JPH0655433B2

JPH0655433B2 - インフレ−シヨンフイルム、その製法と装置

Info

Publication number: JPH0655433B2
Application number: JP61169699A
Authority: JP
Inventors: 武白木; 康二中島
Original assignee: 三井石油化学工業株式会社
Priority date: 1985-08-12
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPS62122736A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は超高分子量ポリエチレンのインフレーシヨンフ
イルム、その製法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

超高分子量ポリエチレンは汎用のポリエチレンに比べ、
耐衝撃性、耐摩耗性、耐薬品性、引張強度等に優れてお
り、エンジニアリングプラスチツクとしてその用途が拡
がりつつある。しかしながら汎用のポリエチレンに比較
して溶融粘度が極めて高く流動性が悪いため、従来のイ
ンフレーシヨン成形等の押出成形や射出成形によつて成
形することは非常に難しく、その殆どは圧縮成形によつ
て成形されており、一部ロツド等が極く低速で押出成形
されているのが現状であつた。

また、超高分子量ポリエチレンフイルムの製造方法とし
ては、超高分子量ポリエチレンの粉末を焼結した後、ポ
リエチレンの融点以上の温度に加熱して、２枚のベルト
間で加熱、圧着し、冷却してフイルムを製造する方法
（特公昭48−11576 号公報）、あるいは焼結した超高分
子量ポリエチレンシートを二次転移点以上ないし融点未
満の温度範囲で加圧ロールで配向させる方法（特開昭53
−45376 号公報）等が提案されている。しかしながら前
記方法では良好な外観のフイルムは製造されるものの、
更に薄いフイルムを成形するには、超高分子量ポリエチ
レンの溶融粘度が極端に大きいので不向きである。また
後者の方法においても超高分子量ポリエチレンは融点未
満の温度では更に粘度が大きいので、たとえ加圧ロール
で圧延しても薄いフイルムは得られないという欠点を有
していた。薄いフイルムを成形する方法としては、延伸
する方法が考えられるが、超高分子量ポリエチレンは分
子量が非常に大きいので、単独では全く延伸することは
できない。また加圧ロールでの圧延時に融点以上の温度
に加熱することも考えられるが、通常結晶性ポリオレフ
インは融点以上に加熱されると粘着性が増すとともに粘
度が低下してロール圧延等が困難となる傾向にあり、事
実超高分子量ポリエチレンにおいても前述の特開昭53−
45376 号公報にも融点以上では加圧ロールに溶融樹脂が
粘着し、良好な外観のフイルムが得られないことが指摘
されている。

一方、超高分子量ポリエチレンの押出成形性を改良して
フイルムを製造する方法として、本出願人は超高分子量
ポリオレフインに多量の可塑剤を混合して押出し成形し
二軸延伸フイルムを製造する方法（特開昭59-227420 号
公報）を提案した。かかる方法で得られる二軸延伸フイ
ルムは引張強度、衝撃強度等の機械的強度が格段に優れ
るが、透湿性も通常のポリオレフインフイルムに比べ良
好であるので、用途によつては使用にむかないことが分
かつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かかる状況に鑑み本発明者は、超高分子量ポリエチレン
の薄いフイルムを得る方法を開発すべく種々検討した結
果、低圧縮スクリユーを具備した押出機の先端にＬ／Ｄ
が５以上のチユーブダイを連結し、且つチユーブダイの
マンドレルが押出機のスクリユー先端に直結した成形機
を用い、かかるチユーブダイから押出された溶融状態の
チユーブ状フイルムに空気を吹き込んで膨張させながら
冷却することにより、超高分子量ポリエチレンからなる
インフレーシヨンフイルムが得られることが分かり本発
明を完成するに至つた。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は、第１の発明として、極限粘度〔η〕
が５dl／ｇ以上の超高分子量ポリエチレンからなり、且
つ破断点抗張力の縦方向が 800 kg／cm²以上、横方向
が 700kg／cm²以上、衝撃強度が5000kg・cm／cm以上、
透湿係数が0.45 g・mm／m²・24hrs 未満及び 130℃での
収縮率（横方向）が10％以上で且つ厚さが10〜1000μｍ
の範囲であることを特徴とする超高分子量ポリエチレン
のインフレーシヨンフイルムを提供するものであり、第
２の発明として極限粘度が５dl／ｇ以上の超高分子量ポ
リエチレンをスクリユー押出機で溶融し、次いでマンド
レルがスクリユーの回転に伴つて回転する少なくともＬ
／Ｄが５のチユーブダイから押出した後、溶融状態のチ
ユーブ状フイルムの内部に気体を吹き込んで膨比 1.1〜
20倍に膨張させて冷却しフィルムとなすことを特徴とす
るインフレーシヨンフイルムの製法及び第３の発明とし
て、押出機側から、溝付シリンダーと圧縮比が１ないし
2.5 の範囲であるスクリユーからなる押出機、スクリユ
ー先端に連結されてスクリユーの回転とともに回転する
マンドレル及びアウターダイとからなる少なくともＬ／
Ｄが５、チユーブダイ入口部の断面積Ｓ_１とチユーブダ
イ中間部の断面積Ｓ_２との比（Ｓ_１／Ｓ_２）が 0.5ない
し3.0 の範囲及びチユーブダイ中間部の断面積Ｓ_２とチ
ユーブダイ出口の樹脂流路の断面積Ｓ_３との比（Ｓ_２／
Ｓ_３）が 1.0ないし3.0 の範囲にあるチユーブダイ、ス
クリユーの内部及びチユーブダイのマンドレルの内部に
延在してなる気体流通路とを具備してなることを特徴と
するインフレーシヨンフイルム製造用の装置を提供する
ものである。

〔作用〕

本発明に用いる超高分子量ポリエチレンは、デカリン溶
媒中 135℃で測定した極限粘度〔η〕が５dl／ｇ以上、
好適には８ないし25dl／ｇで且つメルトフローレート
（ＭＦＲ：ＡＳＴＭＤ1238、Ｆ）が0.01ｇ／10min 以下
のエチレンの単独重合体もしくはエチレンと他のα−オ
レフイン例えばプロピレン、１−ブテン、１−ヘキセ
ン、１−オクテン、４−メチル−１−ペンテン等とのエ
チレンを主体とした共重合体で結晶性のものである。

本発明の超高分子量ポリエチレンのインフレーシヨンフ
イルムは、前記超高分子量ポリエチレンを後記する方法
で製造されるものであつて、極限粘度〔η〕が５dl／ｇ
以上、好ましくは８ないし25dl／ｇ、ＭＦＲが0.01ｇ／
10min 以下、破断点抗張力の縦方向（ＴＳ−Ｍ）が 800
kg ／cm²以上、好ましくは1000kg／cm²以上、横方向
（ＴＳ−Ｔ）が 700kg／cm²以上、好ましくは 800kg／c
m²以上、衝撃強度が5000kg・cm／cm以上、好ましくは80
00kg・cm／cm以上、温度40℃及び湿度90％の条件下での
透湿係数が0.45 g・mm／m²・24hrs 未満、好ましくは0.
40 g・mm／m²・24hrs 以下及び 130℃での収縮率（横方
向）が10％以上、好ましくは50％以上で且つ厚さが10〜
1000μｍ、好ましくは10〜 500μｍの範囲のフイルムで
ある。

極限粘度〔η〕が５dl／ｇ未満のものは破断点抗張力、
衝撃強度等の機械的強度が充分でなくまた加熱収縮させ
た場合に、フイルムが軟化してフイルムとしての形状を
失うので収縮フイルムとしては使用できない。極限粘度
〔η〕の上限はとくに限定はされないが、25dl／ｇを越
えるものは溶融粘度が高過ぎて押出成形性に劣る傾向に
ある。

本発明のインフレーシヨンフイルムの製造方法は、前記
した超高分子量ポリエチレンをスクリユー押出機、好ま
しくは溝付シリンダー（バレル）を具備するスクリユー
押出機で溶融し、次いでマンドレルがスクリユーの回転
に伴つて回転する少なくとも L/Dが５以上、好ましくは
10以上、更に好ましくは20〜70のチユーブダイから押出
した後、溶融状態のチユーブ状フイルムの内部に気体を
吹き込んで膨比 1.1〜20倍、好ましくは 1.5〜12倍に膨
張させて冷却しフイルムとなす方法である。

極限粘度〔η〕が５dl／ｇ未満のものは溶融粘度が低い
ため、チユーブダイ中で超高分子量ポリエチレンの溶融
物とマンドレルとの共廻りによる捩れや、マンドレルの
撓みによる偏肉が生じ易く均一なフイルムが得られ難く
成形性が劣る。

超高分子量ポリエチレンの溶融物は汎用のポリエチレン
の溶融物と異なりゴム的な塊状物であるため、Ｌ／Ｄが
５未満のチユーブダイではダイより押出される前に完全
に均一融合された溶融物とならないため、ダイから押出
されたチユーブ状フイルムの内部に気体を吹き込んだ際
にチユーブが均一に膨らまなかつたり、破れたりして良
好なフイルムが得られない。一方、Ｌ／Ｄの上限はとく
に限定はされないが、実用上70以下が好ましい。尚、チ
ユーブダイのＬ／Ｄは生産性と相関があり、Ｌ／Ｄが大
きい方が成形速度を上げることが出来る。

また、チユーブダイのマンドレルは、押出機のスクリユ
ーの回転に供つて回転させる必要がある。マンドレルの
回転数は必ずしもスクリユーの回転数と同じである必要
はなく、回転さえすれば本発明の目的を達成できる。マ
ンドレルが回転しないとマンドレルが偏心し、均一な厚
さのチユーブ状フイルムが得られない。スクリユー先端
にマンドレルを取付ける方法としては直接スクリユー先
端にマンドレルを固着、螺着、嵌着あるいは挿着する方
法、継手等を介在させて取付ける方法等が挙げられる
が、直接スクリユー先端にマンドレルを螺着させる方法
が簡便でしかも取りはずしができるので押出機、チユー
ブダイの分解掃除や、内径サイズの変更が行い易い等の
利点がある。

チユーブダイから押出されたチユーブ状フイルムの膨比
が 1.1倍未満では厚さが 200μｍ以下の薄いインフレー
シヨンフイルムとすることができず、又横方向の配向結
晶が小さいため破断点抗張力、衝撃強度、引裂強度等の
機械的物性を向上させることができない。更に収縮フイ
ルムとして性能を付与することが出来ない。一方、膨比
が20倍を越えると、フイルムが白濁したり、破裂現象を
生じる。従つて膨比20倍が限界である。本発明における
膨比とは、ダイ出口におけるチユーブの円周長さと、膨
らませたチユーブの円周長さの比をいう。

チユーブ状フイルムの内部に吹き込む気体は通常空気で
あるが、窒素等を用いてもよい。

膨張させたフイルムの冷却はフイルムの外部をブロアー
（送風機）を具備したエアーリングから均一に吹き出さ
れるエアーによつて行うか、又はフイルムに密着する水
冷あるいは空冷式の冷却リングによつて行うこともでき
る。

冷却後のフイルムは常法、すなわち安定板で次第に折り
たたまれる。次にピンチロールで２枚合せのフラツトな
フイルムになり、製品巻取機に巻き取られる。

本発明において、超高分子量ポリエチレンの押出成形温
度は通常融点以上 350℃以下、望ましくは 140〜 330℃
の温度で押出成形することが好ましい。押出成形温度が
融点未満の温度では、ダイ内での樹脂の閉塞現象が生じ
易くなり、装置破損の原因となる。成形温度条件を押出
機の温度を200 〜 330℃、チユーブダイ入口部〜中間部
の温度を 180〜 310℃及びチユーブダイ中間部〜出口部
の温度を 136〜 170℃の範囲にすると、チユーブダイ内
でのランドメルトフラクチヤーが生じないので好まし
い。

本発明の超高分子量ポリエチレンのインフレーシヨンフ
イルムの製造用の装置は第１図に示す如く押出機１側か
ら、溝付シリンダー２と圧縮比が１ないし 2.5、好まし
くは 1.3ないし 1.8の範囲のスクリユー３からなる押出
機１、スクリユー先端４に連結されてスクリユーの回転
とともに回転するマンドレル５及びアウターダイ６とか
らなる少なくともＬ／Ｄが５、好ましくは10、更に好ま
しくは20ないし70、チユーブダイ入口部71の樹脂流路の
断面積Ｓ_１とチユーブダイ中間部72の樹脂流路の断面積
Ｓ_２との比（Ｓ_１／Ｓ_２）が 0.5ないし 3.0、好ましく
は 1.0ないし2.0 及び前記Ｓ_２とチユーブダイ入口73の
樹脂流路の断面積Ｓ_３との比（Ｓ_２／Ｓ_３）が 1.0ない
し 3.0、好ましくは 1.1ないし 2.0の範囲にあるチユー
ブダイ７、スクリユー３の内部及びチユーブダイのマン
ドレル５の内部に延在してなる気体流通路８とを具備し
てなる。

溝付シリンダー２の溝部21は、超高分子量ポリエチレン
粉末を圧着部22へ安定して供給させる。またスクリユー
３の圧縮比が 1.0未満ではシリンダー壁面に対する樹脂
の圧縮応力が小さく押出量が不安定になり、サージング
現象や脱気不良によるフイルムの外観不良を生じ易い。
一方 2.5を越えると、圧縮部22における閉塞現象や摩擦
熱によつて樹脂温度が異常上昇し、熱分解による樹脂の
分子量低下が著しくなり、フイルムの機械的強度が低下
する虞れがあるので好ましくない。

マンドレル5 は、スクリユー3 の先端に図では螺着され
ているが、前述の如く固着、嵌着あるいは挿着されてい
てもよい。

チユーブダイのＬ／Ｄが５未満では、溶融樹脂が完全に
融着されず、良好なインフレーシヨンフイルムが得られ
ない。尚、チユーブダイのＬ／Ｄはチユーブダイ入口部
71からチユーブダイ出口73迄の長さとチユーブダイ出口
73のアウターダイ６の内径との比である。またＳ_１／Ｓ
_２は 0.5ないし 3.0の範囲であればとくに問題ないが、
Ｓ_２／Ｓ_３の比が 1.0未満では溶融樹脂が完全に融着さ
れず、一方 3.0を越えると樹脂圧が過大になり、チユー
ブ状フイルムの押出成形が困難となる。

チユーブダイの流路は前述の如く、基本的にはチユーブ
ダイ出口に向つて流路面積が狭くなる。すなわちテーパ
ーダイであるが、チユーブダイ先端部74は流路面積が変
化しない、いわゆるストレートであることが、寸法精度
を高度に保持することができるので好ましい。尚、スト
レート部は通常Ｌ／Ｄが５ないし10程度である。

マンドレル５の先端５１はアウダーダイ６より外部に出
ている方が、押出された溶融樹脂の蛇行が矯正されるの
で好ましい。スクリユー３の内部及びチユーブダイのマ
ンドレル５の内部にはチユーブダイから押出されたチユ
ーブ状フイルムの内部に内圧をかけるための気体流通路
８が延在してなる。

本発明の超高分子量ポリエチレンのインフレーシヨンフ
イルムの製造装置は前記構成を具備することが特徴であ
りチユーブダイの下流側にはチユーブダイから押出され
たチユーブ状のフイルム９を気体流通路８を通して空気
等の気体により膨比1.1 〜20倍に膨張させた厚さ10〜10
00μｍのインフレーシヨンフイルムを冷却するための冷
却リング31で冷却した後のフイルムを折り畳んだ後引取
る安定板32、ピンチロール33、引取機（図示せず）等、
公知のインフレーシヨンフイルム成形機が具備する装置
を有する。

〔発明の効果〕

本発明の超高分子量ポリエチレンからなるインフレーシ
ヨンフイルムは従来の加圧プレス法により得られるフイ
ルム、あるいはロツド等を薄く引き剥がしたスカイブド
フイルムに比べて生産性が高いばかりでなく、従来の特
徴である自己潤滑性、耐摩耗性、耐薬品性を有してお
り、更に機械的性質、例えばＴＳ−Ｍが 800kg／cm²以
上、ＴＳ−Ｔが 700kg／cm²以上、衝撃強度が5000kg・c
m／cm以上、透湿係数が0.45ｇ・mm／m²・24hrs 未満及
び130 ℃での収縮率（横方向）が10％以上といつた優れ
た特性をも具備している。本発明の超高分子量ポリエチ
レンインフレーシヨンフイルムはかかる特徴を活かして
カセツトテープライナー、シユート、サイロ、ホツパー
等の搬送ラインのライニング材、ロール、パイプ、鋼管
等の被覆用収縮フイルム、低温保存用バツク、食品包装
用等包装フイルム、あるいは包装用バツク、さらには、
本インフレーシヨンフイルムをスリツトして包装用テー
プ、あるいは高強度延伸糸用等種々の分野に好適に用い
ることができる。

又、本発明の方法及び装置により、従来その製造が困難
であつた上記特性を有する超高分子量ポリエチレンのイ
ンフレーシヨンフイルムを安定して製造することができ
る。

〔実施例〕

次に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本
発明はその要旨を越えない限りこれらの例に何ら制約さ
れるものではない。

実施例１第１図に示すインフレーシヨンフイルムの製造装置にお
いて、以下の仕様による装置を用いて超高分子量ポリエ
チレン製インフレーシヨンフイルムを製造した。

スクリユー外径30mmφ、スクリユー有効長さ（Ｌ／Ｄ）
34、フライトピツチ20mm一定、スクリユー圧縮比 1.8、
アダプター長さ 200mm、チユーブダイ長さ 550mm、チユ
ーブダイ長さ（Ｌ／Ｄ）25、ダイ出口アウターダイ内径
22mmφ、ダイ出口マンドレル外径18mmφ、Ｓ_１／Ｓ_２＝
1.40、Ｓ_２／Ｓ_３＝1.57、スクリユー内部及びチユーブ
ダイマンドレル内部に延在してなる６mmφの気体流通
路、冷却リング内径66mm、安定板、ピンチロール及び製
品巻取機を具備。超高分子量ポリエチレン〔η〕：16.5
dl／ｇ、ＭＦＲ：0.01ｇ／10min 未満、融点： 136℃及
び嵩密度：0.45ｇ／cm³の粉末樹脂（商品名ハイゼツク
スミリオン 240Ｍ、三井石油化学工業(株)製）を用い、
押出機、アダプター（ＡＤ）、ダイ基部（Ｄ_１）及びダ
イ端部（Ｄ_２）の設定温度を各々 280℃、 270℃、 180
℃及び150 ℃にし、スクリユー回転数を15rpm に設定
し、ピンチロールで1.2m／min の速度で引取りながら、
スクリユー内部及びチユーブダイのマンドレル内部に延
在してなる６mmφの気体流通路から圧搾空気を吹き込ん
でチユーブを冷却リング内径66mmφに接触する大きさに
膨らませて（膨比＝３）折り幅 104mm、厚み 200μｍか
らなる超高分子量ポリエチレン製インフレーシヨンフイ
ルムを製造した。

実施例２スクリユー外径20mmφ、スクリユー有効長さ（Ｌ／Ｄ）
22、フライトピツチ12mm一定、スクリユー圧縮比 1.8、
アダプター長さ90mm、チユーブダイ長さ 240mm、チユー
ブダイ長さ（Ｌ／Ｄ）40、ダイ出口アウターダイ内径６
mmφ、ダイ出口マンドレル外径５mmφ、Ｓ_１／Ｓ_２＝
1.52 、Ｓ_２／Ｓ_３＝1.17、スクリユー内部及びチユー
ブダイのマンドレル内部に延在してなる 2.5mmφの気体
流通路、冷却リング内径20mm、安定板、ピンチロール及
び製品巻取機を具備している装置で、実施例１と同じ粉
末樹脂を用い、押出機、アダプター（ＡＤ）、ダイ基部
（Ｄ_１）、及びダイ端部（Ｄ_２）の設定温度を各々 290
℃、 290℃、 170℃及び 150℃にし、スクリユー回転数
を13rpm に設定し、ピンチロールで 0.6ｍ／min の速度
で引取りながらスクリユー及びマンドレルの内部に延在
してなる 2.5mmφの気体流通路から圧搾空気を吹き込ん
で、チユーブを冷却リング内径20mmφに接触する大きさ
に膨らませて（膨比＝ 3.3）折り幅31mm、厚み75μｍか
らなる超高分子量ポリエチレンインフレーシヨンフイル
ムを製造した。

比較例１膨比を 1.0にした以外は実施例２の条件で、厚み 260μ
ｍの超高分子量ポリエチレン製フイルムを製造した。

実施例３膨比を 1.2にした以外は実施例２の条件で、厚み 200μ
ｍの超高分子量ポリエチレン製フイルムを製造した。

実施例４ピンチロールで2.0m／min の速度で引取りながら、冷却
リング内径 220mmφを用い膨比を10倍にした以外は実施
例１の条件で、厚み20μｍの超高分子量ポリエチレン製
フイルムを製造した。

比較例２市販の〔η〕： 3.5dl／ｇ、ＭＦＲ＝0.03、密度：0.95
0 ｇ／cm³からなる厚み20μｍの高密度ポリエチレンフ
イルムを比較例とした。次いでこれらの該フイルム物性
を以下の方法で評価した。結果を第１表に示す。

引張試験：試験片形状 JIS K 6781 チヤツク間：86mm 引張速度： 200mm／min 温度：23℃ これらの条件下で破断点抗張力（ＴＳ：kg／cm²）を求
めた。

衝撃強度：東洋精機製フイルムインパクトテスター容量：30kg・cm 衝撃頭球面：１インチφ を用いて破壊強度（kg・cm／cm）を求めた。

引裂強度：東洋精機製エルメンドルフ引裂試験機を用い
て引裂強度（kg／cm）求めた。

熱収縮率：130 ℃エアーオーブンにて１時間加熱後、23
℃にて24時間経過後の収縮率を求めた。

透湿係数：JIS Z 0208に準拠し、温度40℃、湿度90％の
条件下で透湿度（ｇ／m²・24hrs）を求め、１／厚さ(m
m)で除去して、透湿係数（ｇ・mm／m²・24hrs）を求め
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるインフレーシヨンフイルム成形
装置の正面断面図を表わす。１……押出機、５……マンドレル７……ダイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】極限粘度［η］が５ｄｌ／ｇ以上の超高分
子量ポリエチレンからなり、且つ、破断点抗張力の縦方
向が８００ｋｇ／ｃｍ^２以上、横方向が７００ｋｇ／ｃ
ｍ^２以上、衝撃強度が５０００ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ以上、
透湿係数が０．４５ｇ・ｍｍ／ｍ^２・２４ｈｒｓ未満及
び１３０℃での収縮率（横方向）が１０％以上で、且つ
厚さが１０〜１０００μｍの範囲であることを特徴とす
るインフレーションフィルム。
【請求項２】極限粘度［η］が５ｄｌ／ｇ以上の超高分
子量ポリエチレンをスクリュー押出機で溶融し、次いで
マンドレルがスクリューの回転に伴って回転する少なく
ともＬ／Ｄが５のチューブダイから押出した後、溶融状
態のチューブ状フィルムの内部に気体を吹き込んで膨比
１．１〜２０倍に膨張させて冷却しフィルムとなすこと
を特徴とするインフレーションフィルムの製法。
【請求項３】押出機側から、溝付シリンダーと圧縮比が
１ないし２．５の範囲であるスクリューからなる押出
機、スクリュー先端に連結されスクリューの回転と共に
回転するマンドレル及びアウターダイとからなる少なく
ともＬ／Ｄが５、チューブダイ入口部の断面積Ｓ_１とチ
ューブダイ中間部の断面積Ｓ_２との比（Ｓ_１／Ｓ_２）が
０．５ないし３．０の範囲、及びチューブダイ中間部の
断面積Ｓ_２とチューブダイ出口の樹脂流路の断面積Ｓ_３
との比（Ｓ_２／Ｓ_３）が１．０ないし３．０の範囲にあ
るチューブダイ、スクリューの内部及びチューブダイの
マンドレルの内部に延在してなる気体流通路とを具備し
てなることを特徴とするインフレーションフィルム製造
用の装置。