JPWO2003064137A1 - 内部マンドレル - Google Patents
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Abstract
本発明は、環状薄膜冷却用内部マンドレルの下部冷却部に滞留する空気層を皆無にし、連続的に安定した管状薄膜を製造することを目的としている。環状薄膜冷却用内部マンドレル（５）は、熱可塑性樹脂用環状押出ダイ（１）の下方に結合され、ダイ（１）の環状スリット（３）から下向きに押出される管状溶融薄膜（４）を外部環状冷却槽（２２）と併用して内側から冷却する直接冷却用内部マンドレル（５）において、最下段部の内部冷却液を管状溶融薄膜（４）に対し向流方向に流すことを特徴としている。
Description
技術分野
本発明は、熱可塑性樹脂より管状薄膜またはシートを製造する際、押出機の環状ダイから押しだされた管状溶融薄膜を内部に直接接触させることにより、きわめて急速に冷却することができる冷却用内部マンドレルに関する。
背景技術
従来、熱可塑性樹脂より管状薄膜を製膜する工程において押し出された薄膜を直接冷却液に接触させて冷却するための各種形式の装置が提供されている。
例えば、内部溢流管外側壁を流下する溢流液に直接圧着保持させながら急冷固化する方法（特公昭４５−３５１９２号公報）、溢流液が流下する管径規制用二重管の下部に別の冷却液が流れる螺旋状溝を設けて高速製膜性を向上させる方法（特公昭４６−３１４７３号公報）、冷却液に接触させ冷却して固化させるとともに付着液を吸引によって除去する方法（特公昭３９−２０７２号公報）、さらに上部冷却液噴出用環状スリットノズルを二段以上設けた管状薄膜冷却用内部マンドレル（特開平６−４７７９５号公報）などが知られている。
延伸性に優れ長時間安定した薄膜を製造する最大の技術ポイントは、実質的に無定形な薄膜を如何に連続して安定的に製造するかにある。これは、冷却用内部マンドレルを用いたチューブラ法製膜設備において特に重要であり、設備全体の効率および管状薄膜またはシート製造の品質を左右する。
本発明者らは、先に多段冷却により冷却能力を高め、高速製膜性を著しく向上させることができることを提案した（特開平６−４７７９５号公報）。これにより、管状溶融薄膜の大幅に高速とすることが可能となったが、さらに速度を上げると、薄膜に同伴される空気または、冷却液量の増大により冷却液中の含有空気量が増大し、管径規制リング下部に空気層の蓄積を生じるという欠点がある。
この空気層は、溶融薄膜の成形性に悪影響を与える。すなわち、溶融薄膜は外部水槽のヘッド圧と内部冷却液の水圧によりバランスしているが、上記の空気層がこのバランスを崩し、該バランスが不均衡になった場合、空気層は薄膜と管状規制リングの間を通り上部の冷却液噴出用環状ノズルまで達し、溶融薄膜が冷却液に入る部分ではじけ、薄膜の冷却ムラまたは小孔を生じさせる。
これらの問題は、連続延伸を不可能にすることによる操業性の低下、および冷却ムラによる管状薄膜またはシートの品質の低下など、設備全体に多大の影響を与える。
以下に、添付図面を参照しつつ従来の冷却用マンドレルを詳細に説明する。
図４は、従来の冷却用マンドレルの冷却部の詳細説明図である。
従来は、管状薄膜４の内面を下部冷却部１０に設けられる螺旋状溝９によって均一に分配される内部冷却液と外部冷却槽２２の冷却液により冷却される。
このとき冷却される管状薄膜は、下部冷却液の内圧と外部冷却槽のヘッド圧によってバランスされ、下部冷却部１０の螺旋状溝９に接触することなく、あるいは管状薄膜が管径規制リング部６の下部から離れることなくシールリング部１５へ進入する。
しかし、製膜速度増大とともに溶融管状薄膜４と同伴する空気、あるいは上部冷却液噴出用環状ノズル８や中部冷却液噴出用環状ノズル７および下部冷却部１０からの冷却液に含有する空気も増大する。
これらの空気は、製膜中に管状規制リング部６の下部に空気層１２として滞留する。下部冷却部１０の螺旋状溝９を流れる冷却液は下部排水口１４より排出されるが、管状規制リング部６の下部に滞留した空気層１２は下部排水口１４側へ向け排出されず、むしろ製膜時間とともに空気層１２は増大する。
冷却用内部マンドレルにおいてこの空気層１２は、下部冷却部１０での下部冷却液の内圧と外部冷却槽２２のヘッド圧のバランスをくずし、管状薄膜と管径規制リング部６の隙間から上方の中部冷却液噴出用環状ノズル７あるいは上部冷却液噴出用環状ノズル８へバブルとなって上昇する。このとき溶融管状薄膜４は、この空気層１２が上昇してバブルとなり上部あるいは中部冷却液噴出用環状ノズル部付近ではじけ溶融管状薄膜４に冷却ムラよる厚みムラや小孔があく問題を発生する。
発明の開示
本発明者らは前記の欠点を解消するため、冷却用内部マンドレルを鋭意検討した結果、本発明に達したものである。
すなわち、本発明は、
（１）熱可塑性樹脂用環状押出ダイスの下方に結合され、ダイの環状スリットから下向きに押出される管状溶融薄膜を外部環状冷却槽と併用して内側から冷却する直接冷却用内部マンドレルにおいて、最下段部の内部冷却液を管状溶融薄膜に対し向流方向に流すことを特徴とする管状薄膜冷却用内部マンドレル、
（２）最下段部冷却水の排液部において、ねじ構造を有する排出口調整環状リングで、排液量および圧力を調整することを特徴とする上記（１）記載の管状薄膜冷却用内部マンドレル、
を提供するものである。
本発明の特徴は、最下段冷却液を上方向に流し空気層が上昇する方向に冷却液を合わせることにより、管状規制リング下部にまったく空気層の生じない内部マンドレルにある。
これにより、薄膜の冷却ムラによる厚みムラや小孔を防止し高速安定製膜性を著しく向上させることに成功した。
本発明は、上部冷却液噴出用環状ノズルと中部冷却液噴出用環状ノズルが連続する多段マンドレル、あるいは上部冷却液噴出用環状ノズル単独からなるマンドレル、などの最下段部として応用できる。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施の態様を図に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の内部マンドレルの一態様の構造の全体を説明する図であり、図２は、その内部マンドレルの冷却部の詳細説明図である。
参照符号１は押出機に下向きに取り付けられた環状ダイであり、押出機によって溶融された熱可塑性樹脂はダイ内部の樹脂通路２を通って環状スリット３より下方に管状に押し出される。参照符号５は環状ダイから懸吊されている冷却用内部マンドレルである。冷却用内部マンドレル５は、主として圧空噴出ノズル部１８、上部冷却液噴出用環状ノズル８、中部冷却液噴出用環状ノズル７、管径規制リング部６、下部冷却部内筒１０ａ、シールリング部１５の６つの部分からなる略円筒状を呈している。
冷却用内部マンドレル５の最上部に上記バブル形状維持のため圧空噴出ノズル１８および発生するガスなどを排出するための排気口１７が設けられている。溶融管状薄膜４が環状ダイ１と冷却用内部マンドレル５との間に形成する上部バブル部は冷却液排出口１６より排気される圧空および上記排気口１７から排気される圧空と圧空噴出ノズル１８から供給される圧空とのバランスによって形状が維持される。
圧空噴出ノズル１８の下方に上部冷却液噴出用環状ノズル８および中部冷却液噴出用環状ノズル７が設けられている。これらの上部冷却液噴出用環状ノズル８、中部冷却液噴出用環状ノズル７の冷却液で冷却された溶融環状薄膜４は、管径規制リング部６により均一な筒状薄膜に形状を規制されさらに下部冷却部１０ｂへ至る。
本発明の冷却用内部マンドレル５（図２）では、管径規制リング部６の下部に下部冷却部内筒１０ａが設けてあり、下部冷却液はシールリング部１５横から放射状に設けられた下部冷却液噴出口１３より、下部冷却部１０ｂの上方向に流出する。
また下部冷却部内筒１０ａの上部にはねじ構造を有する排出口調整環状リング１１が設けてあり、外部冷却槽２２の冷却液のヘッド差にバランスする管状薄膜を介在した下部冷却液の内圧を調整できるようになっている。すなわち下部冷却液は溶融管状薄膜４に対し向流となって排出口調整環状リング１１上部からオーバーフローする。
この構造の冷却用内部マンドレル５の場合、いかに高速製膜となり溶融管状薄膜４に同伴される空気や上部冷却液噴出用環状ノズル８や中部冷却液噴出用環状ノズル７から同伴される空気および下部冷却部１０ｂにおいて冷却液の含有する空気が増大しても、下部冷却液が上方へと流れるためその度流入する空気は下部冷却液とともに排出口調整環状リング１１上部の排出口から冷却液排出口１６へ排出される。したがって、管径規制リング部６の下部にはまったく空気層が存在せず前述の空気層がバブルとなりはじけ、溶融管状薄膜４に冷却ムラによる厚みムラや小孔を生ずる問題を皆無とすることができる。
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
実施例１
ナイロン６を樹脂温度２６０℃において押出口径５５０ｍｍφの環状スリットを有する環状ダイより溶融管状薄膜を押出し、図１に示す如き形状の冷却用内部マンドレル５の外径を通し折り畳みロール群２３で折り畳んだ後、引取ニップロール２４により４０ｍ／ｍｉｎで製膜引取りを行った。
使用した冷却用内部マンドレルは、図２に示す管径規制リング６の肩部の最大径５４８ｍｍφ、シールリング１５の最大径５４８ｍｍφ、下部冷却部内筒１０ａの排出口調整環状リング１１は５００ｍｍφである。
また、２０℃の地下水を内部上部冷却液導入孔１９に２．３ｔ／時、中部冷却液導入孔２０に１．０ｔ／時を供給した。
一方、下部冷却液導入孔２１に同じく２０℃地下水を３．０ｔ／時の流量で供給し、下部冷却部内筒１０ａの上部に取付けた排出口調整環状リング１１と管径規制リング６の根元の部分のすきま１．０ｍｍから流出させ、冷却液排出口１６に排出した。
また、外部冷却槽２２へは同じく２０℃の地下水を４．５ｔ／時の流量で供給し薄膜４の外部冷却を行った。
以上のようにして得られた薄膜平均厚さ１４５μｍ厚薄斑の範囲は１０μｍであり、平面性も透明性も非常に良好であった。
また、運転を開始して４８時間を経過しても滞留する空気層によるトラブルもなく上記の薄膜の性能は安定していた。
比較例１
実施例１において、図２の下部冷却部内筒１０ａに代えて図４の下部冷却部１０の構造とし、その他は実施例１と同様に管状薄膜４を冷却したところ、運転を開始し１０時間後に空気層による冷却厚薄ムラを生じた。また、４０時間後空気層による管状薄膜４に小孔が明き、延伸を継続することが不可能となった。
産業上の利用可能性
以上述べてきた如く、本発明の内部マンドレルでは高速製膜運転中においても管状規制リング下部に滞留する空気層をなくことで空気層によるトラブルを防ぎ、長時間安定した厚みや平面性の良い管状薄膜を製造することができる。
したがって、冷却用内部マンドレルを用いたチューブラ法製膜設備において、設備全体の効率および管状薄膜またはシート製造の品質に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の内部マンドレルの一態様の構造の全体を説明する略図である。
図２は、本発明の内部マンドレルの一態様の冷却部の詳細説明図である。
図３は、本発明の内部マンドレルの他の一態様の冷却部の詳細説明図である。
図４は、従来の冷却用内部マンドレルの冷却部の詳細説明図である。
本発明は、熱可塑性樹脂より管状薄膜またはシートを製造する際、押出機の環状ダイから押しだされた管状溶融薄膜を内部に直接接触させることにより、きわめて急速に冷却することができる冷却用内部マンドレルに関する。
背景技術
従来、熱可塑性樹脂より管状薄膜を製膜する工程において押し出された薄膜を直接冷却液に接触させて冷却するための各種形式の装置が提供されている。
例えば、内部溢流管外側壁を流下する溢流液に直接圧着保持させながら急冷固化する方法（特公昭４５−３５１９２号公報）、溢流液が流下する管径規制用二重管の下部に別の冷却液が流れる螺旋状溝を設けて高速製膜性を向上させる方法（特公昭４６−３１４７３号公報）、冷却液に接触させ冷却して固化させるとともに付着液を吸引によって除去する方法（特公昭３９−２０７２号公報）、さらに上部冷却液噴出用環状スリットノズルを二段以上設けた管状薄膜冷却用内部マンドレル（特開平６−４７７９５号公報）などが知られている。
延伸性に優れ長時間安定した薄膜を製造する最大の技術ポイントは、実質的に無定形な薄膜を如何に連続して安定的に製造するかにある。これは、冷却用内部マンドレルを用いたチューブラ法製膜設備において特に重要であり、設備全体の効率および管状薄膜またはシート製造の品質を左右する。
本発明者らは、先に多段冷却により冷却能力を高め、高速製膜性を著しく向上させることができることを提案した（特開平６−４７７９５号公報）。これにより、管状溶融薄膜の大幅に高速とすることが可能となったが、さらに速度を上げると、薄膜に同伴される空気または、冷却液量の増大により冷却液中の含有空気量が増大し、管径規制リング下部に空気層の蓄積を生じるという欠点がある。
この空気層は、溶融薄膜の成形性に悪影響を与える。すなわち、溶融薄膜は外部水槽のヘッド圧と内部冷却液の水圧によりバランスしているが、上記の空気層がこのバランスを崩し、該バランスが不均衡になった場合、空気層は薄膜と管状規制リングの間を通り上部の冷却液噴出用環状ノズルまで達し、溶融薄膜が冷却液に入る部分ではじけ、薄膜の冷却ムラまたは小孔を生じさせる。
これらの問題は、連続延伸を不可能にすることによる操業性の低下、および冷却ムラによる管状薄膜またはシートの品質の低下など、設備全体に多大の影響を与える。
以下に、添付図面を参照しつつ従来の冷却用マンドレルを詳細に説明する。
図４は、従来の冷却用マンドレルの冷却部の詳細説明図である。
従来は、管状薄膜４の内面を下部冷却部１０に設けられる螺旋状溝９によって均一に分配される内部冷却液と外部冷却槽２２の冷却液により冷却される。
このとき冷却される管状薄膜は、下部冷却液の内圧と外部冷却槽のヘッド圧によってバランスされ、下部冷却部１０の螺旋状溝９に接触することなく、あるいは管状薄膜が管径規制リング部６の下部から離れることなくシールリング部１５へ進入する。
しかし、製膜速度増大とともに溶融管状薄膜４と同伴する空気、あるいは上部冷却液噴出用環状ノズル８や中部冷却液噴出用環状ノズル７および下部冷却部１０からの冷却液に含有する空気も増大する。
これらの空気は、製膜中に管状規制リング部６の下部に空気層１２として滞留する。下部冷却部１０の螺旋状溝９を流れる冷却液は下部排水口１４より排出されるが、管状規制リング部６の下部に滞留した空気層１２は下部排水口１４側へ向け排出されず、むしろ製膜時間とともに空気層１２は増大する。
冷却用内部マンドレルにおいてこの空気層１２は、下部冷却部１０での下部冷却液の内圧と外部冷却槽２２のヘッド圧のバランスをくずし、管状薄膜と管径規制リング部６の隙間から上方の中部冷却液噴出用環状ノズル７あるいは上部冷却液噴出用環状ノズル８へバブルとなって上昇する。このとき溶融管状薄膜４は、この空気層１２が上昇してバブルとなり上部あるいは中部冷却液噴出用環状ノズル部付近ではじけ溶融管状薄膜４に冷却ムラよる厚みムラや小孔があく問題を発生する。
発明の開示
本発明者らは前記の欠点を解消するため、冷却用内部マンドレルを鋭意検討した結果、本発明に達したものである。
すなわち、本発明は、
（１）熱可塑性樹脂用環状押出ダイスの下方に結合され、ダイの環状スリットから下向きに押出される管状溶融薄膜を外部環状冷却槽と併用して内側から冷却する直接冷却用内部マンドレルにおいて、最下段部の内部冷却液を管状溶融薄膜に対し向流方向に流すことを特徴とする管状薄膜冷却用内部マンドレル、
（２）最下段部冷却水の排液部において、ねじ構造を有する排出口調整環状リングで、排液量および圧力を調整することを特徴とする上記（１）記載の管状薄膜冷却用内部マンドレル、
を提供するものである。
本発明の特徴は、最下段冷却液を上方向に流し空気層が上昇する方向に冷却液を合わせることにより、管状規制リング下部にまったく空気層の生じない内部マンドレルにある。
これにより、薄膜の冷却ムラによる厚みムラや小孔を防止し高速安定製膜性を著しく向上させることに成功した。
本発明は、上部冷却液噴出用環状ノズルと中部冷却液噴出用環状ノズルが連続する多段マンドレル、あるいは上部冷却液噴出用環状ノズル単独からなるマンドレル、などの最下段部として応用できる。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施の態様を図に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の内部マンドレルの一態様の構造の全体を説明する図であり、図２は、その内部マンドレルの冷却部の詳細説明図である。
参照符号１は押出機に下向きに取り付けられた環状ダイであり、押出機によって溶融された熱可塑性樹脂はダイ内部の樹脂通路２を通って環状スリット３より下方に管状に押し出される。参照符号５は環状ダイから懸吊されている冷却用内部マンドレルである。冷却用内部マンドレル５は、主として圧空噴出ノズル部１８、上部冷却液噴出用環状ノズル８、中部冷却液噴出用環状ノズル７、管径規制リング部６、下部冷却部内筒１０ａ、シールリング部１５の６つの部分からなる略円筒状を呈している。
冷却用内部マンドレル５の最上部に上記バブル形状維持のため圧空噴出ノズル１８および発生するガスなどを排出するための排気口１７が設けられている。溶融管状薄膜４が環状ダイ１と冷却用内部マンドレル５との間に形成する上部バブル部は冷却液排出口１６より排気される圧空および上記排気口１７から排気される圧空と圧空噴出ノズル１８から供給される圧空とのバランスによって形状が維持される。
圧空噴出ノズル１８の下方に上部冷却液噴出用環状ノズル８および中部冷却液噴出用環状ノズル７が設けられている。これらの上部冷却液噴出用環状ノズル８、中部冷却液噴出用環状ノズル７の冷却液で冷却された溶融環状薄膜４は、管径規制リング部６により均一な筒状薄膜に形状を規制されさらに下部冷却部１０ｂへ至る。
本発明の冷却用内部マンドレル５（図２）では、管径規制リング部６の下部に下部冷却部内筒１０ａが設けてあり、下部冷却液はシールリング部１５横から放射状に設けられた下部冷却液噴出口１３より、下部冷却部１０ｂの上方向に流出する。
また下部冷却部内筒１０ａの上部にはねじ構造を有する排出口調整環状リング１１が設けてあり、外部冷却槽２２の冷却液のヘッド差にバランスする管状薄膜を介在した下部冷却液の内圧を調整できるようになっている。すなわち下部冷却液は溶融管状薄膜４に対し向流となって排出口調整環状リング１１上部からオーバーフローする。
この構造の冷却用内部マンドレル５の場合、いかに高速製膜となり溶融管状薄膜４に同伴される空気や上部冷却液噴出用環状ノズル８や中部冷却液噴出用環状ノズル７から同伴される空気および下部冷却部１０ｂにおいて冷却液の含有する空気が増大しても、下部冷却液が上方へと流れるためその度流入する空気は下部冷却液とともに排出口調整環状リング１１上部の排出口から冷却液排出口１６へ排出される。したがって、管径規制リング部６の下部にはまったく空気層が存在せず前述の空気層がバブルとなりはじけ、溶融管状薄膜４に冷却ムラによる厚みムラや小孔を生ずる問題を皆無とすることができる。
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
実施例１
ナイロン６を樹脂温度２６０℃において押出口径５５０ｍｍφの環状スリットを有する環状ダイより溶融管状薄膜を押出し、図１に示す如き形状の冷却用内部マンドレル５の外径を通し折り畳みロール群２３で折り畳んだ後、引取ニップロール２４により４０ｍ／ｍｉｎで製膜引取りを行った。
使用した冷却用内部マンドレルは、図２に示す管径規制リング６の肩部の最大径５４８ｍｍφ、シールリング１５の最大径５４８ｍｍφ、下部冷却部内筒１０ａの排出口調整環状リング１１は５００ｍｍφである。
また、２０℃の地下水を内部上部冷却液導入孔１９に２．３ｔ／時、中部冷却液導入孔２０に１．０ｔ／時を供給した。
一方、下部冷却液導入孔２１に同じく２０℃地下水を３．０ｔ／時の流量で供給し、下部冷却部内筒１０ａの上部に取付けた排出口調整環状リング１１と管径規制リング６の根元の部分のすきま１．０ｍｍから流出させ、冷却液排出口１６に排出した。
また、外部冷却槽２２へは同じく２０℃の地下水を４．５ｔ／時の流量で供給し薄膜４の外部冷却を行った。
以上のようにして得られた薄膜平均厚さ１４５μｍ厚薄斑の範囲は１０μｍであり、平面性も透明性も非常に良好であった。
また、運転を開始して４８時間を経過しても滞留する空気層によるトラブルもなく上記の薄膜の性能は安定していた。
比較例１
実施例１において、図２の下部冷却部内筒１０ａに代えて図４の下部冷却部１０の構造とし、その他は実施例１と同様に管状薄膜４を冷却したところ、運転を開始し１０時間後に空気層による冷却厚薄ムラを生じた。また、４０時間後空気層による管状薄膜４に小孔が明き、延伸を継続することが不可能となった。
産業上の利用可能性
以上述べてきた如く、本発明の内部マンドレルでは高速製膜運転中においても管状規制リング下部に滞留する空気層をなくことで空気層によるトラブルを防ぎ、長時間安定した厚みや平面性の良い管状薄膜を製造することができる。
したがって、冷却用内部マンドレルを用いたチューブラ法製膜設備において、設備全体の効率および管状薄膜またはシート製造の品質に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の内部マンドレルの一態様の構造の全体を説明する略図である。
図２は、本発明の内部マンドレルの一態様の冷却部の詳細説明図である。
図３は、本発明の内部マンドレルの他の一態様の冷却部の詳細説明図である。
図４は、従来の冷却用内部マンドレルの冷却部の詳細説明図である。
Claims (2)
- 熱可塑性樹脂用環状押出ダイスの下方に結合され、ダイの環状スリットから下向きに押出される管状溶融薄膜を外部環状冷却槽と併用して内側から冷却する直接冷却用内部マンドレルにおいて、最下段部の内部冷却液を管状溶融薄膜に対し向流方向に流すことを特徴とする管状薄膜冷却用内部マンドレル。
- 最下段部冷却水の排液部において、ねじ構造を有する排出口調整環状リングで、排液量および圧力を調整することを特徴とする請求の範囲第１項記載の管状薄膜冷却用内部マンドレル。
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