JPH1044235A - ポリオレフィン成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原反の厚みや幅等の変動の影響を受け難く、
厚みが厚いものでも均一に延伸させることができ、それ
によって均一であり、強度及び弾性率に優れたポリオレ
フィン成形体を得ることを可能とする方法を提供する。 【解決手段】 高密度ポリオレフィンを主成分とする成
形体を用意し、該成形体を所定の方向に圧延倍率１．５
倍以上で圧延する第１の圧延工程を実施し、次に第１圧
延工程とは異なる方向に圧延倍率１．１倍以上に圧延す
る第２の圧延工程を実施し、得られた圧延物を第２の圧
延工程における圧延方向と同方向に延伸する、ポリオレ
フィン成形体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高密度及び高弾性
率を有するポリオレフィン成形体の製造方法に関し、よ
り詳しくは、高密度ポリオレフィンを主成分とする成形
体を複数回圧延し、圧延後に延伸することにより強度及
び弾性率を高めたポリオレフィン成形体の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ポリオレフィン成形体では、用途に応じ
て、強度及び弾性率の高いものが求められている。特
に、ポリオレフィンフィルムでは、他の樹脂フィルムと
同様に、延伸により強度及び弾性率を高める方法が種々
試みられている。

【０００３】例えば、特開昭６１−２５５８３４号公報
には、溶融押出法で成形された樹脂フィルムを、横方向
に自然延伸比程度で熱延伸し、延伸されたフィルムを一
定張力の条件下で狭い加熱ゾーンを通して局所的に加熱
しつつ延伸させるゾーン延伸を縦方向に少なくとも１回
行う方法が記載されている。すなわち、予め幅方向に熱
延伸し、後で行われるゾーン延伸が容易となるようにフ
ィルムのモルホロジーを変え、しかる後、縦方向にゾー
ン延伸することにより、強度を高め得ることが記載され
ている。

【０００４】しかしながら、特開昭６１−２５５８３４
号公報に開示されている方法では、ゾーン延伸に際して
は、一定張力下で延伸を行っていた。従って、延伸倍率
を制御することが困難であり、延伸原反フィルムの厚み
や幅などのばらつきにより、均一に延伸することが困難
であった。すなわち、得られた延伸フィルムは、延伸倍
率が不均一なフィルムとなる可能性があり、均一な物性
を有するフィルムを得ることが難しいという問題があっ
た。

【０００５】また、狭い加熱ゾーンにおいてフィルムを
局所的に加熱しているため、延伸原反フィルムの厚みが
厚い場合には、ゾーン延伸が不可能であるだけでなく、
ゾーン延伸を施す前の上記熱延伸すら困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ポリ
オレフィン成形体の厚みや幅などの変動の影響を受け難
く、厚みの比較的厚い板状体でも均一に延伸させること
ができ、それによって高強度及び高弾性率のポリオレフ
ィン成形体を得ることを可能とする製造方法を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされたものであり、高密度ポリオレフィ
ンを主成分とする成形体を圧延倍率１．５倍以上に圧延
する第１圧延工程と、前記第１圧延工程における圧延方
向とは異なる方向に圧延倍率１．１倍以上に圧延する第
２圧延工程と、圧延された成形体を前記第２の圧延工程
における圧延方向と同じ方向に延伸する工程とを備える
ことを特徴とするポリオレフィン成形体の製造方法であ
る。

【０００８】以下、本発明の詳細を説明する。本発明で
用いられる高密度ポリオレフィン樹脂としては、結晶性
が高いポリオレフィン樹脂である限り、特に限定される
ものではないが、例えば、ポリエチレン；ポリプロピレ
ン；１−ブテンや１−ペンテンなどの単独重合体もしく
は共重合成分が通常１０％以下のこれらの共重合体；１
−ブテンや１−ペンテンなどとビニル系単量体、例えば
酢酸ビニル、ビニルアルコール、アクリル酸、または塩
化ビニルなどが好ましくは１０重量％以下の割合で共重
合されてなるものを例示することができる。

【０００９】本発明では、上記高密度ポリオレフィン樹
脂の中でも、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）が好適に
用いられる。高密度ポリエチレンを用いる場合、その密
度は高い方が好ましく、密度が低いと延伸しても強度及
び弾性率をあまり向上させることができない。従って、
好ましくは、密度０．９４ｇ／ｃｍ³ 以上の高密度ポリ
エチレンが用いられる。

【００１０】また、本発明において、上記高密度ポリオ
レフィン樹脂のメルトインデックス（ＭＩ）が小さすぎ
ると、押出機等の成形機に負担がかかることになり、大
きすぎると、成形が困難となることがある。従って、Ｍ
Ｉが、好ましくは、０．１〜２０、より好適には１〜１
０の範囲の高密度ポリオレフィン樹脂が用いられる。

【００１１】本発明では、上記高密度ポリオレフィン樹
脂として、高密度ポリエチレンを単独で用いてもよく、
高密度ポリエチレンに、他のポリオレフィン系樹脂、例
えばポリプロピレン（ＰＰ）、低密度ポリエチレン（Ｌ
ＤＰＥ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、
酢酸ビニル、ポリビニルアルコールなどを好ましくは全
体の１０重量％以下の範囲で混合したものであってもよ
い。

【００１２】以下、高密度ポリオレフィン樹脂として、
高密度ポリエチレン樹脂を用いた場合を例にとり本発明
を説明する。高密度ポリエチレン樹脂を押出機などを用
いて溶融成形する場合、その溶融温度は１３０℃以上、
より好ましくは１４０℃以上とする。溶融温度が１３０
℃未満場合には、高密度ポリエチレン樹脂の溶融が不完
全となり、押出機等の成形機に負担がかかることがあ
る。

【００１３】本発明においては、成形物の形状は特に限
定されるものではなく、用途に応じて適宜の形状が選ば
れるが、後の圧延工程を容易に行うには、シート、テー
プ、フィルムまたは繊維状のものが好ましい。

【００１４】成形体の厚みは、後で行われる圧延工程に
大きく影響する。すなわち、圧延ロールが成形物を押し
つぶすのに必要な力、いわゆる圧下力が、成形体の厚み
が増大すると大きくなるため、圧延ロールのたわみが増
大し、幅方向に均一に圧延できなくなることがある。逆
に、成形物の厚みが薄くなりすぎると、圧延後の成形物
の厚さが薄くなりすぎ、加えて圧延ロール同士が接触し
ロールの寿命が短くなる可能性がある。従って、好まし
くは、成形物の厚みは０．５〜４ｍｍの範囲とされる。

【００１５】本発明では、先ず、上記成形体を、圧延倍
率１．５倍以上に圧延する第１の圧延工程を実施する。
この場合、圧延は、通常行われている方法、すなわち一
対の互いに反対方向に回転する圧延ロール間のクリアラ
ンスを、上記成形体の厚みよりも狭くし、圧延ロール間
に成形体を挿入し、成形体の厚みを減少させると共に、
圧延ロール回転方向に成形体を伸長することにより行わ
れる。

【００１６】圧延に際しての圧延ロールの温度が低すぎ
ると、圧下力が大きいため、均一な圧延が困難となるば
かりでなく、圧延による分子配向効果を期待できない。
また反対に温度が高すぎると、成形体が圧延中に溶融切
れするおそれがある。従って、第１圧延工程における圧
延ロールの温度は、通常５０〜１３０℃、好ましくは７
０℃〜１２０℃、より好ましくは９０〜１１０℃とされ
る。

【００１７】また、第１圧延工程における上記圧延ロー
ルの回転速度は特に限定されるものではないが、あまり
遅すぎると生産性が低下する。なお、本明細書におい
て、圧延方向とは、圧延による成形体の伸長方向をいう
ものとする。また、圧延倍率とは、通常、圧延倍率＝
（圧延前の成形体の長さ）／（圧延後の成形体の長さ）
で表されるものであるが、圧延による幅方向の変化はほ
とんどないため、圧延前後の長さ方向の変化比と、幅の
変化比はほぼ等しくなる。そこで本発明中では、圧延倍
率を厚みの変化比で示すことにする。すなわち、圧延倍
率＝（圧延前の成形体の厚み）／（圧延後の成形体の厚
み）で表される。

【００１８】第１圧延工程では、圧延倍率は、１．５倍
以上、好ましくは２倍以上、より好ましくは３倍以上と
される。圧延倍率が１．５倍未満の場合には、分子鎖を
配向させる作用があまり期待できないだけでなく、２回
目以降の圧延工程に負担がかかることになる。また、第
１圧延工程において圧延倍率を大きくしすぎると、圧下
力が増大するため、均一な圧延が困難となり、かつ成形
体の厚みが薄くなりすぎて２回目以降の圧延が困難とな
る。加えて、後の延伸工程において、延伸方向における
成形体強度が著しく低下し、延伸が不可能となることが
ある。従って、第１圧延工程における圧延倍率は１０倍
以下であることが好ましい。

【００１９】本発明では、上記第１圧延工程を行った後
に、圧延方向を異ならせて第２圧延工程が実施される。
第２圧延工程における圧延方向は、第１圧延工程の圧延
方向に対して、好ましくは、３０°以上、より好ましく
は５０°以上、さらに好ましくは９０°異なる方向に行
われる。第１圧延工程と第２圧延工程における圧延方向
の差が３０°未満の場合には、第２の圧延工程と後で行
われる延伸工程との総合による全体としての第２圧延工
程の圧延方向の延伸倍率を高くすることが不可能となる
ことがある。

【００２０】また、第２圧延工程における圧延ロールの
温度については、第１圧延工程の場合と同様に設定され
ることが好ましい。さらに、第２圧延工程においては、
圧延倍率は、１．１倍以上、好ましくは１．４倍以上と
される。圧延倍率が１．１倍未満の場合には、第２圧延
工程による分子鎖配向効果をあまり期待することができ
ないだけでなく、後で行われる延伸工程に負担がかかる
ことになり、全体として高倍率延伸を達成することが困
難となる。

【００２１】なお、本発明は、高密度ポリオレフィン樹
脂からなる成形体を、圧延方向を変化させて２回以上圧
延することを必須の工程として含むものであるが、この
場合、第１，第２の圧延工程の何れかを複数回実施して
もよい。

【００２２】本発明では、第２圧延工程で成形体を圧延
した後に、第２圧延工程と同方向に成形体を延伸する。
延伸方法は特に限定されるものではなく、通常のロール
延伸やゾーン延伸などの適宜の方法を採用することがで
きる。もっとも、特別な設備を必要とせず、かつ延伸倍
率の制御が容易であり、生産性に優れているロール延伸
法を好適に用いることができる。

【００２３】また、延伸工程において成形体を加熱する
方法についても特に限定されず、熱風加熱、熱水加熱、
赤外線加熱、マイクロ波加熱などの適宜の方法を用いる
ことができる。なかでも、装置が簡便であり、温度制御
も容易である熱風加熱法が好適に用いられる。

【００２４】延伸に際しての加熱温度は、高密度ポリエ
チレンの場合、７０℃から該高密度ポリエチレンの融点
までの範囲、より好ましくは８０℃以上であり、用いる
高密度ポリエチレンの融点から１０℃低い温度以下の範
囲が好ましい。

【００２５】なお、上記融点とは、示差走査型熱量測定
法（ＤＳＣ）の熱分析において、結晶の融解に伴う吸熱
ピークの最大温度をいうものとする。高密度ポリエチレ
ンからなる成形体の場合、延伸工程を７０℃未満で行う
と、延伸に大きな力が必要となるだけでなく、高倍率延
伸させようとすると成形体が白化したり、最悪の場合に
は延伸切れを引き起こす。また、上記融点よりも高い温
度で延伸すると、延伸による強度向上効果が得られず、
成形体が溶融切れするおそれがある。

【００２６】何れにしても、本発明においては、高密度
ポリオレフィン樹脂の上記延伸に際しては、温度をその
ガラス転移点以上、融点までの範囲で行うことが望まし
い。また、延伸工程における延伸倍率が低すぎると、最
終的に得られる成形体の強度及び弾性率の向上が望め
ず、高すぎると、延伸工程において成形体が切断し易く
なる。従って、延伸工程における延伸倍率は２倍以上と
することが好ましく、より好ましくは４倍以上とされ
る。なお、本明細書において、延伸倍率とは、延伸倍率
＝（延伸前の成形体断面積）／（延伸後の成形体断面
積）で表される値である。

【００２７】作用 本発明では、上記のように成形体が第１，第２の圧延工
程を得た後に、上記延伸工程で延伸される。従って、延
伸に先立ち第１，第２の圧延工程において分子鎖の結晶
モルフォロジーが改善されているため、延伸工程におい
て円滑にかつ高倍率に延伸することができる。すなわ
ち、第１の圧延工程と第２の圧延工程とで異なる方向に
圧延されて、分子鎖が少なくとも２つの方向に配向さ
れ、その状態で延伸されるため、後の延伸工程において
成形体を高倍率に延伸することができ、それによって強
度及び弾性率を効果的に高めることができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の非限定的な実施例につき説明
する。 （１）圧延原反の作製 高密度ポリエチレン樹脂（三菱化学社製、グレード：Ｈ
Ｊ５６０Ｗ、密度＝０．９６５）をハンドプレス機を用
い１７０℃の温度で、板状品（長さ１５０×幅１５０×
厚さ１．８ｍｍ）に成形した。

【００２９】（２）圧延 上記のようにして得た板状成形品からなる圧延原反を、
熱ロール（小平製作所製、ロールの直径＝６インチ）を
用い、圧延倍率９倍までの種々の圧延倍率で圧延し、第
１の圧延工程を実施した。次に、第２圧延工程について
は、第１圧延工程における圧延方向と直交する方向に、
圧延倍率を変化させて圧延を行った。なお、第１，第２
の圧延工程の何れにおいても、ロールの温度は１１０℃
とした。

【００３０】（３）延伸 圧延された板状品について、引張試験機（オリエンティ
ック社製、商品名：テンシロン）を用い、雰囲気温度８
５℃、チャック間距離３０ｍｍ、及びチャック移動速度
５０ｍｍ／分とし、第２圧延工程と同じ方向に延伸を行
った。この場合の延伸倍率を下記の表１に示す。

【００３１】（４）物性の測定 延伸で用いた引張試験機及び２号ダンベルを用い、ＪＩ
Ｓ Ｋ ７１１３に準じて引張弾性率を測定した。

【００３２】（実施例１〜４及び比較例１，２の結果）
下記の評価の表１に示すように、上記第１圧延工程及び
第２圧延工程における圧延倍率及び延伸工程における延
伸倍率を種々変化させ、実施例１〜４及び比較例１，２
を実施した。なお、上記圧延倍率及び延伸倍率以外につ
いては、実施例１〜４及び比較例１，２は全て同じ条件
である。

【００３３】

【表１】

【００３４】なお、表１におけるＭＤ方向総倍率におけ
るＭＤ方向とは、第２圧延工程の圧延方向であり、ＭＤ
方向総倍率とは、第２圧延工程における圧延倍率と延伸
倍率との積である。

【００３５】表１から明らかなように、比較例１では、
第１圧延工程を終えることなく、第２の圧延、すなわ
ち、原反を長手方向に圧延し、さらに同方向に延伸させ
たため、延伸時に大きな応力が成形体中に発生し、高倍
率の延伸が不可能であった。そのため、ＭＤ方向の総延
伸倍率も２２．８倍と低く、また弾性率も３２．７ＧＰ
ａと低かった。

【００３６】比較例２では、第１圧延工程のみを行い、
第２圧延工程を行わなかったため、延伸方向に分子が配
向していないためと推察されるが、延伸方向の強度が著
しく低下していた。そのため、延伸中、成形体中に応力
が不均一になるためか延伸状態が不均一となり、破断を
まねき易く、高倍率延伸が不可能であった。

【００３７】これに対して実施例１〜４では、ＭＤ方向
総倍率が比較例１，２に比べて著しく高められている。
特に実施例３については、ＭＤ方向の総倍率が６２．４
倍、弾性率も５３．７ＧＰａと著しく改善されている。
これは、第１，第２の圧延方向が異なり、成形体の分子
鎖に２軸配向性が与えられており、これにより、延伸方
向と異なる方向に配向している分子鎖のため、延伸中の
応力集中が抑制され、円滑な延伸が可能となり、また、
延伸方向に配向している分子鎖のため、延伸方向の強度
が向上されているばかりでなく、延伸時に応力が均一に
分散するため、均一な延伸が可能とされたと考えられ
る。しかし、第１延伸工程における延伸倍率が、実施例
１のように２倍以下では、ＭＤ方向総倍率及び弾性率も
向上するものの、他の実施例に比べると、改善の割合が
比較的低い。従って、第１圧延工程の圧延倍率は２倍以
上が好ましい。

【００３８】よって、実施例１〜４及び比較例１，２の
結果から明らかなように、本発明に従えば、高強度及び
高弾性率のポリオレフィン成形体を提供し得ることがわ
かる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、高密度ポリオレフィン
を主成分とする成形体を、第１の圧延工程で圧延倍率
１．５倍以上に圧延し、第２の圧延工程において圧延方
向を異ならせて圧延倍率１．１倍以上に圧延するため、
成形体に２軸配向性が与えられるとともに、分子鎖のモ
ルフォロジーが整えられる。従って、第２圧延工程の後
に第２圧延工程と同方向に延伸する際に、成形体を高倍
率で延伸することができる。その結果、延伸方向に分子
鎖が高度に配向されるため、高強度及び高弾性率のポリ
オレフィン成形体を得ることが可能となる。

【００４０】しかも、本発明のポリオレフィン成形体の
製造方法では、上記のように第１，第２の圧延工程及び
延伸工程を実施するだけでよく、一定張力下で延伸する
ような制御が困難な工程を必要としない。よって、ポリ
オレフィン成形体の厚みが厚い場合、例えば板状のポリ
オレフィン成形体の場合であっても、高倍率の延伸が可
能となり、強度及び弾性率を高め得るだけでなく、物性
の均一なフィルム等の成形体を容易に提供することが可
能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 23:00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高密度ポリオレフィンを主成分とする成
   形体を圧延倍率１．５倍以上に圧延する第１圧延工程
   と、 前記第１圧延工程における圧延方向とは異なる方向に圧
   延倍率１．１倍以上に圧延する第２圧延工程と、 圧延された成形体を前記第２の圧延工程における圧延方
   向と同じ方向に延伸する工程とを備えることを特徴とす
   るポリオレフィン成形体の製造方法。