JPH11309770A - 多層押出成形方法および装置 - Google Patents
多層押出成形方法および装置Info
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Abstract
融樹脂材料の温度/粘度を制御することにより、結果的
にフィードブロックの金属壁面の抵抗を制御することに
より、各溶融樹脂層の流速を均一化して幅方向における
厚さむらのない多層シート・フィルムの成形を容易に行
うことができる多層押出成形方法および装置を提供す
る。 【解決手段】 複数の押出機から供給される溶融樹脂材
料を多層に積層して合流させるフィードブロック10
と、前記フィードブロックと接続して多層のシート・フ
ィルムを成形するTダイ12とを組合わせて多層のシー
ト・フィルムを成形する多層押出成形方法において、フ
ィードブロック10に設けた加熱ヒータ20a〜20
f、22a〜22fの温度制御を行うことにより、供給
される各溶融樹脂材料の温度/粘度を制御して、多層に
合流する積層境界面における不良現象を低減する。
Description
ィルムを成形する多層押出成形方法に係り、特に複数の
押出機から供給される溶融樹脂材料を多層に積層して合
流させるフィードブロックを使用する多層押出成形にお
いて、多層成形時に発生する積層境界面でのずれ(フロ
ーマーク)等の不良現象を低減することができる多層押
出成形方法および装置に関するものである。
方法として、設備費が安価であり、極薄層の形成が可能
である等の利点から共押出方法が一般に採用されてい
る。この共押出方法としては、Tダイを使用するものが
簡便であり、この場合に複数の溶融樹脂層を合流させる
位置を、Tダイの前とするかあるいはTダイの内部とす
るかによって異なり、前者をフィードブロック法と称す
ると共に後者をマルチマニホールド法と称している。
Tダイの入口以前で各溶融樹脂層を合流させるためのフ
ィードブロックと、合流後の溶融樹脂層の流れを拡幅化
するための単層型Tダイとから構成された装置により実
施される。このフィードブロック法は、マルチマニホー
ルド法に比べて、層数を容易に多くすることができ、さ
らに幅の大形化も実現し易い利点を有している。
層の組合わせ構成の変更が容易であり、層数に対する装
置サイズの比を小さくすることができるため、低コスト
での設備製作が可能であり、極薄層の形成が比較的容易
であり、特に熱安定性の悪い樹脂材料であっても、この
樹脂層を内層としてダイ金属面に接触させることなく押
出し成形することができ、滞流をなくして熱劣化を生じ
ることなく、適正な多層シート・フィルムの製造を実現
することができる。
法による多層シート・フィルムの成形に際しては、例え
ばTダイ内において粘度の異なる2つの溶融樹脂層が互
いに接して流れる場合、溶融樹脂層の流れに接するTダ
イ幅方向の両壁面の剪断抵抗によるブレーキが、高粘度
側の溶融樹脂層により多く作用するため、低粘度側の溶
融樹脂層が次第に高粘度側の溶融樹脂層を包み込むよう
になる、いわゆる「包み込み現象」を発生することが解
明された。すなわち、この現象は、溶融樹脂層の粘度の
差が大きいほど、またTダイの出口までの距離が長いほ
ど著しくなり、この現象が進むほど多層シート・フィル
ムの各層幅方向の厚さむらが、大きくなることが明らか
となった。
人は、フィードブロックの出口幅寸法と出口の厚さ寸法
および前記フィードブロックに接続される単層型Tダイ
の出口幅寸法のそれぞれ関係について着目した結果、前
記単層型Tダイに接続する前記フィードブロックの出口
の厚さ寸法Tに対する出口幅寸法Wの比率を、W/Tが
20〜30に設定すると共に、前記単層型Tダイの出口
幅寸法Wd に対する前記フィードブロックの出口幅寸法
Wの比率を、W/Wd が1/5〜1/15に設定するこ
とにより、前述した多層シート・フィルムの幅方向の厚
さむらを少なくすることができることを突き止め、多層
シート・フィルム成形装置として特許出願を行った(特
開平8−192452号公報)。
速の異なる2つの溶融樹脂層が合流して並流となる場
合、その積層境界面で相互の流速差や温度/粘度差が大
きい時には、下流側のTダイ内で拡幅されて、いわゆる
フローマークと呼ばれるシート表面上に特徴的に見られ
る模様を生じることが解明された。
いては、前述した多層シート・フィルムの幅方向の厚さ
むらを解消する手段として、フィードブロックの各溶融
樹脂層の合流点に至る近傍において、それぞれ溶融樹脂
流量調整用の部材を適宜設けることによって、適正な積
層状態に調整することができるように構成した多層シー
ト・フィルム成形装置が、種々提案されている(特開昭
51−68670号公報、実公平6−5145号公
報)。
従来技術に係る多層シート・フィルムの成形装置によれ
ば、前述した包み込み現象を解消することが可能となっ
た。しかしながら、多層シート・フィルムの各層幅方向
の厚さむらを、常に安定かつ確実に解消することは困難
であった。すなわち、多層シート・フィルムの表面にお
けるフローマークの発生を、依然として解消することが
できなかった。
しては、前述したように、フィードブロック内での合流
部が挙げられる。そして、このフローマークは、合流部
において並流となる各溶融樹脂の積層境界面で、相互の
流速差が大きい場合や、粘度差が大きい場合等に発生す
ると考えられる。
流速差を解消する手段として、合流部における押出量や
隙間を外部から調整し得るように、例えばスイングベー
ン方式やチョークバー方式等が提案されているが、これ
らの方式は構成が複雑になると共に制御操作も煩雑にな
る等の難点がある。
メカニズムについて検討した結果、例えば図5に示すよ
うに、溶融樹脂Aと溶融樹脂Bとが合流する2層の合流
を考えた場合、合流前の各融樹脂A、Bのメルトフロン
ト速度分布は、図5の(a)に示すようになる。すなわ
ち、各溶融樹脂A、Bは、上下平行板からなる金属壁面
と接触して所要の速度で流動し、その速度分布は溶融樹
脂の粘度/温度により変化することが確認された。
速度分布を有する場合(粘度が同じ場合)において、合
流点における前記各融樹脂A、Bの積層境界面では、速
度差によるずれ(フローマーク)は発生しない〔図5の
(b)参照〕。しかし、仮に溶融樹脂Bの粘度が溶融樹
脂Aの粘度より高い場合には、メルトフロント速度分布
DB およびDA は、図5の(c)に示すように、DB <
DA となる。そして、この速度分布比DB :DA が、あ
る限界点を境として積層境界面で溶融樹脂Bが溶融樹脂
Aに追従することができなくなり、フローマークを発生
するものと考えられる。
討を重ねた結果、前記従来のフィードブロック法による
多層シート・フィルム成形装置においては、フィードブ
ロックの温度を全体的に均一化するのみであるため、そ
れぞれ温度/粘度特性の異なる溶融樹脂材料に対して均
等な速度分布となるように温度/粘度調整をすることが
できず、従って各溶融樹脂材料に対するフィードブロッ
クの出口寸法を調節しても、速度の均一化と粘度の適正
化を図ることができないことから、それぞれ温度特性の
異なる溶融樹脂材料が合流する直前の界面付近の溶融樹
脂の温度/粘度をそれぞれ制御することにより、各溶融
樹脂材料の速度の均一化と粘度の適正化を図ることがで
き、積層境界面でのずれを防止して、幅方向の厚さが常
に一定となるように安定化させた多層シート・フィルム
を押出し成形することができることを突き止めた。
温度/粘度の制御すなわち溶融樹脂材料の温度/粘度を
制御することにより、結果的にフィードブロックの金属
壁面の抵抗を制御することにより、各溶融樹脂層の流速
を均一化して幅方向における厚さむらのない多層シート
・フィルムの成形を容易に行うことができる多層押出成
形方法および装置を提供することにある。
め、本発明に係る多層押出成形方法は、複数の押出機か
ら供給される溶融樹脂材料を多層に積層して合流させる
フィードブロックと、前記フィードブロックと接続して
多層のシート・フィルムを成形する単層型Tダイとを組
合わせて多層のシート・フィルムを成形する多層押出成
形方法において、フィードブロックに設けた加熱ヒータ
の温度制御を行うことにより、供給される各溶融樹脂材
料の温度/粘度を制御して、多層に合流する積層境界面
における不良現象を低減することを特徴とする。
温用の加熱ヒータと、溶融樹脂材料の温度/粘度制御用
の加熱ヒータとをそれぞれ独立させて設け、それぞれ溶
融樹脂材料の温度/粘度の均一化を行うことができる。
用の加熱ヒータは、溶融樹脂材料を多層に積層させる合
流部の各溶融樹脂流路の近傍に配置し、それぞれ独立し
た制御を行うことにより溶融樹脂材料の温度/粘度の均
一化を行うことができる。
置としては、複数の押出機から供給される溶融樹脂材料
を多層に積層して合流させるフィードブロックと、前記
フィードブロックと接続して多層のシート・フィルムを
成形する単層型Tダイとを組合わせて多層のシート・フ
ィルムを成形するように構成した多層押出成形装置にお
いて、フィードブロックには、フィードブロックの本体
保温用の加熱ヒータと、溶融樹脂材料の温度/粘度制御
用の加熱ヒータとをそれぞれ独立させて設け、供給され
る各溶融樹脂材料の温度/粘度を制御して、それぞれ溶
融樹脂材料の温度/粘度の均一化を行うことにより、多
層に合流する積層境界面における不良現象を低減するよ
うに構成することを特徴とする。
ィードブロックの出口幅寸法をW、その出口の厚さ寸法
をTとすると、W/Tは10<W/T<30とすれば好
適であり、また前記単層型Tダイの出口幅寸法をWd と
すると、W/Wd =1/5〜1/15とすれば好適であ
る。
法Wは、その最小寸法が170mm、出口の厚さ寸法T
は10mmないし15mmとすれば好適である。
方法につき、この方法を実施する装置との関係におい
て、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
実施する7層シート・フィルム用の多層押出成形装置の
一実施例を示す要部概略断面図である。すなわち、図1
において、参照符号10はフィードブロック、12は単
層型Tダイを示す。フィードブロック10は、複数のフ
ィードダイを同軸的に縦列配置した構成からなり、それ
ぞれ複数の溶融樹脂材料を供給するためのマニホールド
14a〜14g(図示例では7個所)が設けられると共
に、前記溶融樹脂材料が順次3層で合流し積層される第
1の合流部16a、第2の合流部16bおよび第3の合
流部16cが形成されている。
おいて、フィードブロック10には、そのブロック全体
を均一に加熱保持するための本体保温用の加熱ヒータ1
8a、18bを設けると共に、前記第1の合流部16a
の近傍において、第1のマニホールド14aと第2、第
3のマニホールド14b、14cとを連通する樹脂通路
の間に、それぞれ溶融樹脂材料の温度/粘度制御用の加
熱ヒータ20a、20bを配設し、また前記第2、第3
のマニホールド14b、14cと連通する樹脂通路の反
対側に、それぞれ溶融樹脂材料の温度/粘度制御用の加
熱ヒータ22a、22bを配設する。
aの下流側通路と第4、第5のマニホールド14d、1
4eとを連通する樹脂通路の間に、それぞれ溶融樹脂材
料の温度/粘度制御用の加熱ヒータ20c、20dを配
設し、また前記第4、第5のマニホールド14d、14
eと連通する樹脂通路の反対側に、それぞれ溶融樹脂材
料の温度/粘度制御用の加熱ヒータ22c、22dを配
設する。
通路と第6、第7のマニホールド14f、14gとを連
通する樹脂通路の間に、それぞれ溶融樹脂材料の温度/
粘度制御用の加熱ヒータ20e、20fを配設し、また
前記第6、第7のマニホールド14f、14gと連通す
る樹脂通路の反対側に、それぞれ溶融樹脂材料の温度/
粘度制御用の加熱ヒータ22e、22fを配設する。
は、ブロック全体の温度を検出するための熱電対等から
なる温度計24を設けると共に、前記各溶融樹脂材料の
温度/粘度制御用の加熱ヒータ20a〜20f、22a
〜22fに近接して、それぞれ同様の温度計26a〜2
6f、28a〜28fを配設する。
通路は単層型Tダイ12の押出通路30を経て厚さ調節
可能なダイリップ32を介して、その出口開口部34よ
り多層シート・フィルムを連続的に押出し成形すること
ができるように構成されている。
寸法はTであり、図1のA−A断面図2に示す。単層型
Tダイ12は、フィードブロック10の出口幅寸法Wに
対し、その出口幅寸法はWd と拡幅されている。
実施する多層押出成形装置の温度制御系の概略を示すも
のである。なお、図3においては、フィードブロック1
0は単体のフィードダイから構成される場合を示し、3
層の溶融樹脂材料をそれぞれ供給するためのマニホール
ド14a〜14cが設けられると共に、前記溶融樹脂材
料が3層で合流し積層される合流部16aが形成されて
いる。そして、前記フィードブロック10には、そのブ
ロック全体を均一に加熱保持するための本体保温用の加
熱ヒータ18a、18bを設けると共に、前記合流部1
6aの近傍において、第1のマニホールド14aと第
2、第3のマニホールド14b、14cとを連通する樹
脂通路の間に、それぞれ溶融樹脂材料の温度/粘度制御
用の加熱ヒータ20a、20bを配設し、また前記第
2、第3のマニホールド14b、14cと連通する樹脂
通路の反対側に、それぞれ溶融樹脂材料の温度/粘度制
御用の加熱ヒータ22a、22bを配設する。
全体の温度を検出するための熱電対等からなる温度計2
4を設けると共に、前記各溶融樹脂材料の温度/粘度制
御用の加熱ヒータ20a、20bおよび22a、22b
に近接して、それぞれ同様の温度計26a、26bおよ
び28a、28bを配設する。
温度計24は第1の温度調節計40aに接続され、また
前記加熱ヒータ20a、20bと温度計26a、26b
は第2の温度調節計40bに接続され、さらに前記加熱
ヒータ22aと温度計28aは第3の温度調節計40c
に接続されると共に、前記加熱ヒータ22bと温度計2
8bは第4の温度調節計40dに接続される。
〜40dにおいては、それぞれ温度設定器42a〜42
dに設定された対応する溶融樹脂材料の粘度特性に合わ
せた温度設定値に基づいて、クローズドループ制御によ
って個別に温度制御を行うように構成される。
ート・フィルムを押出成形を行う場合には、前記と同様
にして増設される加熱ヒータおよび温度計に対応し、そ
れぞれ温度調節計および温度設定器を設けることができ
る。
210mmとし、その出口厚さ寸法T=15mmとし、
Tダイ12の出口幅寸法Wd =2600mm、かつその
時の多層シート・フィルム製品の厚さは1mmとし、前
記図3に示す構成によって、3層の多層シート・フィル
ムの押出成形を行った実験例1および比較例1について
説明する。
を行った場合) 中層の樹脂Aとしてポリエチレン(PE)を使用〔PE
の特性:MI値=3.4、樹脂温度=180℃〕 両外層の樹脂Bとしてポリプロピレン(PP)を使用
〔PPの特性:MI値=3.4、樹脂温度=220℃〕 上記の樹脂原料を使用し、樹脂B:樹脂A:樹脂B=
1:3.5:1の押出量比で、それぞれ溶融樹脂に対し
て所定の温度制御を行いながら、2種3層からなる多層
シート・フィルムの共押出成形を行った。この共押出成
形に際して、その運転を急停止させた後、フィードブロ
ックを分解して、前記樹脂の積層後の厚さを測定したと
ころ、図4の(a)に示す結果が得られた。
の積層後の樹脂Bの厚さは、それぞれ3mm、樹脂Aの
厚さは、9mmであり、シート表面上の厚さむらやフロ
ーマークの発生は認められなかった。
ート・フィルム製品(厚さ1mm)のそれぞれ各樹脂層
の厚さは、表1に示すように、基準製品厚さにきわめて
近似しており、良品質の多層シート・フィルム製品を得
ることができた。
を行わない場合) 前記実験例と同じ条件で、それぞれ溶融樹脂に対して温
度制御を行うことなく、2種3層からなる多層シート・
フィルムの共押出成形を行った。そして、前記実験例と
同様に共押出成形に際して、その運転を急停止させた
後、フィードブロックを分解して、前記樹脂の積層後の
厚さを測定したところ、図4の(b)に示す結果が得ら
れた。
の積層後の樹脂Bの厚さは、それぞれ4mm、樹脂Aの
厚さは、7mmであり、シート表面上にフローマークが
発生しており、樹脂の積層境界面での速度差のずれによ
る厚さむらが発生していることが確認された。
ート・フィルム製品(厚さ1mm)のそれぞれ各樹脂層
の厚さは、表1に示すように、基準製品厚さに対し相当
の誤差が生じており、多層シート・フィルム製品として
は不良品であることが確認された。
を行った場合) 実験例1と同様の樹脂を使用し、フィードブロックの出
口幅寸法W、その出口厚さ寸法TおよびTダイの出口幅
寸法Wd を種々変更して押出成形を行った。なお、多層
シート・フィルム製品の厚さは1mmとし、その結果を
表2に示す。表2のテスト5は、実験例1に相当する。
この場合、W/Tは10<W/T<30であって、W/
Wd =1/5〜1/15である。そして、結果としては
テスト2ないしテスト7が良好であった。さらに、Wの
最小寸法は170mm、最大寸法は250mmmが好ま
しく、Tは10mmないし15mmが好ましい。
を行わない場合) 前述した本出願人による特開平8−192452号の表
1と同一のフィードブロックおよび単層型Tダイを使用
して、多層シート・フィルム製品(厚さ1mm)を押出
成形し、その結果を表3に示す。すなわち、この比較例
2の表3に比べて、前記実験例2の表2においては、厚
さむらが良好なテスト番号を太枠で囲んでいるが、この
場合フローマークが解消すると共に、厚さむらも良好に
なることが判明した。
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更
が可能である。
押出成形方法は、複数の押出機から供給される溶融樹脂
材料を多層に積層して合流させるフィードブロックと、
前記フィードブロックと接続して多層のシート・フィル
ムを成形する単層型Tダイとを組合わせて多層のシート
・フィルムを成形する多層押出成形方法において、フィ
ードブロックに設けた加熱ヒータの温度制御を行うこと
により、供給される各溶融樹脂材料の温度/粘度を制御
して、多層に合流する積層境界面における不良現象を低
減するよう構成することにより、各溶融樹脂層の流速を
均一化して幅方向における厚さむらのない多層シート・
フィルムの成形を容易に行うことができる。
する装置として、複数の押出機から供給される溶融樹脂
材料を多層に積層して合流させるフィードブロックと、
前記フィードブロックと接続して多層のシート・フィル
ムを成形する単層型Tダイとを組合わせて多層のシート
・フィルムを成形するように構成した多層押出成形装置
において、フィードブロックには、フィードブロックの
本体保温用の加熱ヒータと、溶融樹脂材料の温度/粘度
制御用の加熱ヒータとをそれぞれ独立させて設け、供給
される各溶融樹脂材料の温度/粘度を制御して、それぞ
れ溶融樹脂材料の温度/粘度の均一化を行うことによ
り、多層に合流する積層境界面における不良現象を低減
する構成とすることにより、各溶融樹脂層の流速を均一
化して幅方向における厚さむらのない多層シート・フィ
ルムの成形を比較的簡単な装置により低コストに実施す
ることができる。
の一実施例を示す多層押出成形装置の要部概略断面図で
ある。
ある。
系の構成例を示す概略系統説明図である。
により成形される多層シート・フィルム製品の厚さ特性
を示す説明図であり、(b)は溶融樹脂材料の温度制御
を行わないで成形される比較例としての多層シート・フ
ィルム製品の厚さ特性を示す説明図である。
の上下平行板からなる金属壁面の合流部におけるメルト
フロント速度分布特性線図であり、(b)は(a)のメ
ルトフロント速度分布特性を有する溶融樹脂材料が2層
に合流した状態におけるメルトフロント速度分布特性線
図であり、(c)は粘度/温度特性の異なる溶融樹脂材
料の合流部におけるメルトフロント速度分布特性線図で
ある。
Claims (6)
- 【請求項1】 複数の押出機から供給される溶融樹脂材
料を多層に積層して合流させるフィードブロックと、前
記フィードブロックと接続して多層のシート・フィルム
を成形する単層型Tダイとを組合わせて多層のシート・
フィルムを成形する多層押出成形方法において、 フィードブロックに設けた加熱ヒータの温度制御を行う
ことにより、供給される各溶融樹脂材料の温度/粘度を
制御して、多層に合流する積層境界面における不良現象
を低減することを特徴とする多層押出成形方法。 - 【請求項2】 フィードブロックの本体保温用の加熱ヒ
ータと、溶融樹脂材料の温度/粘度制御用の加熱ヒータ
とをそれぞれ独立させて設け、それぞれ溶融樹脂材料の
温度/粘度の均一化を行うことからなる請求項1記載の
多層押出成形方法。 - 【請求項3】 溶融樹脂材料の温度/粘度制御用の加熱
ヒータは、溶融樹脂材料を多層に積層させる合流部の各
溶融樹脂流路の近傍に配置し、それぞれ独立した制御を
行うことにより溶融樹脂材料の温度/粘度の均一化を行
うことからなる請求項1記載の多層押出成形方法。 - 【請求項4】 複数の押出機から供給される溶融樹脂材
料を多層に積層して合流させるフィードブロックと、前
記フィードブロックと接続して多層のシート・フィルム
を成形する単層型Tダイとを組合わせて多層のシート・
フィルムを成形するように構成した多層押出成形装置に
おいて、 フィードブロックには、フィードブロックの本体保温用
の加熱ヒータと、溶融樹脂材料の温度/粘度制御用の加
熱ヒータとをそれぞれ独立させて設け、供給される各溶
融樹脂材料の温度/粘度を制御して、それぞれ溶融樹脂
材料の温度/粘度の均一化を行うことにより、多層に合
流する積層境界面における不良現象を低減するように構
成することを特徴とする多層押出成形装置。 - 【請求項5】 単層型Tダイに接続するフィードブロッ
クの出口幅寸法をW、その出口の厚さ寸法をTとする
と、W/Tは10<W/T<30であり、前記単層型T
ダイの出口幅寸法をWd とすると、W/Wd =1/5〜
1/15であることを特徴とする請求項4記載の多層押
出成形装置。 - 【請求項6】 フィードブロックの出口幅寸法Wは、そ
の最小寸法が170mm、出口の厚さ寸法Tは10mm
ないし15mmであることを特徴とする請求項4または
5記載の多層押出成形装置。
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