JP4651228B2

JP4651228B2 - 同時二軸延伸フィルムの製造方法

Info

Publication number: JP4651228B2
Application number: JP2001180235A
Authority: JP
Inventors: 健二坪内; 文彦細川; 健一山岸; 彰氈受
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: JP2002370278A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高品質の同時二軸延伸フィルムの製造方法に関する。更に詳しくは、延伸応力及び応力緩和歪みに起因する物性ムラを抑え、巾方向の物性均一性、特に機械的特性・熱寸法安定性・光学特性に優れた品質・性能を有する同時二軸延伸フィルムの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二軸延伸フィルムは、主に包装用途及び工業用途に用いられているが、これらの用途では近年特にフィルム巾方向の物性均一性が厳しく要求されるようになってきた。
【０００３】
一般に、二軸延伸フィルムは、押出機により溶融樹脂フィルムを押出し、冷却ロール上でシート状に冷却成型し、実質的に無配向のこの未延伸フィルムを縦横二軸方向に引き延ばすことによって製造され、これにより充分に分子配向された高強度の二軸延伸フィルムが得られる。二軸延伸法には、縦延伸に引き続き横延伸する逐次二軸延伸法と、縦横同時に延伸する同時二軸延伸延伸法とがある。同時二軸延伸法では、未延伸フィルム端部をクリップで把持して二軸方向に機械的に同時に引き延ばす機構、つまり、縦方向はクリップ間隔を広げ、横方向はクリップ走行レールの巾を広げる機構により延伸が行なわれる。
【０００４】
この同時二軸延伸法では、機械的に漸広する縦延伸倍率軌跡×横延伸倍率軌跡の面倍率変化と実際のフィルムの延伸変形が同調しないという問題があった。すなわち、予熱ゾーンのフィルムが延伸ゾーン側に湾曲変形されて、中央部が先行変形する現象（逆ボーイング現象と称される）が起き、更に、熱処理ゾーンの応力緩和に伴い延伸ゾーン側にフィルムが湾曲変形されて、中央部が遅延変形する現象（ボーイング現象と称される）が起きるということがあった。
【０００５】
これらの現象は、フィルムの同時二軸延伸において縦（又は横）一軸方向の延伸変形が行われると、その直角方向である横（又は縦）に収縮力が作用するため、つまり、一軸方向の延伸応力に加え、直角方向の収縮力が相互に且つ同時に作用するため、これら加重された力がフィルム面に作用して発生すると考えられる。
【０００６】
逆ボーイング及びボーイング現象で引き起こされるフィルム変形の歪みが巾方向に起きると、巾方向の分子配向分布が不均一になり、巾方向にフィルムの物性ムラが生じる。このフィルムの物性ムラは、フィルム生産工程において直接弊害を及ぼさなくても、フィルムを包装用途に使用する場合、フィルム製品の印刷ラミネート加工・製袋充填加工といった加工工程において、印刷ピッチずれ・蛇行・シール不良などのトラブルや製袋カールなどのフィルム加工製品の品質悪化を招くことがあった。したがって、フィルムの全巾にわたって同一物性を持つものとして製品扱いできず、物性バランスを厳しく要求される用途には、巾方向の中央部のみが製品として出荷され、フィルムの端部分は在庫として残ってしまうという生産上の問題を抱えていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決し、同時二軸延伸法で起きる面倍率軌跡の巾方向の歪みを極力抑え、均一で優れた品質安定性を有する同時二軸延伸フィルムの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため、機械的面倍率軌跡と実際のフィルムの延伸変形について解析し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、未延伸フィルム端部をクリップで把持して縦横同時に二軸延伸するテンター法同時二軸延伸方法において、縦延伸倍率軌跡の起点及び終点を横延伸倍率軌跡の起点及び終点より先行させ、縦延伸倍率軌跡を横延伸倍率軌跡より先行させる先行率を５〜２０％とすることを特徴とする同時二軸延伸フィルムの製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明における縦延伸倍率軌跡と横延伸倍率軌跡の関係を表した概念図を図１に示す。本発明では、縦延伸倍率軌跡の起点及び終点を横延伸倍率軌跡の起点及び終点より先行させることが必要である。本発明でいう延伸倍率軌跡とは、延伸開始点（起点）から最大延伸倍率到達点（終点）に至る延伸倍率変化をいう。
【００１０】
延伸ゾーン入口付近では、予熱ゾーンのフィルムは延伸ゾーン側に引っ張られフィルムが湾曲変形する逆ボーイング現象が起きる。この逆ボーイング現象は中央部を著しく縦方向に先行変形させる歪みであるが、縦延伸倍率軌跡の起点を横延伸倍率軌跡の起点より先行させることで、中央部と端部の面倍率変化を近似させ、この逆ボーイング現象を小さく抑えることができる。
【００１１】
一方、延伸ゾーン出口付近では、熱処理ゾーンの応力緩和により延伸ゾーン側に引っ張られ延伸フィルムが湾曲変形するボーイング現象が起きる。このボーイング現象は中央部の縦変形が遅くなることによって生じる歪みであるが、縦延伸倍率軌跡の終点を横延伸倍率軌跡の終点より先行して到達させることで、このボーイング現象も小さく抑えることができる。
【００１２】
この縦延伸倍率軌跡を横延伸倍率軌跡より先行させる先行率は、延伸温度条件や延伸軌跡の形状によっても異なるが、５〜２０％であることが好ましい。本発明でいう先行率とは、縦及び横延伸倍率軌跡の起点を０とし、終点を１とする延伸倍率の進行率をいう。先行率が５％以下では本発明の効果が薄く、２０％以上では二軸延伸応力降伏点付近でネックが発生する危険性がある。延伸途中でネックが起きても一応同時二軸延伸フィルムは得られるが、厚みムラが悪化し、更に物性も著しく乱れるので好ましくない。
【００１３】
なお、逆ボーイング及びボーインク現象は、走行する未延伸フィルム全巾に一時的に升目を印刷することで、二軸延伸過程の升目の拡張変化をもって観察することができる。逆ボーイング及びボーイング変形の計測は、予め所定の位置にフィルム巾方向直線上の中央部と左右端部にレーザー透過式光センサーを配置し、升目がセンサー光を遮断して通過するタイミングの時間差とセンサー配置位置のクリップ速度から湾曲変形量を求めることができる。この左右センサー間距離に対する湾曲変形量の比率を逆ボーイング変形及びボーイング変形として評価することができる。
【００１４】
また、連続生産中にも均一延伸されているか否かの解析は、クリップに掛かるフィルム延伸応力を計測することで実現できる。本発明でいう延伸応力成分及びベクトル合成応力とその傾きの関係を図２に示す。クリップ走行移動の接線方向に掛かる応力成分Ｆ_RDと、法線方向に掛かる応力成分Ｆ_VDは実測することが可能であり、そのベクトル合成応力Ｆ_CPが求められる。更にクリップ走行移動角αから、縦進行方向の応力成分Ｆ_MDと横方向の応力成分Ｆ_TDが求められ、Ｆ_TDに対するＦ_CPの傾きφが±角度で求められる。延伸応力成分Ｆ_RD、Ｆ_VDは、フィルム端部を把持する固定クリップの台座、又はレール走行ベアリング装置とクリップユニットを連結しているアームに、例えば、ストレインゲージや圧電素子などのセンサーを張り付けることにより、曲げ荷重及び引張荷重として測定することができる。そのセンサー信号をＦＭテレメータ装置で伝送・遠隔受信して、応力信号としてコンピュター入力する。クリップ走行移動の機械的角度α変化は予め入力して置き、Ｆ_MD、Ｆ_TD及びベクトル合成応力Ｆ_CPとその傾きφを演算して得ることができる。
【００１５】
本発明では、Ｆ_TDに対するＦ_CPの傾きφが±４５°以内に、さらに好ましくは±３５°以内になるように縦延伸倍率軌跡を選定することが好ましい。この範囲を外れＦ_CPの傾きφが大きくなると、逆ボーイング現象やボーイング現象が増加し、つまりフィルム中央部と端部の面倍率軌跡が大きく異なり、分子配向バランスに異方性が生じて、巾方向に不均一な物性となるので好ましくない。本発明で選択される縦延伸倍率軌跡のカーブは、特に限定するものではないが、二次あるいは三次関数、三角関数、円弧と直線、曲線などの組み合わせで設定できる。
【００１６】
また、本発明では、同時二軸延伸の縦延伸倍率が２．５〜４．５倍であり、且つ、縦延伸倍率に対する横延伸倍率の比率が０．５〜１．５であることが好ましい。上記範囲は、充分な配向を与えるために実用化されている同時二軸延伸フィルムの二軸延伸倍率範囲であり、この範囲において、本発明の焦点である縦延伸倍率軌跡を横延伸倍率軌跡より先行させる効果、特に逆ボーイング及びボーイング現象を抑制し均一延伸させるための効果が顕著に発現でき、本発明は有用なものとなる。
【００１７】
本発明における同時二軸延伸は、パンタグラフ方式テンター、スクリュー方式テンター、リニアモータ方式テンターなどを用いて行うことができる。個々のクリップがリニアモータ方式で単独に駆動されているリニアモータ方式テンターは、可変周波数ドライバを制御することで延伸倍率変化を任意に制御できるという柔軟性があるため、最も好ましい。すなわち、この方式では、縦延伸倍率軌跡の起点及び終点などの調整が容易であり、又、縦横延伸倍率及び軌跡のカーブを微妙にしかも自由に選定できるという利点がある。
【００１８】
本発明に用いるフィルムとしては、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンフィルムなどが挙げられるが、中でも特にポリアミドフィルムに有効である。ポリアミドフィルムとしては、ナイロン６、ナイロン６６の他、ナイロン１１、ナイロン１２などの単独重合体や、これらの混合物、共重合体のフィルムなどが挙げられる。なお、フィルムには公知の添加剤、たとえば安定剤、酸化防止剤、充填剤、滑剤、帯電防止剤、ブロッキング防止剤、着色剤などを含有させてもよい。
【００１９】
【実施例】
本発明において用いたフィルム物性の異方性を表現する特性値は、次の方法により測定した。
（１）熱水収縮率
熱水収縮率は、油性マジックで測定長１１０ｍｍの間隔に平行線を引き、巾１０ｍｍの試料片にスリットする。この試料片を２０℃、相対湿度６５％雰囲気下で調湿し、平行線間寸法を正確に測定しＬ_BAとする。次にこの試料片を１００℃の熱水中で５分問ボイル処理し、再度前記雰囲気下で調湿した後、平行線間寸法を測定しＬ_TRとし、下記式にて熱水収縮率を算出する。
熱水収縮率Ｓ_HW（％）＝｛（Ｌ_BA−Ｌ_TR）／Ｌ_BA｝×１００
（２）熱水収縮率斜め差
二軸延伸フィルムの巾方向に中央位置、及び中央から左右に全巾に対して３５％位置について、巾方向を起線に角度４５°方向の熱水収縮率と、１３５°方向の熱水収縮率を求め、角度４５°の収縮率Ｓ（∠４５°）と角度１３５°の収縮率Ｓ（∠１３５°）の差の絶対値を熱水収縮率斜め差とした。
熱水収縮率斜め差ΔＳ＝｜Ｓ（∠４５°）−Ｓ（∠１３５°）｜
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００２０】
実施例１
ナイロン６樹脂を巾６００ｍｍＴ型ダイより溶融押出し、冷却ロール上でシート状に冷却固化させ、厚さ１５０μｍの未延伸ポリアミドフィルムを成形し、続いて５０℃に温調された温水槽で吸水処理させた。次に、このフィルムをリニアモータ駆動の同時二軸延伸テンターに供給し、両端をクリップで把持して、縦延伸倍率３．０倍、横延伸倍率３．３倍に同時二軸延伸を行った。尚この際、縦延伸倍率軌跡を横延伸倍率軌跡より横延伸倍率軌跡の起点で１０％、縦延伸倍率軌跡の終点で２０％先行させ、縦延伸倍率軌跡はＦ_ＣＰの傾きφが±２０°以内になるように選定した。更にテンターオーブンで２１５℃の熱処理を施し、縦横２％リラックス処理をして冷却後、フィルムの両端部をトリミングして巻取機で巻取った。厚さ１５μｍの同時二軸延伸ポリアミドフィルム製品ロールを得た。速度は、１２０ｍ／ｍｉｎで行った。
【００２１】
得られたフィルムの最大逆ボーイング変形は５％、最大ボーイング変形は０％、熱水収縮率斜め差は、中央位置も３５％位置も共に、０．８％以下であり、巾方向に均一にバランスしており、ほぼフィルム全巾が製品として実用可能であった。
【００２２】
比較例１
実施例１と同様の条件で製造したが、縦延伸倍率軌跡を横延伸倍率軌跡より先行させず、又、縦延伸倍率軌跡は、横延伸倍率軌跡にほぼ近似させた。縦延伸倍率軌跡はＦ_CPの傾きφは、±４５°の範囲を外れており、得られたフィルムの最大逆ボーイング変形は３０％、最大ボーイング変形は１０％であった。また、熱水収縮率斜め差は、中央位置は０．８％以下であったが、３５％位置では１．８％であり、著しい異方性を示したため、実用可能なフィルム製品巾が狭巾となり、大きく製品収率が悪化した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、同時二軸延伸法で起きる面倍率軌跡の巾方向の歪みを極力抑えることで、巾方向に物性が均一化され、特に機械的特性・熱寸法安定性・光学特性に優れた品質・性能を備えた同時二軸延伸フィルムが高収率に生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における縦延伸倍率軌跡と横延伸倍率軌跡の関係を説明する概念図である。
【図２】本発明における延伸応力成分及びベクトル合成応力とその傾きの関係を示す図である。

Claims

未延伸フィルム端部をクリップで把持して縦横同時に二軸延伸するテンター法同時二軸延伸方法において、縦延伸倍率軌跡の起点及び終点を横延伸倍率軌跡の起点及び終点より先行させ、縦延伸倍率軌跡を横延伸倍率軌跡より先行させる先行率を５〜２０％とすることを特徴とする同時二軸延伸フィルムの製造方法。
縦延伸倍率が２．５〜４．５倍であり、且つ、縦延伸倍率に対する横延伸倍率の比率が０．５〜１．５であることを特徴とする請求項１に記載の同時二軸延伸フィルムの製造方法。
クリップに掛かるフィルム延伸応力において、縦（長手）方向に掛かる応力成分をＦ_ＭＤ、横（巾）方向に掛かる応力成分をＦ_ＴＤとし、Ｆ_ＭＤ及びＦ_ＴＤから得られるベクトル合成応力をＦ_ＣＰとするとき、Ｆ_ＴＤに対するＦ_ＣＰの傾きφが、横延伸倍率軌跡の起点から終点に至る範囲で、±４５°以内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の同時二軸延伸フィルムの製造方法。
テンターをリニアモータ方式で駆動することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の同時二軸延伸フィルムの製造方法。
フィルムがポリアミドフィルムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の同時二軸延伸フィルムの製造方法。