JPS5911219A - インフレ−シヨンフイルム成形用冷却装置 - 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】 本発明はインフレーション法による熱可塑性樹脂フィル
ムの成形用冷却装置に関する。

インフレーションフィルムの成形に際しては、そのフィ
ルムの厚さが、例えば０．０１〜０．１ａ＋Ｍ後の軽包
装用フィルムの場合、適宜の剛性を有しスリップ性や開
口性が良好な品質のフィルムが成形でき、かつチューブ
幅が広い範囲で任意に成形できることが望ましく、した
がって、インフレージョンフィルム成形用の冷却装置は
、押出機で溶融され環状ダイスからチューブ状に押出さ
れた熱可塑性樹脂のインフレーションフィルムが均一厚
さに延伸冷却されてダイス出口の上方５〜５ｍ上方に設
置されたニップロールで引上げられ、適宜の押出し計、
膨張比、延伸比、折径長さもしくは巻取連関で巻取り成
形されるに際し、成形されたフィルムがその厚みの均一
性、透明性、霞度、光沢性、衝撃強度および引裂強度な
どの適正な品質のものとして安定的にかつ高い生産速度
で成形できることが必要である。

そのため、インフレーションフィルムｌ１ｌＪｆｌの冷
却装置は次に示す特性を具備しなければならない。

（す、フィルムの進行方向での各高さにおける水平面で
のフィルムの表向温度がそれぞれ一様に均一であること
。したがって冷却気体の吹出し速度がそれぞれの水平面
で均一分布になるように構成されていること。

（２）、チューブ状に押出された進行フィルムに、しわ
、たるみ、偏肉もしくは寸法変動などが生じないよう、
適正な温度区間に応じた適切かつ均等な延伸を行ない、
とくに冷却気体による振動を起さないこと。

適正な温度区間に応じた適切な延伸についてさらに具体
的にいえば、例えばダイスからの押出し温度が２００℃
の樹脂の場合、２００〜１９０６Ｃ区間においてはフィ
ルムはあめ状の軟融状態にあって引張強度は極めて弱い
ので、縦方向の延伸をさせることは不可である。１９０
〜１７０°Ｃ区間では、極めて徐々に延伸を行ない、１
７０〜１２０℃区間で（は、前半は外部からの冷却気体
を直交流ではなくほぼ平行流方向に吹出せば、ダイスか
らフィルムの内部に圧入された気体の内圧により、半径
方向でのＩＩ張比が一定の壕まの状態（チーーブの直径
が一定）で徐々にフィルムは冷却されながら、縦方向の
延伸は逐次増加される。次にその後半では縦方向の延伸
が急増されるとともにフィルム内部の気体内圧も加わり
、横方向の半径方向膨張もこれに加味されて、フィルム
面の進行方向での総合延伸比が急激に増加される。１５
０〜１００℃の区間においては、少なくともフィルムの
外表面はその硬化温度に到達するので、縦方向の延伸は
勿論、横方向の膨張も終了する。この温度に到達し所望
折径長さが得られる膨張比になったチューブ状フィルム
の進行方向と直行する水平面の線がフロストラインと称
されるものである。

（５）、フロストライン以降は、フィルム内面に残され
た余熱を冷却し、上方のニップロールにはさまれて巻取
られるに際し、そのフィルム表面もまた冷却され、開口
性が良好でかつ付着もしくは表面劣化などが生じないよ
うに、６０〜４０℃まで十分に冷却されること。

次にドラフトと冷却の関係について説明する。

（リ　先ずトータルドラフト量（縦方向および横方向の
総合ドラフト量）は、ダイスの開口幅とその直径、製品
の所望厚さおよびその折径長さくチューブ状のフィルム
をニップロールではさんで形成された２枚の平面フィル
ムの幅）によって決定され、樹脂の性状、フィルムの品
質に応する生産速度に対応してフィルムの表面が少なく
ともその硬化温度のフロストラインに達するまでに所要
のトータルドラフトを与える必要がある。

（２）　１．横方向のドラフト量、すなわち膨張量は実
績上トータルドラフト量の１／２０〜１／４０である。

（３）、トータルドラフト量ヲフイルムの温度に対応し
ていかに配分すべきかは、フィルムの内部に圧入された
気体の熱気流挙動はもとより、透明チューブ状フィルム
の温度、とくに肉厚の検出手段が困難のため、現時点で
は理論的解明がなされていない。すなわち実験的に試行
錯誤の域を出ず、主として生産速度に応じてフロストラ
インを設定しつつ、種々の冷却手段を講じ、結果として
の製品品質を判定する以外にない。

しかしながら、想定されることとしては、軟融状態にお
いては極めて微量のドラフトを加わえつつ、フィルムの
厚みを漸次減少させ、ある程度フィルムが冷却された時
点で一挙にドラフトを増加し、次にこのドラフトを逆に
逐次減少してフロストラインに至るまでにこれを完了す
ることが必要であり、これらの配分をフィルム面の温度
に対応していかに設定するかに在り、とくにフィルムの
肉厚をいかにスムースに漸減、急減、逐次減にもってい
くかがポイントである。

（４）、これを冷却の面からいえば、生産速度に応じて
割付けられるそれぞれの区間が極めて短かく、しかも短
時間に所望の冷却効果が必要とされるので、いかに有効
な熱交換全達成させるかがポイントになる。この場合の
外面からの冷却手段としては、直交流型の噴流はフィル
ム面に振動もしくはしわなどを与えるため採用されず、
平行流（向流型または並流型）による冷却以外に有効な
手段はない。

平行流による冷却の場合には、フィルム面上に速度およ
び温度境界層が形成され、それらの境界層の厚さは吹出
し気流流速が速いほど、またフィルム面の温度が低いほ
どうずくなり、冷却効果は境界層厚さがうすいほど大で
ある。またこれらの境界層は冷却気体が吹田開口から離
れて下流に向かうにつれ気流流速が漸減するので剥離が
生じ、冷却効果は減少する。なおこれら境界層による熱
交換において表面熱伝達率（Ｃ）、もしくは熱貫流率（
Ｋ）は、気流流速か犬なるほど大になり、冷却効果が増
大することはすでに自明の理である。

次に、伝熱係数（λ）を同一とすれば、フィルムの肉厚
がうすいほど冷却効果が大であることがら、適正なドラ
フトにより早期にフィルムの肉厚をうすくしていけば、
ドラフトを急増すべき温度区間に早く到達でき、短時間
での急冷効果を増加させることができる。

また同様の効果が平行流による熱交換において、向流型
と並流型との差異についてもいえる。すなわち短区間で
冷却気流とフィルム温度との差が犬でかつフィルムの進
行速度が気流速度に対して無視できる状態における熱交
換の場合、巨視的には総合熱交換量にほぼ同一であるが
、微視的に見るとフィルムはその進行方向に向かって肉
厚が減少するので、これと逆方向の冷却気流の吹出しを
行なう向流型の方が、フィルムの温度がより降下し　７
− た区間での急冷効果は増大されることになる。

本発明者は上述の知見に基づいて、冷却装置として並流
型吹出開口を有する冷却環に加えて、その下面に隣接し
て向流型の吹田開口を有する冷却環を設け、かつその冷
却装置の諸元を良好な製品の品質、適切な生産速度およ
びトータルドラフト量が得られるように設定したもので
ある。

本発明に用いる熱可塑性樹脂は、高圧法ポリエチレン、
中低圧法ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン−
１、ポリ４−メチル−ペンテン−１、エチレン−プロピ
レン共重合体、エチレン−ブテン−１共重合体−エチレ
ンーヘキセンー１共重合体、エチレン−オクテン−１共
重合体、エチレン−４−メチル−ペンテン−１共重合体
等のエチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−鉛
酸ビニル共重合体等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチ
レン系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン
系樹脂、ナイロン６．６、ナイロン６等のポリアミド系
樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹
脂等が挙げられ、これらのう　８− ちでポリオレフィン系樹脂が好ましく、特にダイス出口
直後の冷却が大きく影響する結晶性で、溶融張力の小さ
な樹脂、例えば低圧法ポリエチレン、エチレン−α−オ
レフィン共重合体、ポリプロピレン、プロピレン−α−
オレフィン共重合体、ポリプデンー１等で、とりわけエ
チレン−ブテン−１共重合体、エチレン−プロピレン共
重合体、エチレン−ヘキセン−１共重合体、エチレン−
オフテン−１共重合体、エチレン−４−メチル−ペンテ
ン−１共重合体’４のエチレン−α−オレフィン共重合
体が顕著な効果を発揮する。

また、これらエチレン−α−オレフィン共重合体の樹脂
物性としてはＭＩが０．３〜５ｆ”７１０分、好ましく
は０．５〜３ｙ／１０分、密度が０．９１〜０、９　’
４　％ｃ、メルトテア　’／　＝ｓ　７が０．３〜６ｆ
、好ｉｔ、＜ｕｏ、８〜５ｐ、Ｎ値７）Ｅｌ、３〜２．
０、分子ｉが８〜２０万、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）が
２．５〜１０の範囲のものが好ましい。

以下本発明による冷却装置の実施例について図面を参照
して説明する。

第１図において、１はインフレーションフィルム、２は
環状ダイス、６は第１冷却項、４は第２冷却項であり、
第１冷却壌６は環状ダイス２の上方に同心的に配設され
、第２冷却環４は第１冷却＠６の上面に近接して同心的
に配設されている。

環状ダイス２にはその上面に所定の口幅および直径の押
出開口５が設けられ、第１冷却壌６にはその内周面にス
リットの隙間が均一な内側下向き吹田開口６が設けられ
、第２冷却穣４にはその内周面にスリットの隙間が均一
な内ＩＩＩ上向上向吹出フロアけられている。

軟融状態のインフレーションフィルム１は環状ダイス２
の押出開口５から上方に向かって押出され、気体圧入口
８から圧入された気体の内圧によりチーーブ柱状のまま
、順次第１冷却哄６および第２冷却頃４の内側を通って
上方に配設されたニップロール９によって引上げられて
ゆく。

その間、インフレーションフィルム１は、第１冷却猿６
の吹出開口６から図の矢印のようにフィルムの進行方向
に対して向流するように吹出された冷却気体によって予
冷され、ついで第２冷却環４の吹出量ロアから図の矢印
のようにフィルムの進行方向に対して並流するように吹
出された冷却気体によって冷却固化されると同時にフィ
ルム内の気体内圧により所望寸法の大きさに膨張し、フ
ロストライン１０に達するまでに逐次縦方向の延伸と横
方向の膨張とが行なわれる。

なお、さらに生産量を増加するに際し第２冷却環４の上
方におけるフィルムの冷却効用全増強する場合には第２
冷却壊４の上方の適当な位置にその冷却環と同様の並流
型冷却項全１つ以上配設することもできる。

これら本発明装置の生産条件としては、第２図において
、環状ダイス２の押出開口５の直径Ｊ−１１、トータル
ドラフト量および生産量（速度）が与えられるので、９
０寸法は固定条件とｆＸ、す、フロストライン１０の環
状ダイス２の上面からの高さＨ４は与条件下での縦、横
方向の延伸比配分と、本発明の各種冷却環の構成諸元な
らびに冷却風量諸元とによる冷却効用によって左右され
る変動条件にな１１− る。

一般にこの固定条件り、を基準にした必要寸法条件の設
定は次のごとくになる。先ず横方向の延伸比配分として
は、その均一な緩、速冷却効用の而から、フロストライ
ン１０におけるフィルムの直径をＤ３とすれば、 １．０５≦Ｄｓ／Ｄ、≦４ 望ましくは　１．０５≦Ｄ３７１）、≦２．５となる。

次に変動条件としてのフロストライン高さＨ４の寸法は
、 ２≦Ｈ，／　Ｄ、≦１０ となり、その最小値２は１１４を低くすることが設備土
留まれる条件ではあるが、極めて短時間（秒単位）に急
冷するための冷却環設置のスペース確保上の限度がある
。またその最大値１０は、生産条件上の要請でＨ４は高
くならざるを得ないとしても、硬化前のチーープ柱状フ
ィルムの自立ドラフト機構上、これ以上の高さは実用で
きない。

すなわち本発明者はその構成条件諸元について種々検討
の結果、次に示す具備条件範囲のものが１２− 良好であることを見出した。

すなわち、第２図におい℃、 Ｓ、：環状ダイス２直上のフィルムと第１冷却環６の吹
出間ロ６出口との水平隙間距離、Ｈ２：第１冷却項５の
吹田開口６のスリットの開口幅、 α：第１冷却ＩＩＪ５の吹出開口６での吹出方向の水平
面に対する下向き角度、 Ｈ２：第１冷却環６の吹出開口６のスリット部の長さ、 Ｌ′２：第１冷却環６の吹出開口６のスリット部への導
入ダクト部の長さ、 Ｈ７：第１冷却債６の吹出開口６の出口下端の環状ダイ
ス２上面からの高さ、 ■ｔ：第１冷却環６の吹出開口６のスリットでの吹出気
流の流速、 Ｈ３：第２冷却環４の吹出量ロアのスリットの開口幅、 β：第２冷却項４の吹出量ロアでの吹出方向の水平面に
対する上向き角度、 Ｈ３：第２冷却環４の吹出量ロアのスリット部の長さ、 Ｌ；：第２冷却環４の吹出量ロアのスリット部への導入
ダクト部の長さ、 Ｈ３：第２冷却環４の吹出量ロアの出口下端の環状ダイ
ス２上面からの高さ、 ■、：第２冷却環４の吹出量ロアのスリットでの吹出気
流の流速、 Ｓ３：第２冷却環４の上方のフィルムの外周面と第２冷
却環４の吹出量ロアの出口端面との水平隙間距離 としたとき、これら諸元ならびにこれらに付随する冷却
風ｔ（流速）諸元について述べれば、第１冷却梁３およ
び第２冷却頃４に関する設置位置、吹田角度および形状
諸元については、それらの各部ドラフト配分に応じての
冷却効率ならびにチューブ状フィルム１面へのそれらの
壌状均−吹出要件からまず、 ２≦）ｉ２／　ＤＩ≦Ｈ４／Ｄ１≦１０Ｈ４／ＩＪ、−
１≦Ｈｓ　／　Ｄ＋≦Ｈ４／　Ｄ＋　＋１となり、いず
れもフロストライン１０近辺の硬化直前の急速冷却ゾー
ンに集中して設置することが望ましい。なおこれらの諸
元は生産量、冷却能力に応じたそれらの設置スペースを
勘案しての最適のフロストライン高さＨ４を設定するう
えからも重要である。

次に吹田角変については、 ３０°≦α≦８５゜ ３０°≦β≦１２０゜ 望ましく１ｊ４５°≦β≦１２０゜ となり、α、βの角度共にそれぞれの被冷却面に対しほ
ぼ平行流方向に、しかもフィルム面への吹きつけ気流に
よる衝撃波影響を少なくし、なおかつ境界層の剥離点を
できるだけ遠方へ到達させるための手段として、フィル
ム表面に鉤曲して抑制するごとく気流方向を押しつける
吹田角度を維持して縮流させることが有効である。した
がってαの角度についていえば、第２図に示す位置から
７０ストライン１０を離れて下方位置に下げるにつれ対
向するフィルム面は鉛直方向になるので、逐１５− 次その角度を大にし、最大値の８５°に近づけた方がよ
い。またβの角度についても、第２図に示す位置からフ
ロストライン１０を越えて下方位置に下げるにつれ対向
するフィルム面は鉛直方向から逆に膨張湾曲面へと移る
ので、逐次その角度を大にし、９０°以上にする必要が
生じてくる。

前述のようにフィルム面にほぼ平行流方向で、かつ縮流
してフィルム面に冷却効力の大きい薄くて均一な境界層
を形成させ、かつその剥離距離をより遠くにするために
は、Ｖ、、Ｖ、についての環状開口面での流速分布が±
５％以内の均一分布とするための絞り抵抗、整流装置を
各冷却環に内装付設するとともに、各吹出開口６．７の
スリット部を開口端に向かって絞り加減に形成するとと
もに、上記各冷却環の吹出角度αおよびβ条件のほかに
、 １≦Ｌｔ　／　Ｅｔ　≦４　　２≦Ｌｓ　／　Ｅｘ≦８
１　≦　Ｌｓ　／　Ｅｓ　　≦　４　　　　　２　≦　
”ｓ　／　”ａ　≦　８０．０１　≦８．／Ｅ、≦　５ 望ましくは　０．２≦Ｓｓ　／　Ｅａ≦５１６− とすることが望ましく、またこれらの吹出気流によって
フィルム冷却面に形成される境界層の厚みδは吹田風速
をＶとすればｆｖに逆比例して薄くなるので、 ２”／；、＜Ｖｔ＜３ｏｍ／８　５ｍ／Ｂ（ｖ、（４０
”、４　　に−ｃ、２≦”ｔ／δ、≦１０　２≦”ａ／
δ３≦１０の条件が望ましく、δに比しての最小限のＥ
、もしくはＨ３の開口幅寸法は必要であるが、あまり大
にしてもその吹出気流の一部のみが冷却効果に寄与し、
他の部分は無駄に消費されることになり、かつＨ２が過
大になることは、前述のごとくこれに関連してり、、Ｌ
ＳならびにＳｔが大になりＥ、寸法にも影響をおよほし
、また据付スペース上の問題にも波及する。

なお、本発明においては所望により、第１冷却環６の吹
出開口下端および第２冷却環４の吹出開口上端にそれぞ
れカラー１１および１２を設置することにより効果を一
層高めることができる。また、第１冷却環６および第２
冷却壌４の吹田開口先端にアルミニウム板等の金属製ま
たはポリ塩化ビニル等の合成樹脂からなるハニカム構造
の整流器を設置し、吹きつける冷却気体の均一化ｋｌま
かり、冷却むらを防止することが望ましい。

第１冷却頃６および第２６却環４からの冷却気体（は通
例、室温の空気が（吏用されるが、所望によっては冷却
空気全［車用す１Ｌばより透明性を有するフィルムの製
造が望める。

上述のように本発明の装置によれば、フィルムに第１冷
却壊６で均一に予冷され、フィルムが安定した状態で第
２冷却渠４で冷却固化が行なわれるため、厚みむら、し
わ、ＴＪ伝変動のない透明性の優れたフィルムを成形す
ることができる。特に本発明の装置はフィルムの進行に
対して第１冷却頃を向流とし、第２冷却頃を並流とする
ことにより冷却気体同士の干渉がないことから、フィル
ムの安定性が良く、従来浴融張力が小さくて尚速成形が
難しく透明性が悪いとさり、でいるエチレン−α−オレ
フィン共重合体等の樹脂に顕偽な効果を表わし、従来の
インフレーションフィルムの成形法で得られるフィルム
に比して透明性が著しく改善され、高速成形性も向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はインフレーションフィルムの成形装置の概要を
示す説明図、第２図は本発明による冷却装置の諸元を示
す説明図である。 １・・・インフレーションフィルム、２・・・ｍ状ダイ
ス、６・・・第１冷却型、４・・・第２冷却環、５・・
・押出開口、６・・・吹出開口、７・・・吹出開口、８
・・・気体圧入口、９・・・ニップロール、１０・・・
フロストライン、１１・・・カラー、１２・・・カラー
。 代理人　弁理士　　藤　本　　　　礒

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 インフレーション法による熱可塑性樹脂フィルムの成形
   用冷却装置にして、環状ダイスからチーーブ状に上方に
   向って押出された軟融状態の熱可塑性樹脂のインフレー
   タ１ンフイルムの進行方向に対して向流するように該フ
   ィルムの外周面に冷却気体を吹付けて予冷するために内
   周面に内側下向き吹出開口が′設けられた第１冷却項と
   、前記第１冷却環の上面に近接して配設され該フィルム
   の進行方向に対して並流するように該フィルムの外周面
   に冷却気体を吹付けて冷却固化させるために内周面に内
   側上向き吹出開口を備えた第２冷却項とを有し、前記環
   状ダイスの押出開口の直径をり０、前記第１冷却環の吹
   出開口での吹出方向の水平面に対する下向き角度をα、
   １ＩＩＪ記第１冷却環の吹出開口の出口下端の前記環状
   ダイスの上面からの高　１− さを鳩、前記第２冷却環の吹出開口での吹出方向の水平
   面に対する上向き角度をβ、ｉｌＪｌ筆記冷却項の吹出
   開口の出口下端の環状ダイス上面からの高さをＨ５、フ
   ロストラインの前記環状ダイス上面からの高さを埃とし
   たとき、互いに ２≦鳩／　Ｄｒ≦１−１４　／　ＤＩ≦１０Ｈ４／Ｄ、
   −１≦Ｈｓ　／　Ｄｓ≦Ｈ，／Ｄ、＋１５０°≦α≦８
   ５゜ ６０°≦β≦１２０゜ の関係にあることを特徴とするインフレーションフィル
   ム成形用冷却装置。