TW201347957A - 雙軸延伸尼龍膜、積層膜、積層包裝材及雙軸延伸尼龍膜之製造方法 - Google Patents

雙軸延伸尼龍膜、積層膜、積層包裝材及雙軸延伸尼龍膜之製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明之雙軸延伸尼龍膜之特徵在於：其係以尼龍樹脂為原料者，且由JIS P8134規定之衝擊強度為160KJ/m以上。

Description

雙軸延伸尼龍膜、積層膜、積層包裝材及雙軸延伸尼龍膜之製造方法
本發明尤其係關於一種可較佳地用作冷成型用之包裝材料之雙軸延伸尼龍膜、積層膜、積層包裝材及雙軸延伸尼龍膜之製造方法。
雙軸延伸尼龍膜(以下亦稱為ONy膜)之強度、耐衝擊性、耐針孔性等優異，因此多用於重量物包裝或液貨包裝等承受較大強度負荷之用途。
而且，研究將含有該ONy膜之積層包裝材用作與熱成型相比安全性或形狀自由度(拉伸成型性)優異，可實現薄壁化或輕量化之冷成型用之包裝材料(例如文獻1(日本專利特開2008-44209號公報)、文獻2(日本專利特開2005-22336號公報))。含有此種ONy膜之積層包裝材可較佳地用作電池包裝用或醫藥用。
另一方面，冷成型用之包裝材料隨著電池等之大容量化，而要求進一步之拉伸成型性之提高(深拉伸成型性)。然而，如文獻1中記載之含有雙軸延伸尼龍膜之積層包裝材中，若進行通常之拉伸成型則毫無問題，但若進行深拉伸成型，則有產生針孔之虞。
又，文獻2中，記載有含有衝擊強度為30000J/m(30KJ/m)以上之耐熱性樹脂膜之包裝用材料，此種包裝用材料中，若進行通常之拉伸成型則亦毫無問題。然而，文獻2中有如下記載：若衝擊強度超過80000J/m(80KJ/m)，則有樹脂本身變硬、反而阻礙成形性之虞，實 際提案者係含有衝擊強度為30000J/m以上且80000J/m以下(30KJ/m以上且80KJ/m以下)之耐熱性樹脂膜之包裝用材料。此種包裝用材料中，若進行深拉伸成型則有產生針孔之虞。
本發明之目的在於提供一種於冷成型時具有優異之深拉伸成型性之雙軸延伸尼龍膜、積層膜、積層包裝材及雙軸延伸尼龍膜之製造方法。
本發明中，所謂冷成型係指不加熱而於常溫下進行之成型。作為該冷成型之一方法，可列舉如下者：使用鋁箔等之成型中使用之冷成型機，將薄膜材料相對於母模具以公模具壓入，並高速地進行進行加壓。藉由該冷成型，無需加熱即可產生印花、彎曲、剪切、拉伸等塑性變形。
為解決上述問題，本發明提供如下之雙軸延伸尼龍膜、積層膜、積層包裝材及雙軸延伸尼龍膜之製造方法。
即，本發明之雙軸延伸尼龍膜之特徵在於：其係以尼龍樹脂為原料者，且由JIS P8134規定之衝擊強度為160KJ/m以上。
本發明之積層膜之特徵在於：其係積層上述雙軸延伸尼龍膜而成。
本發明之積層包裝材之特徵在於：其係使用上述積層膜。
本發明之雙軸延伸尼龍膜之製造方法係如下方法，其特徵在於：其係製造上述雙軸延伸尼龍膜者，且包括：坯膜製造步驟，自上述原料使坯膜成形；雙軸延伸步驟，於MD方向及TD方向之延伸倍率分別為2.8倍以上且MD方向及TD方向之最大應變速度分別為3s-1以上之條件下，將上述坯膜延伸；及熱固定步驟，對上述雙軸延伸步驟後之膜實施熱處理而進行熱固定。
本發明之雙軸延伸尼龍膜之製造方法中，較佳為於上述雙軸延 伸步驟中以管式雙軸延伸法進行雙軸延伸。
根據本發明，可提供一種於冷成型時具有優異之深拉伸成型性之雙軸延伸尼龍膜、積層膜、積層包裝材及雙軸延伸尼龍膜之製造方法。
1‧‧‧坯膜
2‧‧‧基材膜
2A、2B‧‧‧膜
3‧‧‧雙軸延伸尼龍膜
3A、3B‧‧‧膜
10‧‧‧雙軸延伸裝置(管狀延伸裝置)
11‧‧‧夾送輥
12‧‧‧加熱部
13‧‧‧導引板
14‧‧‧夾送輥
20‧‧‧第一熱處理裝置
21‧‧‧拉幅機
22‧‧‧加熱爐
30‧‧‧分離裝置
31‧‧‧導輥
32‧‧‧切邊裝置
33A、33B‧‧‧分離輥
34A~34C‧‧‧開槽輥
40‧‧‧第二熱處理裝置
41‧‧‧拉幅機
42‧‧‧加熱爐
50‧‧‧張力控制裝置
51A、51B‧‧‧導輥
52‧‧‧張力輥
60‧‧‧捲取裝置
61‧‧‧導輥
62‧‧‧捲取輥
90‧‧‧坯製造裝置
91‧‧‧擠出機
92‧‧‧圓形模具
93‧‧‧水冷環
94‧‧‧穩定板
95‧‧‧夾送輥
100‧‧‧膜製造裝置
321‧‧‧刀片
圖1係表示製造本發明之雙軸延伸尼龍膜之裝置之一例的概略構成圖。
以下，根據其較佳之實施形態詳細地說明本發明。
[雙軸延伸尼龍膜之構成]
本實施形態之雙軸延伸尼龍膜(ONy膜)係將以尼龍樹脂為原料之坯膜雙軸延伸，於特定之溫度下熱固定而形成者。
作為原料即尼龍樹脂，可使用尼龍6、尼龍8、尼龍11、尼龍12、尼龍6、6、尼龍6、10、尼龍6、12等。就物性或熔融特性、操作容易度之方面而言，較佳為使用尼龍6(以下亦稱為Ny6)。
此處，將上述Ny6之化學式示於下述式(1)。
H-[NH-(CH2)5-CO]n-OH．．．(1)
作為原料之尼龍樹脂之數量平均分子量較佳為15000以上且30000以下，更佳為22000以上且24000以下。
本實施形態中，由JIS P8134規定之衝擊強度必需滿足下述條件。
上述雙軸延伸尼龍膜之衝擊強度(擊穿)必需為160KJ/m以上。若衝擊強度未達160KJ/m，則膜之深拉伸成型性不足。又，就於冷成型時獲得優異之深拉伸成型性之觀點而言，衝擊強度更佳為175KJ/m以上。再者，衝擊強度可依據JIS P8134中記載之方法而測定。進而，上述雙軸延伸尼龍膜之衝擊強度就膜厚之增加並且效果飽和之方面而 言，較佳為設為300KJ/m以下。
此處，上述雙軸延伸尼龍膜之拉伸強度較佳為240MPa以上。其原因為，若拉伸強度未達240MPa，則有膜之深拉伸成型性不足之虞。又，就於冷成型時獲得優異之深拉伸成型性之觀點而言，拉伸強度更佳為250MPa以上。再者，拉伸強度可依據ASTM D882中記載之方法而測定。
又，上述雙軸延伸尼龍膜之斷裂伸長率較佳為70%以上。其原因為，若斷裂伸長率未達70%，則有膜之深拉伸成型性不足之虞。又，就於冷成型時獲得優異之深拉伸成型性之觀點而言，更佳為斷裂伸長率為80%以上。尤其，TD方向之斷裂伸長率較佳為130%以下。再者，斷裂伸長率可依據ASTM D882中記載之方法而測定。
[積層膜之構成]
本實施形態之積層膜係於上述ONy膜之至少任一面積層1層或2層以上之其他積層基材而構成。具體而言，作為其他積層基材，例如可列舉鋁層或含有鋁層之膜、聚丙烯系或聚乙烯系之密封層(密封劑層)等。
又，本實施形態之積層包裝材亦可為於上述ONy膜之至少一面進而積層聚對苯二甲酸乙二酯(PET，polyethylene terephthalate)、聚酯樹脂、聚偏二氯乙烯樹脂、聚偏二氯乙烯共聚物樹脂、潤滑劑、抗靜電劑、硝化棉醯胺樹脂等塗佈層者。
藉由積層此種積層基材，可謀求製造效率之提高或搬送效率之提高，並且可獲得附加有功能性(耐化學品性、電氣絕緣性、防濕性、耐寒性、加工性等)之積層膜。
[積層包裝材之構成]
本實施形態之積層包裝材包含上述積層膜。一般，含有鋁層之積層包裝材於冷成型時容易於鋁層產生因頸縮所致之斷裂，因此不適 合冷成型。關於該方面，根據本實施形態之積層包裝材，上述ONy膜具有優異之拉伸成型性，因此於以冷成型之深拉伸成型等時，可抑制鋁層之斷裂，可抑制包裝材之針孔產生。因此，於包裝材總厚較薄之情形時，亦可獲得明確形狀且高強度之成型品。
本實施形態之積層包裝材較佳為ONy膜與其他積層基材之整體之厚度為200μm以下。若該整體之厚度超過200μm，則有利用冷成型之角隅部之成型變得困難，不易獲得明確形狀之成型品之傾向。
本實施形態之積層包裝材之ONy膜之厚度較佳為5μm以上且50μm以下，更佳為10μm以上且30μm以下。此處，若ONy膜之厚度未達5μm，則有積層包裝材之耐衝擊性降低，冷成型性變得不充分之傾向。另一方面，若ONy膜之厚度超過50μm，則不易獲得積層包裝材之耐衝擊性之進一步提高效果，僅僅包裝材總厚增加，故而欠佳。
[雙軸延伸尼龍膜之製造裝置]
其次，基於圖式對製造本實施形態之雙軸延伸尼龍膜之方法進行說明。
首先，列舉一例而對製造本實施形態之雙軸延伸尼龍膜之裝置進行說明。
膜製造裝置100如圖1所示，包括：坯製造裝置90，其用於製造坯膜1；雙軸延伸裝置(管狀延伸裝置)10，其使坯膜1延伸；第一熱處理裝置20(預熱爐)，其對延伸後摺疊之基材膜2(以下亦簡稱為「膜2」)進行預熱；分離裝置30，其將經預熱之膜2分離為上下2片；第二熱處理裝置40，其對經分離之膜2進行熱處理(熱固定)；張力控制裝置50，其於將膜2熱固定時，自下游側對膜2施加張力；及捲取裝置60，其對將膜2熱固定而成之雙軸延伸尼龍膜3(以下亦簡稱為「膜3」)進行捲取。
坯製造裝置90如圖1所示，包括擠出機91、圓形模具92、水冷環 93、穩定板94及夾送輥95。
管狀延伸裝置10係用於使管狀之坯膜1藉由內部空氣之壓力雙軸延伸(氣泡延伸)而製造膜2之裝置。該管狀延伸裝置10如圖1所示，包括夾送輥11、加熱部12、導引板13、夾送輥14。
第一熱處理裝置20係用於預先對成為扁平之膜2進行熱處理之裝置。第一熱處理裝置20如圖1所示，包括拉幅機21及加熱爐22。
分離裝置30如圖1所示，包括導輥31、切邊裝置32、分離輥33A、33B及開槽輥34A~34C。又，切邊裝置32包含刀片321。
第二熱處理裝置40如圖1所示，包括拉幅機41及加熱爐42。
張力控制裝置50如圖1所示，包括導輥51A、51B及張力輥52。
捲取裝置60如圖1所示，包括導輥61及捲取輥62。
[雙軸延伸尼龍膜之製造方法]
其次，對使用該膜製造裝置100製造雙軸延伸尼龍膜之各步驟進行詳細說明。
(坯膜製造步驟)
作為原料之尼龍樹脂如圖1所示，藉由擠出機91進行熔融混練，藉由圓形模具92而擠壓成管狀。管狀之熔融樹脂藉由水冷環93而冷卻。坯膜1係藉由將作為原料之熔融尼龍樹脂利用水冷環93急冷而成型。經冷卻之坯膜1藉由穩定板94而摺疊。經摺疊之坯膜1藉由夾送輥95成為扁平之膜而輸送至下一個雙軸延伸步驟。
(雙軸延伸步驟)
藉由坯膜製造步驟而製造之坯膜1如圖1所示，藉由夾送輥11成為扁平之膜而導入至裝置內部。導入之坯膜1藉由於加熱部12利用紅外線進行加熱而氣泡延伸。其後，氣泡延伸後之膜2藉由導引板13而摺疊。經摺疊之膜2藉由夾送輥14而夾送，成為扁平之膜2而輸送至下一個第一熱處理步驟。
此時，MD方向及TD方向之延伸倍率必需分別為2.8倍以上。於MD方向及TD方向之延伸倍率中之任一者未達2.8倍之情形時，衝擊強度降低，於實用性方面產生問題。
又，MD方向及TD方向之最大應變速度必需分別為3s-1以上。於MD方向及TD方向之最大應變速度中之任一者未達3s-1之情形時，獲得之膜之衝擊強度降低，拉伸成型性不足。又，就拉伸成型性之進一步提高之觀點而言，最大應變速度更佳為3.5s-1以上。
再者，所謂應變速度，係指相對於時間之倍率之增加率。
而且，最大應變速度可藉由如下之方法而求出。
首先，採集延伸途中之膜樣本。繼而，計測樣本之折徑(寬度)相對於該樣本於移動方向之移動距離之變化，作成表示移動距離與樣本之折徑(寬度)之關係之曲線。此處，自移動距離可算出自延伸開始之時間。又，樣本之折徑、坯膜(未延伸膜)之折徑(寬度)、TD方向之延伸倍率之關係係以下述式：(樣本之折徑(寬度))/(坯膜之折徑(寬度))=(TD方向之延伸倍率)
表示，因此藉由以樣本之折徑(寬度)除以坯膜之折徑(寬度)，可算出TD方向之延伸倍率。因此，自表示移動距離與樣本之折徑之關係之曲線，可作成表示自延伸開始之時間與TD方向之延伸倍率之關係之曲線。
繼而，關於上述樣本，計測樣本之厚度相對於樣本於移動方向之移動距離之變化，作成表示移動距離與樣本之厚度之關係之曲線。此處，自移動距離可算出自延伸開始之時間。又，樣本之厚度、坯膜之厚度、MD×TD之綜合延伸倍率之關係係以下述式：(坯膜之厚度)/(樣本之厚度)=(MD×TD之綜合延伸倍率)
表示，因此藉由以坯膜厚度除以樣本之厚度，可算出MD×TD之綜合延伸倍率。又，MD×TD之綜合延伸倍率、TD方向之延伸倍率、 MD方向之延伸倍率之關係係以下述式：(MD×TD之綜合延伸倍率)/(TD方向之延伸倍率)=(MD方向之延伸倍率)
表示，因此藉由以MD×TD之綜合延伸倍率除以之前算出之TD方向之延伸倍率，可算出MD方向之延伸倍率。因此，自表示移動距離與樣本之厚度之關係之曲線，可作成表示自延伸開始之時間與MD方向之延伸倍率之關係之曲線。
藉由可以如上方式作成之2條曲線，MD方向及TD方向之延伸倍率相對於自延伸開始之時間之變化狀況可定量化。而且，於該等曲線中，藉由求出曲線之斜度最大之部位之斜度，可求出MD方向及TD方向之最大應變速度。
進而，於延伸結束時，較佳為TD方向之延伸倍率大於MD方向之延伸倍率。又，自TD方向之延伸倍率減去MD方向之延伸倍率之差(TD-MD)較佳為0.1倍以上且0.8倍以下，更佳為0.2倍以上且0.8倍以下，進而更佳為0.3倍以上且0.8倍以下。若TD-MD之值未達上述下限，則有獲得之膜之深拉伸成型性變得不充分之傾向，又，有膜之厚度精度降低之傾向。又，尤其於TD-MD之值為0.1倍以下之情形時，延伸穩定性較差並且有膜之厚度精度降低之傾向。另一方面，若TD-MD之值超過上述上限，則有獲得之膜之深拉伸成型性變得不充分之傾向，又，延伸穩定性降低。
(第一熱處理步驟)
自雙軸延伸步驟輸送之膜2係一面以拉幅機21之夾具(未圖示)夾持兩端部，一面於該膜2之收縮開始溫度以上且低於膜2之熔點約30℃之溫度或其以下之溫度下預先對該膜2進行熱處理而輸送至下一個分離步驟。
較佳為，該第一熱處理之熱處理溫度為120℃以上且190℃以 下，且弛緩率為15%以下。
藉由該第一熱處理步驟，膜2之結晶度增加，重疊之膜彼此之滑動性良好。
(分離步驟)
經由導輥31而輸送之扁平之膜2如圖1所示，藉由切邊裝置32之刀片321，將兩端部切開而分離成2片膜2A、2B。繼而，膜2A、2B藉由上下分離而存在之一對分離輥33A、33B，一面使空氣介於膜2A、2B之間一面將其等分離。該扁平之膜2之切開可藉由使刀片321位於自兩端部稍靠內側而產生一部分耳部之方式進行，或者亦可藉由使刀片321位於膜2之折痕部分而不產生耳部之方式進行。
該等膜2A、2B藉由依序位於膜之流動方向之3個開槽輥34A~34C，再次重疊而輸送至下一個第二熱處理步驟。再者，該等開槽輥34A~34C係於開槽加工後於表面實施鍍敷處理者。經由該槽而獲得膜2A、2B與空氣之良好之接觸狀態。
(第二熱處理步驟(熱固定步驟))
重疊狀態之膜2A、2B一面以拉幅機41之夾具(未圖示)夾持兩端部，一面於構成膜2之樹脂之熔點以下且低於熔點約30℃之溫度以上進行熱處理(熱固定)，成為物性穩定之雙軸延伸尼龍膜3(以下亦稱為膜3)，輸送至下一個捲取步驟。
該第二熱處理(熱固定)之熱處理溫度較佳為190℃以上且215℃以下。若熱處理溫度未達上述下限，則膜收縮率變大，產生剝層之危險性升高，另一方面，若超出上述上限，則熱固定時之彎折現象變大，膜之應變增加，又，密度過度變高，結晶度過度變高，難以進行膜之變形。
又，此時之弛緩率較佳為15%以下。
再者，對於加熱爐42內之膜2A、2B，藉由位於下游側之張力控 制裝置50施加較強之張力。
(捲取步驟)
藉由第二熱處理步驟而熱固定之膜3經過張力控制裝置50，並經由導輥61而作為膜3A、3B捲取於2個捲取輥62。
[實施形態之變形]
再者，以上說明之態樣係揭示本發明之一態樣者，當然，本發明並不限定於上述之實施形態，包含本發明之構成、可達成目的及效果之範圍內之變形或改良包含於本發明之內容中。又，實施本發明時之具體構造及形狀等於可達成本發明之目的及效果之範圍內為其他構造或形狀等，亦毫無問題。
例如，本實施形態中採用管狀方式作為雙軸延伸方法，但亦可為拉幅機方式。進而，作為延伸方法，可為同時雙軸延伸，亦可為逐次雙軸延伸。
[實施例]
其次，藉由實施例及比較例進而詳細地說明本發明，但本發明並不受該等例任何限定。再者，各例中之特性(雙軸延伸尼龍膜之衝擊強度及積層膜之深拉伸成型性)係以如下方法評價。
(i)衝擊強度
依據JIS P8134中記載之方法，使用擊穿試驗機測定雙軸延伸尼龍膜之衝擊強度。
(ii)深拉伸成型性
裁斷積層膜，製作120×80mm之短條片作為樣本。使用33×55mm之矩形狀之模具，以0.1MPa之表面壓力擠壓，自0.5mm之成型深度起以0.5mm單位變更成型深度，對各10個樣本進行冷成型(引入1段成型)。繼而，將於鋁箔上未於10個樣本中之任一者產生針孔的成型深度設為極限成型深度，將該成型深度作為評價值表示。再者，針孔 之確認係以目視確認透過光。
A：極限成型深度為5mm以上。
B：極限成型深度未達5mm。
[實施例1] (坯膜製造步驟)
如圖1所示，於擠出機91中，於275℃對Ny6顆粒進行熔融混練後，使熔融物自圓形模具92成為管狀之膜而擠出，繼而以水(15℃)急冷，製作坯膜1。
用作Ny6者係宇部興產股份有限公司製造之尼龍6[UBE尼龍1022FD(商品名)，相對黏度ηr=3.5]。
(雙軸延伸步驟)
其次，如圖1所示，將該坯膜1插通於一對夾送輥11間後，一面向其中壓入氣體一面以加熱部12加熱，並且噴附於延伸開始點而使氣泡膨脹，以下游側之一對夾送輥14拉取，藉此進行利用管狀法之MD方向及TD方向之同時雙軸延伸。該延伸時之倍率於MD方向設為3.0倍，於TD方向設為3.3倍。又，該延伸時之最大應變速度於MD方向設為5.0s-1，於TD方向設為4.0s-1。
(第一熱處理步驟及第二熱處理步驟)
其次，如圖1所示，藉由第一熱處理裝置20於溫度170℃對膜2實施熱處理，其後，經過分離裝置30後，藉由第二熱處理裝置40於溫度205℃下實施熱處理，進行熱固定。
(捲取步驟)
繼而，如圖1所示，藉由第二熱處理步驟而熱固定之膜3經過張力控制裝置50，經由導輥61而捲取於2個捲取輥62而成為膜3A、3B，從而製造雙軸延伸尼龍膜。獲得之雙軸延伸尼龍膜之厚度為15μm。
測定獲得之雙軸延伸尼龍膜之衝擊強度。將獲得之結果示於表 1。
(積層膜之製作)
將獲得之雙軸延伸尼龍膜作為表基材膜，將厚度40μm之鋁箔作為中間基材，將厚度60μm之CPP膜作為密封劑膜，藉由乾式積層獲得積層膜。又，將乾式積層後之積層膜於40℃進行3天老化。
評價獲得之積層膜之深拉伸成型性。將獲得之結果示於表1。
[實施例2~5、比較例1~8]
根據表1所示之製造方法及製造條件(雙軸延伸方法、最大應變速度及厚度)而變更各條件，除此以外以與實施例1同樣之方式製造雙軸延伸尼龍膜及積層膜。
測定獲得之雙軸延伸尼龍膜之衝擊強度。將獲得之結果示於表1。又，評價獲得之積層膜之深拉伸成型性。將獲得之結果示於表1。
自表1所示之結果亦明白，於雙軸延伸尼龍膜之衝擊強度滿足上 述條件之情形(實施例1~5)時，確認到於冷成型時具有良好之深拉伸成型性。又，確認到該等雙軸延伸尼龍膜之延伸穩定性亦良好，膜之厚度精度優異。
另一方面，於雙軸延伸尼龍膜之衝擊強度不滿足上述條件之情形(比較例1~8)時，確認到於冷成型時良好之深拉伸成型性不充分。尤其，即便於上述文獻2中記載為較佳之範圍之比較例7及8，亦確認到於冷成型時良好之深拉伸成型性不充分。

Claims (5)

  1. 一種雙軸延伸尼龍膜，其特徵在於：其係以尼龍樹脂為原料者，且由JIS P8134規定之衝擊強度為160KJ/m以上。
  2. 一種積層膜，其特徵在於：其係積層如請求項1之雙軸延伸尼龍膜而成。
  3. 一種積層包裝材，其特徵在於：其係使用如請求項2之積層膜。
  4. 一種雙軸延伸尼龍膜之製造方法，其特徵在於：其係製造如請求項1之雙軸延伸尼龍膜者，且包括：坯膜製造步驟，係自上述原料使坯膜成形；雙軸延伸步驟，係於MD方向及TD方向之延伸倍率分別為2.8倍以上且MD方向及TD方向之最大應變速度分別為3s-1以上之條件下，將上述坯膜延伸；及熱固定步驟，係對上述雙軸延伸步驟後之膜實施熱處理而進行熱固定。
  5. 如請求項4之雙軸延伸尼龍膜之製造方法，其中於上述雙軸延伸步驟中，以管式雙軸延伸法進行雙軸延伸。
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