JPH0880564A - 二軸延伸ポリプロピレンフィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】繊維強化複合材料において精密な形状と高い強
度を付与するためにテンター法により効率的な生産性、
優れた厚み精度、目標とする引張強度および伸び率の二
軸延伸ポリプロピレンフィルムを得る。 【構成】メルトフローレートが０．５〜５．０の結晶性
ポリプロピレンのシートを、テンター法により、まず、
１４０〜１５０℃で縦方向に４．０〜５．５倍に第１段
の延伸を行い、次いで、第１段の延伸温度よりも高い１
４５〜１５５℃で同じく縦方向に全体の延伸倍率で６．
５〜７．５倍に第２段の延伸を行い、さらに１５０〜１
８０℃で横方向に６〜１０倍に延伸する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強化用繊維にエポキシ
樹脂を含浸させたプリプレグと呼ばれる繊維強化複合材
料の成形に好適に使用できる二軸延伸ポリプロピレンフ
ィルムの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ゴルフクラブシャフト、釣竿、テ
ニスやバトミントンラケットなどの各種の道具類は、強
靱性が求められるために繊維強化プラスチック等の繊維
強化複合材料が使用されている。

【０００３】この様な道具類の製造は、一般に次のよう
な方法によって行われている。まず、マンドレルと呼ば
れる心軸材に、エポキシ樹脂等を含浸させたプリプレグ
をマンドレルに圧着しながら巻き付けて１次成形体を作
成する。次に、１次成形体にテープ状フィルムを所定の
引張り張力をかけながら巻き付け、２次成形体を得る。
このときのテープ状フィルムの巻き付け張力が完成品の
性能に大きく影響する。次いで、２次成形体を加熱炉に
入れ所定の温度でエポキシ樹脂等を熱硬化させ３次成形
体を得る。そして、３次成形体より心軸材であるマンド
レルを抜き取ったのち、テープ状フィルムを巻き戻しな
がら剥ぎ取るか、または、３次成形体の側面に沿ってグ
ラインダーでフィルムをプリプレグとの境界面まで直線
状に研磨した後、フィルムを剥ぎ取る。

【０００４】このときに用いられるテープ状フィルムに
ポリプロピレンフィルムが用いられる。このテープ状フ
ィルムには、縦方向および横方向の引張破断強度がいず
れも２０ｋｇ／ｍｍ²以上であることが求められてい
る。特に、縦方向の引張破断強度は２５ｋｇ／ｍｍ²以
下であることも必要とされている。これは、縦方向およ
び横方向の引張破断強度が２０ｋｇ／ｍｍ²未満のとき
は、１次成形体にテープ状フィルムを２〜７ｋｇｆの巻
き付けトルクをかけて巻き付ける際、巻き付け力により
テープ状フィルムが伸びてしまい、テープ状フィルムに
よる１次成形体の成形保持力が不足するためであり、ま
た、縦方向の引張破断強度が２５ｋｇ／ｍｍ²を越える
ときは、１次成形体にフィルムを巻き付けた際に、テー
プ状フィルムの保持力が大き過ぎるために、加熱・硬化
工程中にテープ状フィルムの保持力により１次成形体が
巻き戻り過ぎたり、巻き締まりがきつくなり過ぎること
から、３次成形体が細くなってしまうためである。

【０００５】このようなテープ状フィルムとしては、こ
れまでは一軸延伸法、インフレーション（同時二軸延
伸）法で製造されたポリプロピレンフィルムが用いられ
てきた。しかし、一軸延伸法で製造されたポリプロピレ
ンフィルムは、縦方向に十分な強度を有しているが、横
方向の強度が著しく小さい。したがって、このフィルム
は縦方向に割れ易く、３次成形体からフィルムの取り除
き作業において糸状になり、取扱が不便であった。ま
た、インフレーション法により製造されたポリプロピレ
ンフィルムは、幅を１０〜３０ｍｍに裁断する際に、厚
みむらが大きいことから広幅の原紙から一定の巻硬さの
製品を得ることが困難である。よって、原紙の幅が制限
されてしまい効率的な生産が出来ないという問題があっ
た。

【０００６】さらに、テープ状フィルムの製造方法とし
て、一般の逐次二軸延伸方法として知られているテンタ
ー法を採用することが考えられる。この場合、延伸倍率
を上げれば引張破断強度が向上する。しかしながら、こ
の方法において、縦延伸倍率を上げることにより縦方向
の引張破断強度を２０ｋｇ／ｍｍ²以上にすることが可
能であるが、そうすると、横方向の引張破断強度を満足
させるための延伸倍率で延伸したときに破断するという
問題が発生した。また、横方向の引張破断強度を満足さ
せるために横方向の延伸倍率を上げるためには、縦方向
の延伸倍率を上げられず、そのために縦方向の引張破断
強度を満足させることができないという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の課題
を解決するため、テンター法で目標とする引張強度、厚
み精度を有する二軸延伸ポリプロピレンフィルムを安定
して生産することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明者らは、テンター法による二軸延伸につ
いて種々検討を加えた結果、縦方向の延伸を二段で行う
ことによって、縦方向および横方向の延伸倍率を共に高
くすることができ、縦方向および横方向の引張強度を共
に向上させることができることを見出し、本発明を提案
するに至った。

【０００９】即ち、本発明は、メルトフローレートが
０．５〜５．０の結晶性ポリプロピレンのシートを、テ
ンター法により、まず、１４０〜１５０℃で縦方向に
４．０〜５．５倍に第１段の延伸を行い、次いで、第１
段の延伸温度よりも高い１４５〜１５５℃で同じく縦方
向に全体の延伸倍率で６．５〜７．５倍に第２段の延伸
を行い、さらに１５０〜１８０℃で横方向に６〜１０倍
に延伸することを特徴とする二軸延伸ポリプロピレンフ
ィルムの製造方法である。

【００１０】本発明の二軸延伸ポリプロピレンフィルム
に用いる結晶性ポリプロピレンとしては、プロピレンの
単独重合体、プロピレン以外のα−オレフィン、例え
ば、エチレン、ブテン−１、ペンテン−１、ヘキセン−
１、オクテン−１とプロピレンとのランダム共重合体、
ブロック共重合体、グラフト共重合体、または、これら
重合体の混合物等を使用することができる。特に本発明
における延伸の容易さや必要な引張強度の発現の点か
ら、プロピレンの単独重合体またはエチレン含有量が
０．０１〜１．０重量％のエチレン−プロピレンランダ
ム共重合体であることが好ましい。

【００１１】上記の結晶性ポリプロピレンのメルトフロ
ーレートは、０．５〜５．０ｇ／１０分でなければなら
ず、１〜３ｇ／１０分の範囲とすることが好ましい。メ
ルトフローレートが０．５ｇ／１０分未満のときは、縦
および横延伸機への負担が大きくなりすぎるために、所
定の延伸倍率にすることが困難となる。一方、５．０ｇ
／１０分を越えるときは所定の縦および横延伸倍率に達
する前に破断が生じるために好ましくない。

【００１２】結晶性ポリプロピレンのシートは、リップ
間隙１．５〜３．０ｍｍのＴ型ダイスから押出した後に
冷却する等の公知の方法で製造できる。このとき、シー
トの厚みは、得られるフィルムの厚みを勘案して０．６
〜３．０ｍｍの範囲であることが好ましい。

【００１３】本発明の二軸延伸ポリプロピレンフィルム
は、上記した結晶性ポリプロピレンのシートを、テンタ
ー法によって逐次二軸延伸することによって製造され
る。逐次二軸延伸は、縦延伸を二段階に分けて行い、次
いで横延伸が行われる。

【００１４】まず、縦延伸の第１段では、１４０〜１５
０℃で４．０〜５．５倍に延伸が行われる。延伸温度が
１４０℃未満のとき、または、延伸倍率が５．５倍を越
えるときは、縦延伸機の負荷が大きくなると共にシート
の破断が起こりやすいために好ましくない。一方、１５
０℃を越えるとき、または、延伸倍率が４．０倍未満の
ときは、横延伸後のフィルムの引張強度が不足するため
に好ましくない。縦延伸の第１段では、延伸を行う前に
結晶性ポリプロピレンのシートを１４０〜１５０℃に予
熱することが好ましい。また、延伸後の引取りロールは
延伸を均一に行うために１２０〜１３０℃に設定してお
くことが好ましい。

【００１５】次いで、縦延伸の第２段では、第１段の延
伸温度よりも高い１４５〜１５５℃で第１段と第２段と
を併せた全体の延伸倍率で６．５〜７．５倍で延伸が行
われる。縦延伸の第２段では、第１段の延伸温度よりも
５℃程度高めにすることが、横延伸時のフィルム破れを
低減するために必要である。延伸温度および延伸倍率が
上記範囲をはずれたときは、第１段の延伸と同様の理由
で好ましくない。また、この場合も第１段の延伸と同様
に、延伸を行う前に結晶性ポリプロピレンのシートを１
４５〜１５５℃に予熱することが好ましい。

【００１６】さらに、１５０〜１８０℃で横方向に６〜
１０倍、好ましくは８〜９倍で延伸が行われる。横方向
の延伸倍率が６倍より低い場合は、幅方向での延伸むら
が起こり、厚み不良が発生する。また、１０倍より高い
場合は、横方向の延伸が困難でありフィルム破れが起こ
り製膜が不能となる。

【００１７】本発明で得られる二軸延伸ポリプロピレン
フィルムの厚みは、前記したプリプレグ成形用のテープ
状フィルムとして使用する場合には、１次成形体へのテ
ープ状フィルムの巻き締めの際の巻き締め力を過不足な
く適度な範囲とするために、１５〜４０μｍであること
が好ましく、さらには２０〜３５μｍであることが好ま
しい。

【００１８】本発明で得られた二軸延伸ポリプロピレン
フィルムは、一般に、ゴルフシャフト、釣竿、弓矢の芯
材、バトミントンやテニスラケットのシャフト材、スキ
ー用ストック等のスポーツ・レジャー用具や工業用途で
は軽量搬送ローラー、軽量巻取軸等の繊維強化複合材料
の製造においてプリプレグ成形のためのテープ状フィル
ムとして好適に使用される。

【００１９】以下に、本発明で得られた二軸延伸ポリプ
ロピレンフィルムを用いてプリプレグ成形を行う方法に
ついて説明する。本発明で得られた二軸延伸ポリプロピ
レンフィルムを繊維強化複合材料に巻き付ける際は、１
０〜３０ｍｍのテープ状に裁断し、１次成形体に２〜７
ｋｇｆの巻き付け荷重を掛けながら、かつ、通常テーピ
ングマシーンといわれる装置により２ｍｍピッチ程度で
重ね巻きを行う。

【００２０】繊維強化複合材料の繊維素材としては、炭
素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維等の単
独もしくは混合物が用いられる。

【００２１】また、繊維強化複合材料のマトリックス樹
脂としては、エポキシ樹脂が代表的である。エポキシ樹
脂量は素材繊維との合計量中に占める割合で２５〜５０
重量％の範囲であることが好ましい。エポキシ樹脂の硬
化は、１２０〜１４０℃の温度に１〜３時間加熱すれば
よい。その際、予め８０℃で３０分〜１時間加熱してお
くことが、エポキシ樹脂の液洩れや繊維の配列に乱れの
無い安定した品質の製品を得ることができるために好適
である。

【００２２】なお、高強度の３次成形体を得ようとする
場合は、１次成形体に本発明で得られた二軸延伸ポリプ
ロピレンフィルムを巻き付けた後、その上にさらに同じ
フィルム、もしくは従来品であるインフレーション法で
作られたフィルムや１軸延伸法で得られたフィルムを重
ね巻きすることも可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明の方法により、縦方向の引張強度
が２０〜２５ｋｇ／ｍｍ²、横方向の引張強度が２５〜
３５ｋｇ／ｍｍ²の厚み精度の優れた二軸延伸ポリプロ
ピレンフィルムが安定して得られる。この二軸延伸ポリ
プロピレンフィルムは、強化用繊維にエポキシ樹脂等を
含浸させてなる繊維強化複合材料に精密な形状と高い強
度を付与するために好適に使用できる。

【００２４】

【実施例】以下に、本発明を具体的に説明するために実
施例および比較例を掲げるが、本発明はこれら実施例に
限定されるものではない。なお、以下の実施例および比
較例におけるフィルムの物性、製膜の安定性およびプリ
プレグの成形性の評価は、下記の方法により行った。

【００２５】（１）メルトフローレート（ＭＦＲ） ＡＳＴＭーＤ−１２３８に準じて測定した。

【００２６】（２）厚み ＪＩＳ−Ｃ−２３１８に準じて測定した。

【００２７】（３）引張強度及び伸度 試料を１０ｍｍ幅の短冊状に切断し、測定長を４０ｍｍ
として引張試験機により引張速度３００ｍｍ／分、チャ
ート速度３００ｍｍ／分でチャート紙に記録し、フィル
ムの破断時の強度と伸び率を読み取った。試験回数を１
０回とし、平均値を表示した。

【００２８】（４）製膜安定性 縦方向に２段延伸装置を有するテンター法逐次２軸延伸
装置により、製膜速度毎分５０ｍにて行った。この時の
製膜安定性を次の評価基準にて判定した。 ◎：全くフィルム破れがなく安定している。 ○：厚み調整中に１〜２回破れが発生するが厚み精度が
良好になると破れが無くなる。 △：厚みが良好となってもときどき破れが起こる。 ×：頻繁に破れが発生し、連続製膜が困難である。

【００２９】（５）厚み精度 前項の製膜安定性試験と同様の方法により製造したフィ
ルムについて、ダイヤルゲージを用い、フィルムの幅方
向に５ｃｍ間隔で１ｍにわたって厚みを測定し、厚みム
ラの最大値÷平均厚み×１００で表示した。 ◎：±５％以下 ○：±５％を越えて±１０％以下 △：±１０％を越えて±２０％以下 ×：±２０％を越える。

【００３０】（６）３次成形体の外観検査 東邦レーヨン（株）製カーボンセンイプリプレグ Ｑ−
１１１５ １４００を使用して３次成形体を作製した。
３次成形体の外観およびフィルムを剥ぎ取った後のカー
ボンセンイの乱れの有無を目視検査し、次の評価基準に
て判定した。 ○：エポキシ樹脂のはみ出しによる液洩れやカーボンセ
ンイの乱れが全くない。 △：エポキシ樹脂の液洩れが少しあるが、カーボンセン
イに乱れはなく実用上問題ない範囲である。 ×：エポキシ樹脂の液洩れが多く成形体の変形やカーボ
ンセンイの乱れが認められる。

【００３１】（７）完成品の曲げ強度とバラツキ 前項の３次成形体の外観検査と同様にして製造した３次
成形体のフィルムを剥ぎ取った後の完成品について、シ
ャフトの太い方を固定し、反対側の先端から５ｃｍの位
置を引張り、先端位置の撓みが１５ｃｍの位置に達した
ときの荷重とバラツキを計測した。支点から先端までの
長さは９０ｃｍと一定にした。

【００３２】実施例１ ＭＦＲ１ｇ／分のホモポリプロピレンを、押出機により
２８０℃で溶融、混練した樹脂をリップ間隙２ｍｍのＴ
型ダイスより押出し、３０℃の冷却ロール上に押出し、
厚さ１．８ｍｍのシートを得た。得られたシートを縦方
向に２段延伸装置を有するテンター法逐次２軸延伸装置
により、第１段延伸機前の加熱ロールで１４５℃に予熱
後、同温度で第１段延伸機にて５倍に延伸した。次いで
第２段延伸機前の加熱ロールで１５０℃に予熱後、同温
度で第２段延伸機にて７倍に延伸した。引き続いて横延
伸機にて１６０℃に予熱後、同温度で横方向に９倍延伸
し、次いで、１６５℃でおよそ５％横方向に収縮させ
た。得られたフィルムの厚みは３０μｍであった。こう
して得られたフィルムの物性、製膜安定性および厚み精
度を表１に示した。

【００３３】次に、得られたフィルムを小幅スリット機
により、１５ｍｍ幅に裁断し、３インチ紙管に５００ｍ
巻きとった。東邦レーヨン（株）製カーボンセンイプリ
プレグ Ｑ−１１１５ １４００を使用し、ゴルフシャフ
ト用のマンドレルに巻き付け１次成形体を作成した後、
１５ｍｍ幅に裁断した上記フィルムをテーピングマシー
ンにより引張り強度３．５ｋｇｆ、ピッチ幅２．５ｍｍ
で巻き付け、２次成形体を製造した。

【００３４】次いで、２次成形体を加熱炉に長手方向に
垂直に吊るし、常温から８０℃まで３０分かけて温度を
上げた後、８０℃にて３０分間保持した。この間にエポ
キシ樹脂が液化し、気泡が抜けると共にプリプレグの重
ね合わせ部分の段差が解消され、その後エポキシ樹脂の
硬化が起こる。次いで、３０分かけて１３０℃まで昇温
し、同温度で１時間保持し、エポキシ樹脂を完全に硬化
させた。次に、約３０分かけて常温まで降温した後、加
熱炉から取り出し硬化したばかりの成形体の状態を観察
した。その結果は、液洩れも無く長手方向に垂直な断面
の形状がほぼ完全に真円状のものが得られた。

【００３５】取り出された３次成形体から専用の治具に
よりマンドレルを抜き取り、この後、成形体の表面に巻
かれているフィルムを巻いた方向と逆方向から手で巻き
戻した。この成形体の外観検査、曲げ強度の測定結果を
表１に示した。

【００３６】実施例２ ＭＦＲ２ｇ／分、エチレン量０．３重量％のエチレン−
プロピレンランダム共重合体を用いたこと以外は実施例
１と同様にしてフィルムを得た。さらに、このフィルム
を用いて実施例１と同様に成形体を作製し、その結果を
表１に示した。

【００３７】実施例３〜６ ＭＦＲ１．８ｇ／分、ホモポリプロピレンを縦方向に２
段延伸装置を有するテンター法逐次２軸延伸装置によ
り、第１段と第２段の延伸倍率および温度を表１に示す
条件に変えた他は実施例１と同様に行った。その結果を
表１に示した。得られたフィルムを実施例１と同様に成
形体の作製に用い、その結果を表１に示した。

【００３８】比較例１〜４ ＭＦＲ２ｇ／分、エチレン量０．３重量％のエチレン−
プロピレンランダム共重合体を縦方向に１段延伸装置の
みしか有しないテンター法逐次２軸延伸装置により、タ
テ延伸倍率を表１に示す条件に変えた他は実施例１と同
様に行った。その結果を表１に示した。得られたフィル
ムを実施例１と同様に成形体の作製に用い、その結果を
表１に示した。

【００３９】比較例１および２のフィルムを実施例１と
同様にしてテーピングマシーンにより引張り強度３．５
ｋｇｆ、ピッチ幅２．５ｍｍで１次成形体に巻き付けを
行ったところ、比較例１はフィルム幅が半分の７．５ｍ
ｍと細くなっており正常な巻付けが出来なかった。比較
例３および４は連続したフィルムが得られなかったこと
から、成形品の加工評価は出来なかった。

【００４０】比較例５ ＭＦＲ２ｇ／分、エチレン量０．３重量％のエチレン−
プロピレンランダム共重合体を、横延伸倍率を５倍にし
たこと以外は実施例１と同様にして行い、その結果を表
１に示した。得られたフィルムは縦方向に連続して未延
伸部分が残っており巻取り部においてコブ状となり均一
な厚みのフィルムを得ることが出来なかった。

【００４１】比較例６ ＭＦＲ０．５ｇ／分、エチレン量０．６重量％のエチレ
ン−プロピレンランダム共重合体を、横延伸倍率を１２
倍にしたこと以外は実施例１と同様にして行い、その結
果を表１に示した。横延伸段階でフィルム破れが多発
し、連続したフィルムを得ることが出来なかった。

【００４２】

【表１】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】メルトフローレートが０．５〜５．０の結
   晶性ポリプロピレンのシートを、テンター法により、ま
   ず、１４０〜１５０℃で縦方向に４．０〜５．５倍に第
   １段の延伸を行い、次いで、第１段の延伸温度よりも高
   い１４５〜１５５℃で同じく縦方向に全体の延伸倍率で
   ６．５〜７．５倍に第２段の延伸を行い、さらに１５０
   〜１８０℃で横方向に６〜１０倍に延伸することを特徴
   とする二軸延伸ポリプロピレンフィルムの製造方法。