す
る。

また、冷却工程の長さしとフィルム幅Ｗとの比Ｌ／Ｗの
値はテンター速度に本質的には依存しないが、テンター
の速度が増加すると、フィルムの温度が実質的に効果の
ある冷却湿度に到達するまでに時間がかかり、本発明の
主旨である冷却工程の長さしとフィルム幅Ｗとの比Ｌ／
Ｗの値は実質的に小さくなる。

そこで、テンター速度を増加する場合には、冷却工程の
長さしとフィルム幅Ｗとの比Ｌ／Ｗの値を大きくするほ
ど効果が向上する。例えば、テンター速度を２倍にした
場合には、冷却工程の長さＬとフィルム幅Ｗとの比Ｌ／
Ｗの値は増速前の値の１．５倍以上を選択することが好
ましい。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明では、熱可塑性樹脂をその融点以上の温度に加熱
・溶融し、スリットダイを含む押出し手段から冷却ドラ
ム表面へフィルム状に押出し、縦方向にロール速度が異
なるロール群により縦方向に延伸し、テンターで横方向
に延伸し、要すれば熱固定され、フイルムワインダー等
によって巻キ取られることは公知である。本発明では、
製膜・延伸条件として、このような樹脂の溶融・押出し
条件、キャスティング条件、縦方向延伸条件、横方向延
伸条件、熱固定条件、巻き条件等を適宜選択できる。

本発明に適用される熱可塑性樹脂としては、ポリエチレ
ンテレフタレート、ポリエチレン２，６−ナフタレート
、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンテレフタ
レートなどのポリエステル系樹脂、ナイロン−６、ナイ
ロン−６６などのポリアミド系樹脂、ポリプロピレン、
ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリフェニ
レンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスル
フォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケ
トンケトン、ポリエチレントリメリテッドイミド、その
他多くの単体、共重合体、混合体、複合体等が挙げられ
る。

本発明の製造方法は熱可塑性樹脂フィルムを横延伸、熱
固定処理する際に、熱固定工程前のフィルムをガラス転
移点温度以下に冷却し、横延伸工程によって発生するボ
ーイング現象を減少するものであり、この冷却温度は低
いほどボーイング現象の減少の効果が向上する。冷却工
程の長さしとフィルム幅Ｗとの比Ｌ／Ｗの値が大きいほ
どボーイング現象の減少の効果が向上し、冷却工程の長
さしとフィルム幅Ｗとの比をＬ／Ｗ≧２．０で冷却工程
の長さＬを選択することが好ましい。さらに好ましくは
、Ｌ／Ｗ≧３．０である。

また、横延伸工程と熱固定工程を行なうテンターを切り
放す場合には、大気中でフィルムを走行させるためフィ
ルムはガラス転移点温度以下に冷却され、冷却工程の長
さしとフィルム幅Ｗとの比Ｌ／Ｗ≧１．０を満足さえす
れば横延伸工程と熱固定工程を別のテンターで行なうこ
とも本発明に含まれる。

更に、この冷却工程及び熱固定工程終了後の冷却工程に
おいては、フィルムを速度制御可能なニップロール群に
通すことが好ましく、その効果は著しく向上する。この
ニップロールの材質は、金属鏡面とゴム弾性体との組合
せで、ニップロールはテンターのクリップとの相対的な
速度でフィルムを緊張させることから速度制御が容易で
あることが条件である。またニップロールは単独でもあ
るいは両方相互に制御可能であることが好ましい。

本発明では、横延伸、冷却、熱固定工程が連接している
場合や、上記工程間に再延伸及び緩和及び定長工程が含
まれる場合は当然台まれる。更に、縦延伸後横延伸する
製造方法以外の延伸方式も本発明に含まれる。例えば、
横延伸後縁延伸する延伸方式、縦横延伸後に再縦延伸す
る延伸方式、縦２段延伸を含む延伸方式、横延伸後のフ
ィルムの両端をトリミングして縦延伸する延伸方式など
のその要旨を越えない限り上記に限定されるものではな
い。

一般的にフィルムの物性はフィルムの結晶部のみでなく
、非晶部の状態によっても規定され、特にフィルムの熱
収縮挙動等はこの非晶部の状態によって左右されるとい
われている。そこで、分子配向状態の測定については、
マイクロ波を利用した非晶部の配向性を評価する装置を
用いた。この評価法により、包装用途において印刷ラミ
ネート加工、製袋工程等での印刷ピッチずれ、斑の発生
、カーリング、蛇行、また、工業用途におけるフロッピ
ーディスク等のベースフィルムでの磁気記録特性の低下
などのトラブルの原因になっている熱収縮率等の物性値
の異方性と、マイクロ波による分子配向状態との関係を
明確にして、ボーイングが少な゛く幅方向に物性値の均
一なフィルムの分子配向状態を解明して本発明に至った
。

本発明においてボーイング現象の少ないフィルムの特徴
としての理由については、分子配向角はフィルムの端部
からフィルムの中央部に近付くほど減少していくのでフ
ィルム端部における分子配向角が、フィルムの進行方向
あるいは進行方向に対して１３０゜｜以下であれば、フ
ィルムの全幅にわたり分子配向角が、フィルムの進行方
向あるいは進行方向と直角方向に対して１３０゜｜以下
となり、はぼフィルムの全幅にわたり分子配向角の傾き
の少ないフィルムとなるため、物性値の均一なフィルム
の歩留まりが良好となる。また、分子配向角がフィルム
の進行方向あるいは進行方向と直角方向に対して１３０
゜｜以上になると、分子配向状態の歪みが回転すること
によって物性値の異方性が問題となる。例えば、フィル
ムの走行方向に対して１４５″′１の２方向の物性値の
絶対値の比を算出した場合に、その値が１．０に近いほ
どフィルムの幅方向での物性差が少ないものと判定基準
を定めて、フィルムの進行方向あるいは進行方向と直角
方向に対して１３０゜｜以下のフィルムがフィルムの全
幅にわたり物性値の異方性が少ないフィルムであること
が判った。

さらに、ボーイング現象の少ないフィルムを製造するに
際して工業的に有利な効果が得られる理由については、
ボーイング現象を減少するのに必要な冷却工程の長さの
決定において、誰もがなしえなかった有限要素法を適用
しうる数式モデルを設定し数値解析によって延伸応力の
伝播を推定可能ならしめ、その結果、冷却工程の長さし
とフィルム幅Ｗとの比Ｌ／Ｗ＝１．０で応力伝播は約％
になり、Ｌ／Ｗ＝２．０で応力伝播は約１／１０になり
、Ｌ／Ｗ＝３．０でほとんどゼロになることを計算値よ
り求め、実機で裏付けし、いかなる場合も適用可能なこ
とを見いだせたためである。

次に実施例を示す。

（実施例） 本発明において使用される装置の一例について説明する
。Ｔダイより押出された熱可塑性樹脂はチルロールによ
って急冷されフィルム状に成形される。

そのフィルムはロール延伸機によって縦方向に延伸され
、ついでテンターのクリップによってその両端を把持さ
れつつ、予熱ゾーンを通って横延伸ゾーンに入り横延伸
される。さらに、フィルムは冷却ゾーンに入り、熱固定
ゾーンを通り、熱固定された後、クリップから外されて
テンターから出て巻取り機によって巻取られる。

本発明において、ボーイング歪は、テンターにはいる前
のフィルムの表面に直線を描き、最終的に得られたフィ
ルム上で第２図に示すような弓状に変形しており、この
弓形の状況を、 Ｂ　　＝　　ｂ／Ｗ　　Ｘ　　１００　　（％）ここで
、Ｂ＝ボーイング歪の量（％） Ｗ　＝　フィルム幅　（−箇） ｂ　＝　ボーイング線の最大回置　（龍）によって算出
した。

また、本発明において、製膜工程終了後のフィルムのマ
イクロ波による分子配向状態の測定については、神崎製
紙轢製の分子配向針（ＭＯＡ−２００１Ａ）を用いて分
子配向角（ＡＮＧＬＥ）を測定した。この分子配向状態
をフィルムの全幅方向について測定した。

以下、いくつかの例を挙げて説明する。

実施例１ ポリエチレンテレフタレート樹脂を溶融してＴダイより
押出し、チルロール上でフィルム状に成形したのちロー
ル延伸機によって縦方向に３．６倍延伸し、その後テン
ターによって横方向に３．７倍延伸し、熱固定した二軸
配向ポリエチレンテレフタレートフィルムとした。テン
ター内における温度は、予熱湿度を９０℃、延伸温度を
１００℃、その後の冷却温度を４０℃、熱固定湿度を２
２０℃とした。その後、通常のようにしてフィルムを巻
き取った。なお、冷却ゾーンの長さしとフィルム幅Ｗと
の比Ｌ／Ｗ＝１．０とした。

実施例２ 実施例１において、冷却ゾーンの長さしとフィルム幅Ｗ
との比Ｌ／Ｗ＝２．０とする以外は実施例１と同様にし
て二軸配向ポリエチレンテレフタレートフィルムを得た
。

実施例３ 実施例１において、冷却ゾーンの長さしとフィルム幅Ｗ
との比Ｌ／Ｗ＝３．０とする以外は実施例１と同様にし
て二軸配向ポリエチレンテレフタレートフィルムを得た
。

実施例４ 実施例１において、冷却ゾーンの温度を６５℃とする以
外は実施例１と同様にして二輪配向ポリエチレンテレフ
タレートフィルムを得た。

比較例１ 実施例１において、冷却工程を行わない以外はすべて実
施例１と同様にして二軸配向ポリエチレンテレフタレー
トフィルムを得り。

比較例２ 実施例１において、冷却ゾーンの湿度を１００℃とする
以外は実施例１と同様にして二輪配向ポリエチレンテレ
フタレートフィルムを得た。

比較例３ 実施例２において、冷却ゾーンの温度を１００℃とする
以外は実施例２と同様にして二輪配向ポリエチレンテレ
フタレートフィルムを得た。

比較例４ 実施例３において、冷却ゾーンの温度を１００℃とする
以外は実施例３と同様にして二軸配向ポリエチレンテレ
フタレートフィルムを得た。

実施例５ ナイロン−６樹脂を溶融してＴダイより押出し、チルロ
ール上でフィルム状に成形したのちロール延伸機によっ
て縦方向に３．２５倍延伸し、その後テンターによって
横方向に３．５倍延伸し、熱固定した二輪配向ナイロン
−８フイルムとした。テンター内における温度は、予熱
温度を６０℃、延伸温度を８５℃、その後の冷却湿度を
４０℃、熱固定湿度を２３５℃とした。その後、通常の
ようにしてフィルムを巻き取った。なお、冷却ゾーンの
長さしとフィルム幅Ｗとの比Ｌ／Ｗ＝１．０とした。

実施例６ 実施例５において、冷却ゾーンの長さしとフィルム幅Ｗ
との比Ｌ／Ｗ＝２．０とする以外は実施例５と同様にし
て二輪配向ナイロン−６フイルムを得た。

実施例７ 実施例５において、冷却ゾーンの長さしとフィルム幅Ｗ
との比Ｌ／Ｗ＝３．０とする以外は実施例５と同様にし
て二輪配向ナイロン−６フイルムを得た。

比較例５ 実施例５において、冷却工程を行わない以外はすべて実
施例５と同様にして二軸配向ナイロン−６フイルムを得
た。

比較例６ 実施例５において、冷却ゾーンの湿度を８０℃きする以
外は実施例５と同様にして二輪配向ナイロン−６フイル
ムを得た。

比較例７ 実施例７において、冷却ゾーンの温度を８０℃とする以
外は実施例７と同様にして二軸配向ナイロン−６フイル
ムを得た。

実施例と比較例における製膜条件とボーイング歪及び分
子配向状態（フィルムの端部）の測定結果を表１に示す
。

以下余白 第１０ （発明の効果） 比較例（冷却を行なわないか、冷却工程を有しても冷却
温度がガラス転移点温度以上の場合）は、端部での分子
配向角が大きいが、本発明では熱可塑性樹脂フィルムを
横延伸、熱固定する工程において発生するボーイング現
象を抑制し、フィルムの幅方向に均一な物性（端部での
分子配向角が１３０″′１以下）を有するフィルムを製
造できることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は分子配向角の範囲を示したもので、第２図はボ
ーイング歪の算出方式を示したものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも横方向に延伸された熱可塑性樹脂フィ
   ルムの端部におけるマイクロ波によって測定される分子
   配向角が、フィルムの進行方向あるいは進行方向と直角
   方向に対して｜３０゜｜以下であることを特徴とする熱
   可塑性樹脂フィルム。
2. （２）少なくとも横方向に延伸された熱可塑性樹脂フィ
   ルムの端部におけるマイクロ波によって測定される分子
   配向角が、フィルムの進行方向あるいは進行方向と直角
   方向に対して｜３０゜｜以下であることを特徴とする熱
   可塑性樹脂フィルムを製造するに際し、横延伸工程と熱
   固定工程との間に下式を満足する冷却工程を設けて、ガ
   ラス転移点温度以下に冷却する事を特徴とする熱可塑性
   樹脂フィルムの製造方法。 Ｌ／Ｗ≧１．０ なお、上式において、Ｌは冷却工程の長さ （ｍ）、Ｗはフィルム幅（ｍ）を意味する。