JPS5913964B2 - 高密度ポリエチレン樹脂のインフレ−シヨンフイルム成形法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空冷インフレーション法による高密度ポリエ
チレン樹脂の薄肉管状フィルムの製造法の改良に係わり
、特に、しわ、弛み、折径変動等１５のない高品質の薄
肉フィルムを高速度で成形できる方法を提供せんとする
ものである。

従来より、高密度ポリエチレンからインフレーション法
により成形されたフィルムが、包装用、農業用等に広く
使用されているが、次第に薄肉であつて、かつ２０縦・
横の強度のバランスのとれた良質のフィルムが要望され
、また、かゝるフィルムを高速度で生産する方法の提供
が望まれている。かゝる産業上の課題を解決せんとする
方法が既に幾つか提案されているが、それらの方法によ
れば製品フィルム２５の品質を向上させようとすれば生
産能率が低下し易く、また逆に生産能率を高めようとす
れば製品フィルムの品質低下を伴ない易く、真に改良さ
れた方法は未だ確立されていない。縦・横の強度がバラ
ンスされた良質の薄肉フィルムを製造するに３０は、ダ
イスから吐出された溶融樹脂管をその引取り方向に延伸
すると共に引取り方向と直角な方向にも延伸することが
有効であることが知られており、その方法として樹脂の
押出速度以上の速度で溶融樹脂管を引取ると共に、吐出
された溶融樹脂３５管をガス内圧により膨脹させること
が行なわれている。また、吐出された溶融樹脂管を冷却
固化させる方法としては、ダイス上部に溶融樹脂管をと
り囲むリングを設置し、リングに設けられた小孔又はス
リツトから室温の空気を吹き付ける方法が採用されてい
る。吐出された溶融樹脂管は延伸されつ＼引取り方向に
移動しながら空冷により次第に温度が低下し、横方向に
延伸されるに適する温度に至つたとき膨脹が始まる。そ
して引きとり機に到達する迄の間に充分に自然冷却され
て固体のフイルムとして巻きとられる。かように縦・横
に延伸された良質の薄肉フイルムを高速度で連続的に製
造するには、用いる樹脂に好ましい物性、特に冷却過程
の樹脂温における好ましい溶融粘弾性が必要であり、充
分な適性を有する原料樹脂を用いると共に、更に精密な
成形条件を設定することが欠かせない要件である。通常
、原料樹脂が指定されると、目的とする設定された製品
フ５イルムの性能を勘案して、試行実験の結果に基いて
最適成形条件が定められる。成形条件としては、樹脂の
押出速度、ダイス部の樹脂温、空冷リングの位置、冷却
空気量及び空気吹付け方向、引取り速度、膨脹比、フロ
ストラインの高さ等が重要なものとして挙げられる。こ
れら成形条件を適宜組合せて設定することにより、製品
フイルムの性能が定められる他、ダイスから吐出された
溶融樹脂管が引きとられる迄の形状も決定される。その
形状としては、ダイス面直上部から膨脹した型（第１型
）、ダイスから吐出された後次第に管径が縮小し、径が
最小となつたくびれに続いて膨脹する型（第型）及び上
記第１型と第型の中間的な型（第型）に大別される。薄
肉フイルムを高速度で成形し、しかも強度の高い良質の
ものを品質の変動を伴なわずに安定に製造するには、上
記第Ｈ型による成形法が最も好ましいが、この第型によ
る成形法は、ダイスから吐出された溶融樹脂管が冷却さ
れて引きとり機に到達する迄の間において揺れ易く、そ
れに起因してフイルム品質が安定し難いという別の欠点
を有する。

これを解決する目的で特開４９−６１２５２号公報に記
載の方法が提案されている。しかし、特開昭４９−６１
２５２号公報に記載の方法によつて高速度で薄肉フイル
ムを成形せんとするとぎは、引きとり機の直前にある案
内板の影響を受けて膨脹開始部において既に断面が真円
状には膨脹し難く、そのためにフイルムに弛みを生じ引
きとり機で折りた＼まれる際にしわ、弛み、折径変動等
を生じ易いという欠点を有する。本発明者らは、上記第
型によるインフレーシヨン成形法を改良すべく種々と研
究を重ねた結果、この第Ｈ型の形状を維持させて成形す
るとき得られたフイルムにしわ、弛み、折径変動等が起
るのは、くびれに引き続く膨脹開始の際に横断面真円状
に膨脹が起らないことに原因することをつきとめると共
に、このくびれを起させないようにくびれが起る前にダ
イスのリツプ径より大きい径を有する金属製中空マンド
レルに溶融樹脂管を接触させることにより径が自然収縮
した溶融樹脂管を拡径させ、該マンドレル上においてガ
ス内圧により膨脹を開始させると、くびれが生起せずに
横断面真円状に膨脹が起つて、しわ、弛み、折径変動等
のない高品質薄肉フイルムを能率よく成形できることを
見出した。

本発明の目的は、ダイスから連続的に押出された高密度
ポリエチレンの溶融樹脂管に管径の自然収縮を起させた
後ガス内圧により膨脹させることによるインフレーシヨ
ンフイルムの成形法において、横断面真円状の膨脹を起
させることにより、しわ、弛み、折径変動等のない薄肉
の高密度ポリエチレンフイルムを高速度で製造できるイ
ンフレーシヨンフイルム成形法を提供することにある。
本発明の高密度ポリエチレン樹脂のインフレーシヨンフ
，イルム成形法は、高密度ポリエチレン樹脂をダイスか
ら連続的に溶融管状に押出し、外部から空冷しながら上
昇させ、管径の自然収縮を起させた後ガス内圧により膨
脹させ、冷却固化された管状フイルムを案内板を介して
引き取ることによる高密度ポリエチレン樹脂のインフレ
ーシヨンフイルム成形法において、前記ダイスの中央上
面に立設固定され、かつ、前記ダイスのリツプ径に対し
１．０１〜１．２倍の径と充分な長さを有しかつ表面が
粗面化された金属製中空円筒部を有するマンドレルの該
円筒部表面に前記管径の自然収縮が起つた溶融樹脂管を
くびれが起る前に接触させ、ガス内圧による溶融樹脂管
の膨脹を上記円筒表面上において開始させ、膨脹比３〜
５に膨脹させると共に引き取り方向延伸倍率４〜７０で
引き取ることを特徴とする。

本発明の成形法に供される高密度ポリエチレン樹脂は、
通常の中低圧重合法により製造され、市販品として容易
に入手し得る。

好ましいものとしてはメルトストレングスが５９以上、
特に６〜８９程度のものである。上記メルトストレング
スの値は、直径１ｍｍ長さ５ｍ７７！を有するノズルか
ら１９０℃の溶融高密度ポリエチレン樹脂を１０．０Ｃ
ｒｒＬ／分で押出し、６。３ｍ／分で引き取る条件で測
定される値である。

上記高密度ポリエチレン樹脂を用いて、溶融押出機先端
に取り付けたダイスから連続的に高密度ポリエチレン樹
脂を溶融管状に押出し、空冷リングを用いて外部から適
当な高さで膨脹が始まるように空冷しながら上昇させ、
案内板を介して高速度で引き取ると共にガス内圧により
膨脹させると前記せる如く第型の形状に維持されて薄肉
フイルムが形成される。

この第型の形状は添付図面第１図に代表的に示されてい
る。第１図は、ダイス１のリツプ２から吐出された溶融
樹脂管が空冷リング４により冷却され、延伸されながら
引き取られ細長い自然収縮部分７が形成され、管径が最
小となつたくびれ１１に引き続きガス導通孔３から導通
されたガス内圧によつて膨脹が始まり、膨脹部８が形成
されていることを示す。この第型の形状、特に管径が次
第に細まりくびれが生じた後膨らむ形状が形成されるの
は、ダイスリツプから吐出された溶融樹脂管が膨脹する
前に高速度で引き取られるためにその方向に延伸が起り
、これによつて溶融樹脂管にフープストレスが生じ、こ
のストレスが緩和されるように管径の自然収縮が起るこ
とによるものである。従つてくびれが生起している部位
は、溶融樹脂管の横断面形状が真円となりにくく最も歪
な形状になり易い部位である。本発明の成形法は、この
くびれが生起する部位からその下適当な長さにわたる溶
融樹脂管の部分を、ダイスのリツプ径より大きい径を有
する特定のマンドレルと接触させて拡径し、マンドレル
の表面を摺動するように上昇させることによつてくびれ
の生起を回避し、不良成形となる原因を解消して成形す
ることを特徴とするものである。本発明の成形法に用い
られるマンドレルは、添付図面第２図に例示されている
。

同図は、ダイス１の中央上面にダイスの軸心と同心する
ように垂直に立設固定された細い円柱状支持棒５に、金
属製中空円筒６が、その下端に一体となつて連結された
ねじ嵌合部１２によつて上記支持棒５上のねじ１０と嵌
合し上下方向適当な位置に固定された状態のマンドレル
を示すと共に、ダイスのリツプ２から吐出され管径の自
然収縮が起つている溶融樹脂管７が、くびれの生ずる前
において上記マンドレルの中空円筒６の表面に接触し、
該表面を摺動しながら上昇し、次いでガス内圧により上
記円筒６の表面上において膨脹が始まり、膨脹されたフ
イルム８が形成される本発明の成形法も例示している。
上記支持棒５は、その下端部周面にねじが設けてあり、
これをダイス中央の凹部に設けられたねじと嵌合させる
ことによりダイス１に固定される。また、上記支持棒５
には、その下端から上端へ通する開口貫通孔１３が設け
てあり、膨脹のための空気はこの孔を通つて上端開口か
ら出るようになつている。更に上記支持棒５には、これ
に固定される上記円筒６の下方となる位置に、上記貫通
孔１３に連通し支持棒５の表面に開口するガス導通孔１
４が設けてあり、上記貫通孔１３に流入する空気の一部
はこの孔から出て、溶融樹脂管７が外圧によつて変形す
るのを防ぐ構造となつている。また、上記円筒６の下端
部角には丸みが設けられ、これに接触する溶融樹脂管７
が円滑に接触摺動できる構造となつている。本発明に用
いられるマンドレルは、これに接触する溶融樹脂管のゆ
れが起らないようにダイスに固定され、その下部は、径
の自然収縮を起した溶融樹脂管が接触しないように充分
に細い構造となつており、かつ、マンドレルの円筒部は
、溶融樹脂管の傾斜を回避できるようにダイスリツプの
軸心と同心するようにダイス面に垂直に配設される。

上記マンドレルの円筒部は、径の自然収縮が起つた溶融
樹脂管を拡径させて接触させながら上昇させ、該円筒部
表面上で膨脹の開始を起させるためのものであるから、
ダイスのリツプ径より大きい径と充分な長さを必要とす
る。上記接触拡径によつて溶融樹脂管には緊締力が生じ
るが、溶融樹脂管が円筒部表面を上方へ接触摺動する間
に、その横断面が真円となるように成形されると共に、
緊締力が溶融樹脂管の周りに一様に働き、やがて円筒部
表面上において膨脹が始まるときに、上記一様に保持さ
れた緊締力は案内板による偏平化の作用力にも打ち勝つ
て横断面真円状の膨脹を起させる。しかし、上記円筒部
の径が過大となると、作用する緊締力も過大となり、溶
融樹脂管の膨脹開始部においてしばしば溶融樹脂管の切
断が起つたり、引き取りに対する抵抗力の原因ともなる
ので適当な径が必要である。勿論、上記円筒部の径が小
さ過ぎると緊締力が不足し充分な効果を発揮しない。か
くして円筒部の径としては、ダイスのリツプ径に対し１
．０１〜１．２倍の径が適当であり、特に１．０１〜１
．１０倍が好ましい。溶融樹脂管が円筒部表面に接触摺
動して上昇する間に上記溶融樹脂管の横断面真円状の成
形と緊締力の一様化が達成されるように、上記円筒部に
は溶融樹脂管の膨脹開始部から下方へ充分な長さを与え
なければならない。しかし長過ぎると溶融樹脂管の接触
面積が増大し、引き取りに対し抵抗力を増大きせる原因
になる他、製品フイルムの強度低下も招来する。かくし
て円筒部の長さは、ダイスのリツプ径の１，５〜３倍が
好ましい。円筒部を配設すべきダイス面からの高さは、
マンドレルを使用しないときにくびれが起る近辺である
が、円筒部表面上で膨脹が始まる位置から円筒の上端ま
での長さがダイスリツプ径の約０．１〜０．８倍程度と
なるように円筒部を設置するのが好ましい。本発明に用
いられるマンドレルの円筒部は、金属製中空体であつて
、その表面が粗面化されたものである。

円筒部は前記の如く、緊締力を有する溶融樹脂管が接触
摺動するから、非変形性、耐久性、耐磨耗性を要し、製
作加工も容易である金属製が好ましい。更に金属製とす
ることによつて、接触する溶融樹脂と円筒部との温度の
バランスが容易に達成される。しかし熱容量が大きいと
溶融樹脂管からの吸熱を容易にするから、円筒部はそれ
を防ぐために中空体であるのが好ましく、更にその表面
を一様な粗面とすることによつて、溶融樹脂管の粘着と
急激な吸熱を防ぐことができ、接触する溶融樹脂管と円
筒部との温度バランスを一層良好に保ちながら溶融樹脂
管の円筒部表面上の接触摺動を円滑に行なわせることが
できる。円筒部表面の粗面化は、例えば、円筒部の表面
に一様に尖つたねじ山が形成されるように溝を刻み込む
ことによつて容易に行ない得る。本発明の成形法は、ダ
イスから押出された管径の自然収縮が起つている溶融樹
脂管を、くびれが起る前に上記マンドレルの円筒部表面
に接触させ、円筒部表面を摺動させながら上昇させ、次
いでガス内圧により溶融樹脂管の膨脹を上記円筒表面上
において開始させ、膨脹比３−！−５に膨脹させると共
に引き取り方向延伸倍率４〜７０で引き取ることを特徴
とする。

通常ダイス部樹脂温は１９０〜２３０℃であり、ダイス
から押出された溶融樹脂管は空冷リングからの冷空気に
よつて冷却され、膨脹開始温度にまで冷却されたとき膨
脹が始まる。前記の如く本発明によれば、膨脹の開始は
マンドレルの円筒部表面上において起り、その横断面は
真円状である。縦方向及び横方向の強度バランスのよい
フイルムを得るには、膨脹比３〜５、引き取り方向４〜
７０となるように引き取り速度と膨脹のためのガス内圧
が調節される。通常、上記成形方法によると、ダイス面
から膨脹開始部までの高さは、ダイスのリツプ径の３〜
１０倍に相当する長さである。上記膨脹比に膨脹後、溶
融樹脂管は更に冷却が進み、やがてフロストラインが現
れる。次いで、完全に冷却固化された膨脹管状フイルム
は、案内板に挟まれ折りた＼まれながら引き取り機によ
つて引き取られる。上記膨脹比は、ダイスリツプの径に
対する膨脹後の管の径の比によつて表わされ、また、引
き取り方向延伸倍率は、溶融樹脂の押出線速度に対する
引き取り線速度の比で表わされ、製品フイルムの強度バ
ランスを設定するための重要な因子である。本発明は、
前記の如く一担溶融樹脂の管径が自然収縮した後、ダイ
スリツプの径よりも大きい径にまでマンドレルの円筒部
で拡径させ、溶融樹脂管に一様な緊締力を保持させた状
態で膨脹と延伸をさせることによつて強度バランスの良
好なフイルムをしわ、弛み、折り径変動なく成形させる
ものである。本発明の成形法によれば、折径５００ｍ１
Ｌ以上の広巾であつて厚み５〜１５μ程度の薄肉管状フ
イルムを４０〜１００ｍ／分或はそれ以上の高い弓き取
り速度で容易に成形することができ、縦・横の強度がバ
ランスし、かつ、引裂強度、衝撃強度等にも優れ、折径
変動も少ない上、特にしわ、弛み等のない平滑な高品質
のフイルムが品質の安定性よく高速度で生産される。

以下、更に詳しく本発明の方法によりフイルムを製造し
た実施例を示すが、本発明の技術的範囲はこれに限定さ
れるものではない。

実施例 ダイスのリツプ径１００ｍＴＩＬ１リツプクリアランス
１．０詣のダイスを押出機に取り付けた。

別途、ダイスの中心軸に同心するように、かつ垂直に径
１６ｍ７！Ｌ１長さ８００１ｍの丸鋼棒をダイスにとり
つけた。この丸鋼棒には、下端から上端にわたつて、そ
の軸心部に開口貫通孔が設けてあり、更に下端から１０
０ｍ７７！のところにも上記貫通孔と棒表面に開口連通
する孔が設けてある。更にこの丸鋼棒には周りにねじ溝
が設けてある。別途、径１０２ｍ７７！長さ２００ｍ７
ｆＬの鋼製中空円筒を、その下端に設けたねじ嵌合部と
上記丸鋼棒表面のねじ溝を嵌合させることによつて上記
丸鋼棒に、ダイス面から円筒下端までの距離が５００７
Ｆ！ｍとなる部位にとり付けた。上記円筒には、その表
面に一様に尖つたねじ山が形成されるように溝が刻んで
ある。かくして、ダイスにマンドレルをとり付けた装置
を用意した後、メルトインデツクス０．０７の高密度ポ
リエチレンを、ダイス部樹脂温２１０℃、押出速度４４
ｋｇ／時で管状に押出し、上記マンドレルに接触させた
後６０ｍ／分の速度で引き取ると共に、空冷リングによ
り冷却しながら膨脹比４．０で膨脹させたところ、ダイ
ス面から６７０１Ｌ７！Ｌのところの円筒面上で膨脹が
起つた。

膨脹した冷却管状フイルムを連続的に案内板を介して巻
き取つたが、運転中には樹脂管の揺れが殆んどなく、長
時間連続運転を実施できた。フイルムには弛みが生ぜず
、製品フイルムにはしわもみられなかつた。製品フイル
ムの厚みは１０μであり、厚みむら、折径の変動は殆ん
どみられなかつた。この製品フイルムは縦方向及び横方
向の引張り強さが各５２４ｋｇ／ＣｆＬ及び、４６１ｋ
ｇ／ｄであり、エレメンドルフ縦引裂強度及び同横引裂
強度が各９．４ｋｇ／ＣｒｌＬ及び２５．７１＜ｇ／Ｃ
ｍであつた。また衝撃強度は、ＡＳＴＭＤ−１７０９法
で測定したところ７．２ｋｇ・αであつた。また比較例
として、上記実施例に用いた円筒をとりはずした他は全
く同様にして運転したが、樹脂管は大揺れすることはな
いが、やはり製品フイルムにしわがみられ、折径の変動
がみられた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の方法で成形される場合に、ダイスから
吐出された溶融樹脂管にくびれが生じた後膨脹すること
による成形法を示す要部の縦断面である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高密度ポリエチレン樹脂をダイスから連続的に溶融
   管状に押出し、外部から空冷しながら上昇させ、管径の
   自然収縮を起させた後ガス内圧により膨脹させ、冷却固
   化された管状フィルムを案内板を介して引き取ることに
   よる高密度ポリエチレン樹脂のインフレーションフィル
   ム成形法において、前記ダイスの中央上面に立設固定さ
   れ、かつ、前記ダイスのリップ径に対し１．０１〜１．
   ２倍の径と充分な長さを有しかつ表面が粗面化された金
   属製中空円筒部を有するマンドレルの該円筒部表面に、
   前記管径の自然収縮が起つた溶融樹脂管をくびれが起る
   前に接触させ、溶融樹脂管のガス内圧による膨脹を上記
   円筒部表面上において開始させ、膨脹比３〜５に膨脹さ
   せると共に引き取り方向延伸倍率４〜７０で引き取るこ
   とを特徴とする高密度ポリエチレン樹脂のインフレーシ
   ョンフィルム成形法。