JP2841755B2

JP2841755B2 - ポリアミド系フイルム及びその製造方法

Info

Publication number: JP2841755B2
Application number: JP2173685A
Authority: JP
Inventors: 千里野々村; 敏郎山田
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JPH0459332A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は幅方向に均一なポリアミド系フイルムに係わ
る。更に詳しくは、テンターによって横延伸、熱固定さ
れる際に生じるボーイング現象を抑制し、幅方向に均一
な物理的、化学的及び物理化学的性質を有するポリアミ
ド系フイルムに関する。

（従来の技術）二軸配向されたポリアミド系フイルムは、包装及び工
業用途、その他の用途に供せられており、フイルムの幅
方向のどの部分でも同じ物性値であることが望ましい。

しかし、従来の製造方法では製品フイルムの幅方向の
物性を均一にすることは極めて困難であった。この理由
は、テンター内においてフイルムの両端はクリップに把
持されていて、延伸工程によって生じる縦方向の延伸応
力や、熱固定工程によって発生する収縮応力は、把持手
段であるクリップによって拘束されているのに対し、フ
イルムの中央部は把持手段の影響が低く拘束力が弱くな
り、上記の応力の影響によってクリップで把持されてい
る端部に対してフイルムの中央部分は遅れが生じること
がわかっている。そして、横延伸と熱固定を連続に同一
のテンターで行う場合において、テンターに入る前のフ
ィルムの面上に幅方向に沿って直線を描いておくと、こ
の直線はテンター内で変形してフイルムの進行方向に対
して延伸工程の始めの領域で凸型に変形し、延伸工程の
終わり直前の領域で直線に戻り、延伸工程終了後には凹
型に変形する。さらに熱固定工程の領域の始めで凹形の
変形は最大値に達し、このまま曲線は変化しないでその
後のテンターを通過し、テンターを出たフイルムには凹
形の変形が残る。この現象はボーイング現象と称されて
いるものであるが、このボーイング現象はフイルムの幅
方向の物性値を不均一にする原因になっている。

ボーイング現象によって、フイルムの側端部分ではボ
ーイング線に対して更に縦方向に傾斜した配向主軸が生
じて、幅方向で配向主軸の角度が異なる傾向がある。こ
の結果、例えば縦方向の熱収縮率、熱膨張率、湿潤膨張
率等の物性値がフイルムの幅方向で異なってくる。この
ボーイング現象によって、包装用途の一例として、印刷
ラミネート加工、製袋工程等において印刷ピッチずれ、
斑の発生、カーリング、蛇行などのトラブルの原因にな
っている。また、工業用途の一例として、フロッピーデ
ィスク等のベースフィルムでは面内異方性のため磁気記
録特性の低下などのトラブルの原因になっている。

更に詳しく述べると、横延伸と熱固定間に冷却工程を
設ける従来技術としては、特公昭35−11774号公報には
横延伸と熱固定工程の間に20℃〜150℃の緩和工程を介
在させ、実質冷却工程を設けた製造方法が提案されてい
る。しかし、この冷却工程の長さについては全く記載さ
れていないばかりか、ボーイング現象の減少の効果も全
く不明である。更に、ボーイング現象を減少ないし解消
する技術として、特開昭50−73978号公報には延伸工程
と熱固定工程との間にニップロール群を設置するフイル
ムの製造方法が提案されている。しかし、この技術では
ニップロールを設置する中間帯の温度がガラス転移点温
度以上で、ニップ点でのフイルムの剛性が低いため改良
効果が少ない。また、特公昭63−24459号公報には横延
伸完了後のフイルムの両端部を把持しながら中央付近の
狭い範囲のみをニップロールによって強制的な前進をも
たらす工程が提案されている。しかし、この技術ではニ
ップロールをテンター内の高温領域に設置する必要があ
り、ロール及びその周辺装置を冷却する必要があり、ま
たフイルムが高温であるためロールによる傷が発生する
おそれがあり、実用面で制約される。また、特公昭62−
43856号公報には、横延伸直後のフイルムをガラス転移
点温度以下に冷却した後、多段に熱固定を行ない熱固定
と同時に横方向に伸張する技術が提案されている。しか
し、この技術では冷却工程でボーイング現象の現象が少
ないためか、又は熱固定でボーイング現象が再発生しや
すいためか冷却工程に加えて多段に熱固定する工程と再
延伸との複雑な工程となっている。そのためテンター内
の雰囲気温度やフイルム温度を長時間にわたり安定して
制御することが困難ではないかと懸念される。また、本
提案も冷却工程の長さとフイルム幅の関係などは記載さ
れていない。更に、特開昭62−183327号公報には縦延伸
後、テンターで横延伸、熱固定する際に、横延伸ゾーン
と熱固定ゾーンとの間に側端部分のみをガラス転移点温
度以上熱固定温度以下の温度の予熱ゾーンを設置する技
術が提案されている。しかし、この技術では、予熱ゾー
ンの温度を幅方向に温度勾配を持たせながら制御しなけ
ればならないため、フイルム温度を長時間にわたり制御
することが困難ではないかと懸念される。なお、本提案
の実施例ではこの予熱ゾーンの長さがフイルム幅の半分
と短いことからボーイング現象の減少の効果が少ないと
推測される。また、特開平１−165423号公報には横延伸
後のフィルムを横延伸温度以下に冷却した後、多段に昇
温しながら横方向に再度伸張する技術が提案されてい
る。しかし、この技術では、特公昭62−43858号公報の
場合と同様に冷却工程でのボーイング現象の減少の効果
が少ないためか、また、熱固定工程でボーイングが発生
しやすいためか、冷却工程に加えて多段に熱固定する工
程と再延伸する工程との複雑な工程となっている。その
ためテンター内の雰囲気温度やフイルム温度を長時間に
わたり安定して制御することが困難ではないかと懸念さ
れる。なお、本提案では、冷却工程の長さがフイルム幅
の1/2以上が好ましいとの記載があるが、この根拠が定
かでない。また、冷却温度がガラス転移点温度以上延伸
温度以下が好ましいとの記載がある。しかし、この程度
の冷却工程の長さや冷却工程の温度がガラス転移点温度
以上では、ボーイング現象の減少の効果が少ないことが
危惧され、上記のような複雑な工程を採用せざるを得な
かったと推測される。また、特公平１−25694号公報、
特公平１−25696号公報には、フイルムの走行方向を逆
転させて横延伸、熱固定をする技術が提案されている。
しかし、この技術ではフイルムの走行方向を逆転させる
のにフイルムを一旦巻き取る必要があり、オフラインで
の製造方法であるため生産性の面で制約を受けるなどの
問題点がある。

このように、ボーイング現象を減少させる試みはこれ
まで行われてきているがこれらの提案は製造方法や装置
に関するもので、フィルムの特性（分子配向状態等）に
注目した発明は行われていない。例えば、特開昭58−21
5318号公報や特開昭61−8326号公報に見られるように、
ボーイング現象の程度に関係なくフイルム中央部では、
フイルムの分子配向状態は配向主軸のいずれがほとんど
無いためボーイング現象の程度を知るためにはフイルム
全幅の試料が必要であり、フイルムの任意の場所での試
料からはボーイング現象の大小を判別することは不可能
であった。

（発明が解決しようとする課題）かかる課題に対し、ポリアミド系フイルム幅方向の物
性の均一なフイルム（特に熱収縮率等の物性値）と、そ
の工業的に遊離な製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、テンター内におけるボーイング線の変
化を観察し、種々の研究からボーイング現象の発生過程
を解明し、このボーイング現象を減少する手段を検討し
て、ポリアミド系フイルムの幅方向の物性値を分析して
本発明に到達した。

本発明は、少なくともテンター内で横方向に延伸さ
れ、熱固定された（加熱体接触を除く）ポリアミド系フ
ィルムの端部におけるマイクロ波によって測定される分
子配向角が、フィルムの進行方向あるいは進行方向と直
角方向に対して|30゜｜以下（第１図）であることを特
徴とするポリアミド系フィルムがボーイングの少ない均
一な物性を有していることを見いだし本発明に至った。
このフィルムの製造方法とは、横延伸工程と熱固定工程
との間に下式を満足する冷却工程を設けて、ガラス転移
点温度以下に冷却する事を特徴とするポリアミド系フィ
ルムインライン製造方法である。

L/W≧1.0 なお、上式において、Ｌは冷却工程の長さ（ｍ）、Ｗ
はフィルム幅（ｍ）を意味する。ここで、冷却工程の長
さＬは、実質的に冷却工程の前工程の温度以下になる箇
所から該冷却工程の温度より実質的に高い次工程の温度
までの際も長い箇所までの長さを意味し、フイルム幅Ｗ
は、テンター出口でのテンターのクリップ間距離を意味
するものとする。また、ここで横方向とはフイルムの走
行方向に対して直角方向、縦方向とは走行方向を意味す
る。

また、冷却工程の長さＬとフイルムＷとの比L/Wの値
はテンターの速度が増加すると、フイルムの温度が実質
的に効果のある冷却温度に到達するまでに時間がかか
り、本発明の主旨である冷却工程の長さＬとフイルム幅
Ｗとの比L/Wの値は実質的に小さくなる。

そこで、テンター速度を増加する場合には、冷却工程
の長さＬとフイルム幅Ｗとの比L/Wの値を大きくするほ
ど効果が向上する。例えば、テンター速度を２倍にした
場合には、冷却工程の長さＬとフイルム幅Ｗとの比L/W
の値は増速前の値の1.5倍以上を選択することが好まし
い。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明では、その融点以上の温度に加熱・溶融し、ス
リットダイを含む押出し手段から冷却ドラム表面へフイ
ルム状に押出し、縦方向にロール速度が異なるロール群
により縦方向に延伸し、テンターで横方向に延伸し、要
すれば熱固定され、フイルムワインダー等によって巻き
取られることは公知である。本発明では、製膜・延伸条
件として、このような樹脂の溶融・押出し条件、キャス
ティング条件、縦方向延伸条件、横方向延伸条件、熱固
定条件、巻き条件等を適宜選択できる。

本発明に適用されるポリアミド系樹脂としては、ナイ
ロン−６、ナイロン−66などその他多くの単体、共重合
体、混合体、複合体等が挙げられる。

本発明の製造方法はポリアミド系フイルムを横延伸、
熱固定処理する際に、熱固定工程前のフイルムをガラス
転移点温度以下に冷却し、横延伸工程によって発生する
ボーイング現象を減少するものであり、この冷却温度は
低いほどボーイング現象の減少の効果が向上する。冷却
工程の長さＬとフイルム幅Ｗとの比L/Wの値が大きいほ
どボーイング現象の減少の効果が向上し、冷却工程の長
さＬとフイルム幅Ｗとの比L/W≧2.0で冷却工程の長さＬ
を選択することが好ましい。さらに好ましくは、L/W≧
3.0である。

また、横延伸工程上と熱固定工程を行なうテンターを
切り放す場合には、大気中でフイルムを走行させるため
フイルムはガラス転移温度以下に冷却され、冷却工程の
長さＬとフイルム幅Ｗとの比L/W≧1.0を満足さえすれば
横延伸工程と熱固定工程を別のテンターで行なうことも
本発明に含まれる。

更に、この冷却工程及び熱固定工程終了後の冷却工程
においては、フィルムを速度制御可能なニップルロール
群に通すことが好ましく、その効果は著しく向上する。
このニップロールの材質は、金属鏡面とゴム弾性体との
組合せで、ニップロールはテンターのクリップとの相対
的な速度でフイルムを緊張させることから速度制御が容
易であることが条件である。またニップロールは単独で
もあるいは両方相互に制御可能であることが好ましい。

本発明では、横延伸、冷却、熱固定工程が連接してい
る場合や、上記工程間に再延伸及び緩和及び定長工程が
含まれる場合は当然含まれる。更に、縦延伸後横延伸す
る製造方法以外の延伸方式も本発明に含まれる。例え
ば、横延伸後縦延伸する延伸方式、縦横延伸後に再縦横
延伸する延伸方式、縦２段延伸を含む延伸方式、横延伸
後のフイルムの両端をトリミングして縦延伸する延伸方
式などのその要旨を越えない限り上記に限定されるもの
ではない。

一般的にフイルムの物性はフイルムの結晶部のみでな
く、非晶部の状態によっても規定され、特にフイルムの
熱収縮挙動等はこの非晶部の状態によって左右されると
いわれている。そこで、分子配向状態の測定について
は、マイクロ波を利用した非晶鎖の配向性を評価する装
置を用いた。この評価法により、包装用途において印刷
ラミネート加工、製袋工程等での印刷ピッチずれ、斑の
発生、カーリング、蛇行、また工業用途におけるフロッ
ピーディスク等のベースフイルムでの磁気記録特性の低
下などのトラブルの原因になっている熱収縮率等の物性
値の異方性と、マイクロ波による分子配向状態との関係
を明確にして、ボーイングが少なく幅方向に物性値の均
一なフイルムの分子配向状態を解明して本発明に至っ
た。

本発明においてボーイング現象の少ないフイルムの特
徴としての理由については、分子配向角はフイルムの端
部からフイルムの中央部に近付くほど減少ていくのでフ
イルム端部における分子配向角が、フイルムの進行方向
あるいは進行方向に対して|30゜｜以下であれば、フイ
ルムの全幅にわたり分子配向角が、フイルムの進行方向
あるいは進行方向と直角方向に対して|30゜｜以下とな
り、ほぼフイルムの全幅にわたり分子配向角の傾きの少
ないフイルムとなるため、物性値の均一なフイルムの歩
留りが良好となる。また、分子配向角がフイルムの進行
方向あるいは進行方向と直角方向に対して|30゜｜以上
になると、分子配向状態の歪みが回転することによって
物性値の異方性が問題となる。例えば、フイルムの走行
方向に対して|45゜｜の２方向の物性値の絶対値の比を
算出した場合に、その値が1.0に近いほどフイルムの幅
方向での物性差が少ないものと判定基準を定めて、フイ
ルムの進行方向あるいは進行方向と直角方向に対して|3
0゜｜以下のフイルムがフイルムの全幅にわたり物性値
の異方性が少ないフイルムであることが判った。

さらに、ボーイング現象の少ないフイルムを製造する
に際して工業的に有利な効果が得られる理由について
は、ボーイング現象を減少するのに必要な冷却工程の長
さの決定において、誰もがなしえなかった有限要素法を
適用しうる数式モデルを設定し数値解析によって延伸応
力の伝播を推定可能ならしめ、その結果、冷却工程の長
さＬとフイルム幅Ｗとの比L/W＝1.0で応力伝播は約1/2
になり、L/W＝2.0で応力伝播は約1/10になり、L/W＝3.0
でほとんどゼロになることを計算値より求め、実機で裏
付けし、いかなる場合も適用可能なことを見いだせたた
めである。

次に実施例を示す。

（実施例）本発明において使用される装置の一例について説明す
る。Ｔダイより押出されたポリアミド樹脂はチルロール
によって急冷されフイルム状に成形される。

そのフイルムはロール延伸機によって縦方向に延伸さ
れ、ついでテンターのクリップによってその両端を把持
されつつ、予熱ゾーンを通って横延伸ゾーンに入り横延
伸される。さらに、フイルムは冷却ゾーンに入り、熱固
定ゾーンを通り、熱固定された後、クリップから外され
てテンターから出て巻取り機によって巻取られる。

本発明において、ボーイング歪は、テンターにはいる
前のフイルムの表面に直線を描き、最終的に得られたフ
イルム上で第２図に示すような弓状に変形しており、こ
の弓状に変形しており、この弓形の状況を、Ｂ＝b/W×100（％）ここで、Ｂ＝ボーイング歪の量（％）Ｗ＝フイルム幅（mm）ｂ＝ボーイング線の最大凹量（mm）によって算出した。

また、本発明において、製膜工程終了後のフイルムの
マイクロ波による分子配向状態の測定については、神崎
製紙（株）製の分子配向計（MOA−2001A）を用いて分子
配向角（ANGLE）を測定した。

以下、いくつかの例を挙げて説明する。

実施例１ナイロン−６樹脂を溶融してＴダイより抽出し、チル
ロール上でフイルム状に成形したのちロール延伸機によ
って縦方向に3.25倍延伸し、その後テンターによって横
方向に3.5倍延伸し、その後テンターによって横方向に
3.5倍延伸し、熱固定した二軸配向ナイロン−６フイル
ムとした。テンター内における温度は、予熱温度を60
℃、延伸温度を85℃、その後の冷却温度を40℃、熱固定
温度を235℃とした。その後、通常のようにしてフイル
ムを巻き取った。なお、冷却ゾーンの長さＬとフイルム
幅Ｗとの比L/W＝1.0とした。

実施例２実施例１において、冷却ゾーンの長さＬとフイルム幅
Ｗとの比L/W＝2.0とする以外は実施例２と同様にして二
軸配向ナイロン−６フイルムを得た。

実施例３実施例１において、冷却ゾーンの長さＬとフイルム幅
Ｗとの比L/W＝3.0とする以外は実施例１と同様にして二
軸配向ナイロン−６フイルムを得た。

比較例１実施例１において、冷却工程を行わない以外はすべて
実施例１と同様にして二軸配向ナイロン−６フイルムを
得た。

比較例２実施例１において、冷却ゾーンの温度を80℃とする以
外は実施例１と同様にして二軸配向ナイロン−６フイル
ムを得た。

比較例３実施例３において、冷却ゾーンの温度を80℃とする以
外は実施例３と同様にして二軸配向ナイロン−６フイル
ムを得た。

実施例と比較例における製膜条件とボーイング歪及び
分子配向状態（フイルムの端部）の測定結果を表１に示
す。

（発明の効果）比較例（冷却を行わないか、冷却工程を有しても冷却
温度がガラス転移点温度以上の場合）は、端部での分子
配向角が大きいが、本発明ではポリアミド系フイルムを
横延伸、熱固定する工程において発生するボーイング現
象を抑制し、フイルムの幅方向に均一な物性（端部での
分子配向角が|30゜｜以下）を有するフイルムを製造で
きることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は分子配向角の範囲を示したもので、第２図はボ
ーイング歪の算出方式を示したものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−169818（ＪＰ，Ａ) 特開平２−103122（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−114028（ＪＰ，Ａ) 特開平３−216326（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−57629（ＪＰ，Ａ) 特開平３−130127（ＪＰ，Ａ) 特開平３−193328（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 55/02 - 55/16 C08J 5/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともテンター内で横方向に延伸さ
れ、熱固定された（加熱体接触を除く）ポリアミド系フ
ィルムの端部におけるマイクロ波によって測定される分
子配向角が、フィルムの進行方向あるいは進行方向と直
角方向に対して|30゜｜以下であり、前記フィルムがイ
ンラインの製膜延伸熱固定工程で得られたことを特徴と
するポリアミド系フィルム。
【請求項２】少なくともテンター内横方向に延伸され熱
固定された（加熱体接触を除く）ポリアミド系フィルム
の端部におけるマイクロ波によって測定される分子配向
角が、フィルムの進行方向あるいは進行方向と直角方向
に対して|30゜｜以下であることを特徴とするポリアミ
ド系フィルムを製造するに際し、横延伸工程と熱固定工
程との間に下式を満足する冷却工程を設けて、ガラス転
移点温度以下に冷却する事を特徴とするポリアミド系フ
ィルムのインライン製造方法。 L/W≧1.0 なお、上式において、Ｌは冷却工程の長さ（ｍ）、Ｗは
フィルム幅（ｍ）を意味する。