JPS5865633A - 曇ったポリプロピレンフィルムの製造方法 - 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】 本発明は、組織化表面または粗面を有する合成樹脂フィ
ルム、特に主としてコンデンサに誘電フィルムとして用
いる優れた曇ったポリプロピレンフィルムに関する。

本出願人に譲渡されだＥｕ５ｔａｎｃｅの米国特許第幻
坊ｊ３１ｉ号に、曇ったポリプロピレンフィルム（Ｈａ
ｚｙポリプロピレンフィルム−ゼネラル・エレクトリッ
ク社商標）と称される表面の組織化されたまたは粗面の
フィルムを製造するバブル形成法が開示されている。　
このバブル形成法では、高温溶融ポリプロピレンをダイ
から管形状に押出し、管をマンドレル上で冷却し、管を
再加熱し、次いで管をふくらませて二軸延伸バブルにす
る。

次にバブルを切開いてフィルムストリップ、コンデンサ
用の誘電材料として特に有用なフィルムストリップを得
る。

上記方法により製造した曇りフィルムをコンデンサに使
用することは、本出願人に譲渡されたＤｉＮｉｃｏｌａ
　　の米国特許第乞工試４＃／号に開示されている。　
曇りフィルムがコンデンサ用誘電フィルムとして継続使
用されまたその使用量が増えている結果、改良された曇
りフィルム、特に所定のそしてさらに向上した表面模様
特性、例えば予測可能な均一占積率または粗さを有する
曇りフィルムを低い製造コストで製造する一層良好な方
法が求められている。

このような改良が、ポリプロピレン材料を電子ビームで
照射し、次いで材料を二軸延伸して薄いフィルムにする
方法によって達成できることを確かめた。

本発明を一層よく理解できるように、以下に本発明を図
面に従って説明する。

第１図に電子ビーム放射兼フィルム処理装置１０を線図
的に示す。　この装置１０は、平坦なまたは平滑な合成
樹脂フィルム１２の供給ロール１１　と、処理フィルム
の巻取ロール１３とを具える。　フィルムストリップ１
２は中間品とみ々すことができ、前記Ｅｕ５ｔａｎｃｅ
の米国特許に開示されているようなチューブ吹込み装置
から出てくる管状素材とすることができる。　フィルム
ストリップ１２は、ドラフト−テンターフィルム形成法
の押出機から出てくるストリップ、または他の周知のポ
リプロピレンストリップ製造法、例えば他の押出および
キヤステング法から得られるストリップとしてもよい。

　　フィルムストリップ１２をロール１１から直接電子
ビーム照射装置１４の直下に送り出す。　照射装置１４
は適当なシールド手段１５、電子ビーム収束構造１６お
よび電子銃１７を含む。　電子ビーム源１８は普通耐火
性金属、例えばタングステンで、これを電気的に加熱し
て電子を誘発する。　電子を電子ビーム源１８からカー
テン状構造１９の保護スリットまたはスロットを通して
射出し、照射装置１４に対して／方向に長さ方向に移動
するフィルムストリップ１２に衝突させる。　米国特許
第３７０２．’１７２号および同第３７．！”０．３０
！号に例が見られる。　　しかし、フィルムストリップ
１２を複数方向に、例えば長さ方向と横方向両方に動か
すことができ、また照射装置１４を移動することができ
る。　この移動によりフィルムに所定程度の模様を付け
る。　例えばフィルムに所定の幾何学的パターンを付け
る。

さらに、照射を焦点合せまたは方向付けしてフィルムの
所定°区域に模様を付けることができる。例えば、最終
フィルムストリップのふち部分のみに模様を付ける。　
放射の種類と程度に応じて、表面浸透を介してフィルム
の表面に特定の劣化作用がなされる。　この劣化過程で
は、表面層の結晶の完全性が変化したり、ある程度の架
橋が起る。

フィルムストリップ１２を適当に電子衝撃してからスト
リップを簡単なフィルム延伸機にのせ、あた５めながら
長さ方向および横方向両方に延伸してフィルムに永久の
延伸を与える。　このような過程は二軸延伸と称される
。　延伸過程を第２図に線図的に示す。

第２図に示す延伸機２０では、フィルムストリップ２１
を、機械の横方向に互に対向配置され向に互に対向配置
された／対以上のクランプ２４および２５でつかむ。　
クランプを矢印方向に移動１−てフィルムストリップ２
１を永久延伸する。

延伸操作中に、フィルムの照射済み表面層は、結晶欠陥
や架橋のせいでフィルムの残りの部分とは異なる延伸を
受け、これがためフィルム表面に不規則が生じる。　　
これらの不規則部は元のフィルム表面からの突起として
現われ、普通表面上にランダムに位置し、前記Ｅｕ５ｔ
ａｎｃｅの米国特許に開示されたのと同様の組織化され
た表面を形成する。

言い換えると、フィルム表面はゆるい円や隆起レリーフ
形態のフィブリル状素子でお＼われ、フィルム表面にク
レータやへこみがあるかのような様相を呈する。

本発明の照射され組織化された表面のポリプロピレンフ
ィルムを赤外線分光分析で分析したところ、化学組成の
変化は認められなかった。　走査電子顕微鏡による表面
形態分析では、前記Ｅｕ５ｔａｎｃｅの米国特許に関連
して説明した曇シフィルムと同様の曇り表面が確認され
た。　しかし、もつと高い照射量（２θメガラド）にさ
らしたフィルムは変形または退化した長円状のフィブリ
ル形態を示し、これらのフィブリルは不連続で、近接し
た島状をなしていた。　これらの形態の代表例を第３お
よびグ図に示す。

第３図の顕微鏡写真は本発明の組織化された表面のフィ
ルムの／形態を示す。　第３図の写真は倍率！００倍、
角度３θ°のもので、フィルムにペブルまたは石目状外
観を与えているフィブリルを種々の突起や凹みとともに
示している。　突起の高さくまたは深さ）は照射度なら
びに延伸法および延伸パラメータによって制御される。

第９図の顕微鏡写真は本発明の組織化された表面の別の
形態を示す。　この形態は第３図の場合より高い照射度
で生成したものである。　第９図の写真は倍率５００倍
、角度３０°のもので、フィルムの面からの突起の群列
または島状効果を示している。

本発明に従って表面の組織化されたポリプロピレンフィ
ルムを製造する方法を、以下の実施例に具体的に示す。

実施例　／ 本発明の代表的な実施態様に従って、チューブ吹込み装
置からのポリプロピレン管状物のサンプルに第１図に線
図的に示す通りに照射処理を行った。　照射を窒素ブラ
ンケットまたは雰囲気下で行った。　照射量を加速電圧
／７３−λ０ＯＫＶにてｊ−，２０メガラドの範囲で変
えた。　これよね低い照射量では曇りが十分でなかった
。　管状素材を照射領斌に約２３乙薗／秒（！０フィー
ト／分）で通過させた。　　この後管状物を延伸機フレ
ームにて約７４７０〜／に０℃で６＝乙の比で二軸延伸
した。

得られた結果を次表に示す〇 第　　■　　表 対照　０　０／３と　６３２ ／　夕　／７！；　／１０７．９１′ 、、２　１０　　／７３／／、９　／乙９／／θ３　　
Ｘ）　　／７３−認θθΔグ３！グ　１０”１０　／７
！　／２θ２１９７．３上表中照射量の欄のｒ１０＋１
０メガラド」は各７θメガラドで一回処理したことを意
味する。　上記データかられかるように、照射された二
軸延伸フィルムは十分な曇り度および７〜／θチ程度の
占積率を示し、コンデンサ用の優秀な固体誘電フィルム
である。　照射量を増すとポリプロピレンフィルムに架
橋が生じ、多くのコンデンサに望ましい結果となる。　
その理由は、ある種の絶縁油と接触したとき、架橋ポリ
プロピレンの方が膨潤および溶解に対して強いからであ
る。　この点に関しては、Ｌａｗ　ｔｏｎが米国特許第
２，９グと６６乙号において照射とそれに続く加熱を架
橋過程として説明している。

上側のフィルムに次表に示す通りの電気試験を行った。

／　　　　　　／　　　　００７　　　２．２９７０　
　　００乙　　　２．２９ ７００　　　００３　　　２．２９ ２　　　　　　／　　　　００７　　　．２．３３７０
　　　００７　　　　λ３３ ／θ０　　　００７　　　　コ、３３ ３　　　　　　／　　　　０（Ｂ　　　　２．３１０　
　　００乙　　　２３ １０ｏ　　　　ｏｉ６　　２．３ 本発明の照射方法は照射度および照射焦点収束を制御で
きる方法である。　従って、本発明のフィルムの組織化
された表面は、これまで制御困難であった２つの重要な
点での制御が可能である。

即ち、（１）連続な同一延長の表面での均一性および（
２）所定の均一な粗さを制御することができる。これら
の因子はともに、照射度および照射区域を通るフィルム
の移動速度によって簡単に制御できる。

フィルムの処理を固体粒子処理の形態とするのが本発明
の重要なファクタである。　表面層の結晶を急速に変化
させまた深さを変えまた架橋をうながすのは、光エネル
ギーではなくて、電子粒子によるフィルムの衝撃である
。　粒子衝撃は一般に、等価波長が紫外（ＵＶ）光の波
長よシ著しく低い原子または亜原子として定義される。

　他の粒子衝撃法には陽子、中性子などの粒子が包含さ
れる。　固体粒子は極めて高いエネルギーレベルで活動
して、フィルムの表面に迅速にかつ深く浸透し、結晶構
造をは非晶質構造以上に変える。比較すると、光の最短
波長、即ち紫外（ＵＶ）線の波長は約、２オθｍ以上で
あるが、約１００〜／ＪＯＫＶでの電子ビームの等価波
長は約０００グσである。

本発明の好適実施例では、フィルムを一１００℃より上
のその融点に近い温度、例えばポリプロピレンの場合的
／〃〜／ｌＯ℃の温度に加熱してから延伸する。　これ
らの３工程を連続的に行うことができる。　照射量はＪ
″〜２０〜２０メガラドれ以上に変えることができ、電
子ビーム加速電圧ｔＭ／秒（２Ｊ−−／（υフィート／
分）の範囲であり、約１０フイート／分以上の送りで良
好な結果が得られる。

本発明の表面の組織化されたフィルムは、コンデンサの
誘電材料に、コンデンサの絶縁油での含浸を容易にする
手段として広範に使用できる。

ストリップを薄い金属層で金属化でき、金属層をストリ
ップのいずれの表面に被着してもよい。本発明のフィル
ムは、そのフィルムのみを誘電体としてコンデンサに用
いるのが最適である。

コンデンサ用途の場合、表面の組織化されたフィルムに
関して２つの測定値、即ち（１）曇り度および（２）占
積率が重要である。　曇り度は、フィルムの断面を通過
する光、即ちフィルムの端部一端部方向ではなく頂面−
底面にはソ直角に通過する光を測定することにより求め
られる。　実際には、Ｇａｒｄｎｅｒ　Ｌａｂｏｒａｔ
ｏｒｙ　）（ａｚｅ　Ｍｅｔｅｒ（米国メリーランド州
所在のＧａｒｄｎｅｒ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　Ｃｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎ　の市販計器、カタログ番号ＨＧ／２
θグ）を使用できる。

Ｑａｒｄｎｅｒのディジタル式光度計、即ちカタログ番
号ＰＧＭ３００の光度計も使用できる。　ヘイズメータ
は光をフィルムに当て、フィルムを通過した光の強度を
測定する。　得られる値はフィルムの曇り度パーセント
として与えられる。　採用した試験法はアメリカ材料試
験協会の試験法ＡＳＴＭ−Ｄ１００３、ＡＳＴＭ−Ｄ１
０ググおよびＦＴＭＳ−グ０６゜ＭｅｔｈＯｄ３０２ｇ
２であった。

占積率（スペースファクタ）はコンデンサの誘電フィル
ムにとってもつと重要な測定値である。

光透過に基づく曇り度測定値はある程度の粗さ表示を与
えるが、曇り度測定値は光透過に影響するフィルムの内
部着色および凹凸により過度の影響を受ける。。さらに
光透過法は占積率の近似値を与えるだけである。　例え
ば、あるフィルム表面にその表面から隆起する突起が僅
かしかないと、光透過による測定法では低い曇９度が示
される。

ところが実際にはフィルムは高い占積率をもつ。

あるフィルムに小さな突起が非常に多数あると、実際に
はフィルムが低い占積率をもつ場合でも、光透過法では
高い曇沙度読取値が得られる。例えば所定のプロセス条
件が満たされている場合にのみ、高い曇り度読取値が高
い占積率と相関関係にある。　本発明を実施する場合、
ポリプロピレンフィルムを約／／−以家代表的には約７
〜／／ｑ６の範囲の占積率に製造する。　照射を増せば
占積率も高くなる。

占積率の測定は簡略化された直接計算により行うことが
できる。　その理由は、占積率は、例えばポリプロピレ
ンフィルムストリップの理論的体積、即ち実体積をフィ
ルムストリップが占める全体体積と比較した関係を示す
用語であるからである。　例えば、組織化された表面を
有するフィルムストリップはその全体厚さを測定しであ
る寸法を得ることができ、この寸法から第１の体積計算
を行う。　　しかし、この体積は介在空間、例えば組織
化された粗面の突起間の谷間を含んでいる。

ストリップの固体材料の実体積について第２の計算を行
うことができる。　これらの計算値の差を重量平均厚さ
で割った商が、理論的実体積に対する組織化表面フィル
ムに得られる空間の割合（４）として与えられる占積率
である。　例えば、１０％の占積率は、測定体積の／θ
チが固体材料で占められてい危いことを意味する。　重
量平均厚さは、既知の長さ、幅および密度のフィルムサ
ンプルの重量を測定し、厚さを計算することによって求
める。　体積平均厚さは、フィルム厚さをマイクロメー
タで測定することによって求める。　これら２つの厚さ
の差を重量平均厚さで割った商が占積率である。

本発明のフィルムを用いた代表的コンデンサを第５図お
よび第３図に示す。　第５図にコンデンサロール２６を
一部はどいた状態で示す。　ロール２６は、／対の離間
した金属ホイルストリップ電極２７および２８ならびに
中間ポリプロピレンフィルムストリップ２９および３０
を具える。

追加のポリプロピレンフィルムおよびホイルストリップ
でロールを完成し、ロール全体にわたって金属ホイル電
極ストリップ間にポリプロピレンフィルムストリップ対
が現われるようにする。　タップまたは口出片３１およ
び３２をロール２６に差込んで電極ストリップに隣接さ
せて、電極の電気接続部として働らかせる。　組立済み
コンデンサとしては、７個または複数個のコンデンサロ
ール２６を適当なケースに入れ、ケースに絶縁油を充填
し、絶縁油をロールに浸透させて、ロールの巻きと巻き
の間の空間に充満させるとともにポリプロピレン材料自
体に浸潤させる。

電力コンデンサと称される複数ロールを用いたコンデン
サの７例を第６図に示す。　第６図のコンデンサ３３は
複数のロール２６を上下２列に配列して２パツク設計と
して収容しており、これらロールのすべてが絶縁油３４
内に浸漬されている。　ケース３５は高さ６よ０ｍ以上
にでき、ロール２６は長さ約、２よ４ｔ〜３θｊ副（７
０〜７２インチ）とすることができる。　　ロール２６
はタップ３１および３２も有し、これらをそれぞれ電気
的に合体して端子３６および３７に接続する。　単一パ
ック設計（７群のロール２６）を採用する場合には、ロ
ールは長さ約６Ｏｃｍまたはそれ以上で幅広ロールと称
される。　ホイルを露出させる構造の採用によりタップ
３１および３２をなくすことができる。　　この場合に
は電極ホイルをロールの各端部から突出させ、各端部で
ホイル巻きを一緒にはんだ付けする。　次に端子３６お
よび３７への接続を形成する。　ロール２６の巻きのか
たさと、金属ホイルストリップ電極が実質的に不透過性
の横方向の障壁を構成するという事実とから、絶縁油は
ロール端３８および３９（第！図）を経て進入しなけれ
ばならない。　この時点でロールの真空乾燥ならびに含
浸過程に高温が用いられるので、ロール端で重っている
ポリプロピレンフィルムストリップ端縁が互にシールし
合うとともに電極ストリップに密着し、か２絶縁油吸収
時に隣接ストリップと共に密に膨潤し、かくして絶縁油
のロー表面を組織化されたポリプロピレンフィルムス牛
リップを用いることによって、制御された透過性のスペ
ーサ手段およびロール端からホイル２６中への油浸透通
路を独特の経済的な方法で形成する。

本発明のフィルムストリップには、金属層、例えばアル
ミニウムを堆積させ、前述した通りのロール型または層
が平らで密着した関係で積み重ねられたスタック型のい
ずれにても周知の金属化コンデンサ構造にて使用するこ
とができる。

本発明を実施するにあたっては、第７図の方法および装
置を周知のポリプロピレンフィルム形成方法と適当に組
合せることができる。　例えば、第２図にＥｕ５ｔａｒ
１ｃｅの米国特許第幻υぶ３ざ７号に記載されたチュー
ブ吹込み装置４０を線図的に示す。

第２図のチューブ吹込み装置４０においては、ベレット
形態のポリプロピレン樹脂４１をホッパ４２に供給し、
次いで押出機４３に供給し、ここで加熱してポリプロピ
レンの極めて軟いもしくは溶融した物を形成する。　こ
の軟化もしくは溶融物を押出機４３からダイ４４を介し
て管状に押出し、冷却用マンドレル４５と接触させると
、ここで管状材料が結晶化し始めて管（ストーク）４６
となる。　管４６を冷却用マンドレル４５から／対のロ
ール４７を経て引張り、該ロールによりロールの溝内で
ロール間を通っている空気チューブ４８に対して密着関
係で押圧する。　ロール４７通過後、冷却結晶化された
管４６を適当な加熱手段４９、例えば輻射ヒータにより
軟化点に再加熱し、次いで空気チューブ４８から加圧空
気を導入することによりふくらませる。　ふくらまされ
た制御された大きさのバブル、即ち太い管５０を形成し
、これによりポリプロピレン管を水平および鉛直両方向
に約６倍延伸して二軸延伸ポリプロピレンフィルムを形
成する。　バブル５０を次に架構ローラ５１を介して／
対のニップロール５２間で潰し、スリッタ５３に引張シ
、ここで平坦化したバブルを切開いて７つ以上のストリ
ップにし、次いでストリップを巻取ロール５４に巻取る
。チューブ吹込み法によりフィルムを製造する代表的な
構成および方法が、Ｇｅｒｏ％Ｖの米国特許第、２，７
．２０．ｔＦＯ号およびＬｅｍｍａｒの米国特許第３２
３弐ご３２号に見られる。

管４６が上方に向って冷却マンドレル４５を通過すると
き、この管４６は約２オ〜ｊｏフイート／分の速度で移
動し、第１図に示したような７個以上の照射装置１４か
らの電子照射に露出される。

上方に移動し続けながら、照射済みの管４６は約７２ｊ
℃以上の温度に再加熱され、次いで図示のようにバブル
５０の形状にふくらまされる。　管形状からバブル形状
への延伸過程によりバブルのポリプロピレンフィルムの
二軸延伸を達成する。二軸延伸は、バブルの頂部のニッ
プロール５１によりバブル５０を長さ方向に延伸する一
方、膨張によりバブルを横方向に延伸する結果である。

　最終状態でバブルの断面は約６対乙の比で延伸されて
いる。　即ち、長さ方向に３倍かつ横方向にご倍延伸さ
れている。

同じ照射方法が、例えば米国特許第 、２，４１／２，７Ｆ２号に開示されているような、ド
ラフト−テンター法にも適用できる。　この方法では、
合成樹脂の厚い平坦なストリップまたはスラブが矩形ダ
イから出てくる。　ストリップを多数のクランプでつか
み、これらによりストリップを長さ方向および横方向両
方に延伸する。　第７図の装置および方法は延伸工程以
前に厚いストリップを照射処理する構成となっている。

本発明のフィルムは、包装用途、包帯用途およびフィル
ム面への印刷や書込みが望まれるラベリング用途など多
数の他の用途に適用できる。

本発明をその特定実施例に関して説明したが、当業者で
あれば本発明の要旨を逸脱せぬ範囲内で種々の変更を想
起できるであろう。　従って本発明は、特許請求の範囲
内に入る変更例、改変例すべてを包含するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はポリプロピレンストリップに電子照射を行う簡
略化した方法および装置の説明図、第一図はポリプロピ
レンストリップを延伸する簡略化した装置および方法の
説明図、第３図は第一図の方法および装置からの表面を
組織化したポリプロピレンフィルムの７例の顕微鏡写真
、 第９図は表面を組織化したポリプロピレンフィルムの別
の例の顕微鏡写真、 第５図は本発明の表面を組織化したフィルムを用いたコ
ンデンサロールを示す斜視図、第に図は第５図のロール
を用いた電力コンデンサを示す斜視図、 第７図はポリプロピレンフィルムを製造するチューブ吹
込み法を示す線図である。 １０・・・照射処理装置、 １２０・フィルムストリップ、 ２０・・・延伸機、 ２１・・・ストリップ、 ２２〜２５・・拳クランプ、 ２６Φ・・コンデンサロール、 ２７．２８・−Φ電極、 ２９．３０・Φ・フィルムストリップ。 特胛出■人ゼネラル・ｔレタトリ・／２・トン・−１イ
ＦＩＧ、２゜ ＦＩＧ、３゜ ＦＩＧ、４゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／（ａ）合成樹脂フィルムに高エネルギー粒子の衝撃を
   加え、次いで （ｂ）前記フィルムを延伸してフィルムの衝撃表面を粗
   く組織化する 工程よりなる組織化した表面をもった合成樹脂フィルム
   の製造方法。 ２（ａ）合成樹脂フィルムに高エネルギー粒子の衝撃を
   加え、 （ｂ）前記フィルムを約７００℃以上の高温に加熱し、
   次いで （Ｃ）前記フィルムを延伸してフィルムの衝撃ｐ面を粗
   く組織化する 工程より力る粗く組織化した表面をもった合成樹脂フィ
   ルムの製造方法。 ３（ａ）合成樹脂フィルムを約！〜２０メガラドおよび
   約７００〜．２θ０キロボルトの範囲の電子ビー（ｂ）
   前記フィルムを約７００℃以上の高温に加熱し、次いで （Ｃ）前記フィルムを延伸してフィルムの衝撃表面を粗
   く組織化する イｒ フィルムの製造方法。 タ　前記延伸が二輪延伸である特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 よ　前記樹脂フィルムがポリプロピレンよりなる特許請
   求の範囲第ｊ項記載の方法。 乙　前記フィルムの両面を特徴とする特許請求の範囲第
   ｊ項記載の方法。 ２　電子ビームを高温金属源から発生させる特許請求の
   範囲第ｊ項記載の方法。 ♂　電気的に加熱された耐火性金属が発生源である特許
   請求の範囲第ｊ項記載の方法。 ワ　前記フィルムを前記電子ビームに対して移動する特
   許請求の範囲第ｊ項記載の方法。 ／θ　前記移動を複数方向に行う特許請求の範囲第７項
   記載の方法。 ／／　前記移動を水平面内で複数方向に行う特許請求の
   範囲第７項記載の方法。 ／２．前記移動を／方向に行う特許請求の範囲第！項記
   載の方法。 ／３　前記フィルムがポリプロピレンよりなる特許請求
   の範囲第３項記載の方法。 ／グ　電子ビーム処理と二軸延伸との組合せにより形成
   され、ランダムな突起パターンを有する組織化された表
   面層を有する合成樹脂フィルム。 ／よ　前記フィルムがポリプロピレンよりなる特許請求
   の範囲第１グ項記載のフィルム。 ／乙　前記フィルムの占積率が約ｔＳ以上である特許請
   求の範囲第１グ項記載のフィルム。 ／７　前記フィルムの両表面が組織化されている特許請
   求の範囲第１グ項記載のフィルム。 ／と　前記ポリプロピレンが架橋されている特許請求の
   範囲第１グ項記載のフィルム。 ／９　ポリプロピレンフィルムとアルミニウム電極との
   交互積層体を具え、前記フィルムがフィルムの粒子衝撃
   およびそれに続く延伸にょシ所定の幾何学的模様の組織
   を表面に付けることがら約オ優の占積率を有することを
   特徴とするコンデンサ。