CN102205634B - 同时双轴拉伸膜的制造方法 - Google Patents
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Abstract
极力抑制以同时双轴拉伸法中成为问题的应力衰变为起因的厚度不均的扩大，得到均匀且具有优异品质稳定性的同时双轴拉伸膜。在将未拉伸膜的两端用多个夹子夹持，通过向纵向和横向同时进行双轴拉伸的拉幅法同时双轴拉伸法将膜拉伸时，对于以夹子间距离表示的纵向拉伸倍率而言，使在拉伸过程的任意时刻中，夹子不夹持膜而自由移动时的纵向拉伸倍率轨迹与夹持膜而拉伸移动时的纵向拉伸倍率轨迹的差为最大拉伸倍率的5％以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时双轴拉伸膜的制造方法，尤其是可以制造可抑制起因于拉伸不匀的物性不匀的高品质同时双轴拉伸膜的制造方法。更详细而言，涉及通过抑制同时双轴拉伸工序中起因于应力衰变而产生的应力变形平衡的崩溃，可以制造具有物性均匀性尤其是机械特性、热尺寸稳定性、光学特性优异的品质、性能的同时双轴拉伸膜的制造方法。
背景技术
通常，在双轴拉伸聚酰胺膜等的双轴拉伸膜的制造中，采用如下方法：通过以挤出工序将实质上无取向的未拉伸膜成型、以拉伸工序向纵向和横向的双轴拉伸，而得到充分地进行了分子取向的高强度的双轴取向膜的方法。双轴拉伸方法中有在向膜的纵向(长度方向)纵向拉伸后继续向膜的横向(宽度方向)横向拉伸的逐次双轴拉伸法，和向纵向、横向同时拉伸的同时双轴拉伸法。同时双轴拉伸法与逐次双轴拉伸法相比虽然有能得到面方向的取向平衡均匀的膜的优点，但是必须要物理性复杂的拉伸机构。即，用沿着膜的纵向而多个配置的移动式的夹子夹持未拉伸膜横向的两端，通过利用拉伸机构扩大沿着膜纵向的夹子彼此的间隔来进行纵向拉伸，通过利用拉伸机构扩大膜横向的两端的夹子彼此的间隔来进行横向拉伸。为了扩大这样的夹子彼此的间隔，特别需要在夹持未拉伸膜的端部的状态下能够加速控制以机械或电来驱动的夹子的移动速度的复杂的拉伸机构。因此，在拉伸工序中使之均匀地拉伸变形是很难的。
一直以来，通过研究同时双轴拉伸法中纵向拉伸倍率的轨迹，来探讨实现拉伸工序中变形行为的均匀化。纵向拉伸倍率轨迹是指，与拉伸工序的进行相伴的纵向拉伸倍率的变化，尤其是指用线图来表示其变化的模式。例如，作为要抑制变形行为均匀化的阻碍因素的弓弯(bowing)现象的方法，有一边对纵向进行松弛处理一边对横向拉伸的方法(专利文献1)。或者使纵向拉伸倍率轨迹比横向拉伸倍率轨迹先行的方法(专利文献2)，进而有抑制起因于纵向拉伸倍率轨迹的变形的应力下降的方法(专利文献3)等。
换言之，拉伸倍率轨迹是从拉伸开始点至最大拉伸倍率到达点的拉伸倍率变化，可以定义为例如用图等表示其变化的概念。一般而言，纵向拉伸倍率有如下表示方式：(1)以两个夹子与夹子的直线距离来表示、(2)以将该夹子的间距在纵向(膜走向)投影的距离来表示。
其中，尤其是若不能精巧地控制(1)中以夹子间直线距离表示的纵向拉伸倍率轨迹，则存在产生起因于应力衰变的拉伸不匀而扩大拉伸膜的厚度不匀的问题。
在该拉伸工序中产生的拉伸不匀，如上所述首先表现为厚度不匀，并且导致由于分子取向不同所致的膜物性的不匀。该物性的不匀即使与膜生产工序的弊病无直接关系，在将双轴拉伸膜作为制品时也会成为问题。例如，将膜用于包装用途的情况下，必须要膜制品的印刷层压加工、制袋充填加工这样的加工工序，而在这些加工工序中会发生印刷间距错位、弯曲行进、密封不良、制袋不匀等麻烦，或导致基于此的膜加工制品的品质恶化。这种品质恶化的膜，尤其是在被要求物性平衡的膜用途中，不能作为整幅具有同一物性的被拉伸膜而进行制品操作。
专利文献
专利文献1：日本特开2000-309051号公报
专利文献2：日本特开2002-370278号公报
专利文献3：日本特开2009-113391号公报
发明内容
本发明的目的在于提供可以极力抑制以上述同时双轴拉伸法中成为问题的应力衰变为起因的厚度不匀的扩大，得到均匀且具有优异品质稳定性的同时双轴拉伸膜的制造方法。
本发明人为解决上述课题，对于机械性面倍率变形轨迹和实际的聚酰胺膜的拉伸变形、应力行为进行了解析，完成了本发明。
即，本发明如下所述。
(i)一种同时双轴拉伸膜的制造方法，其特征在于，在将未拉伸膜横向的两端用多个夹子夹持，通过向纵向和横向同时进行双轴拉伸的拉幅法同时双轴拉伸法将膜拉伸时，对于以夹子间距离表示的纵向拉伸倍率而言，使在拉伸过程的任意时刻中，夹子不夹持膜而自由移动时的纵向拉伸倍率轨迹与夹持膜而拉伸移动时的纵向拉伸倍率轨迹的差为最大拉伸倍率的5％以下。
(ii)根据(i)所述的同时双轴拉伸膜的制造方法，其特征在于，使纵向拉伸倍率轨迹比横向拉伸倍率轨迹先行。
(iii)根据(i)或(ii)所述的同时双轴拉伸膜的制造方法，其特征在于，同时双轴拉伸的纵向拉伸倍率是2.5倍～4.5倍，且纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率的比率是0.5～1.5。
(iv)根据(i)～(iii)中任一项所述的同时双轴拉伸膜的制造方法，其特征在于，使用以线性电动机方式驱动的拉幅法同时双轴拉伸机。
根据本发明，可以极力抑制起因于同时双轴拉伸法中成为问题的应力衰变的厚度不匀的扩大，生产均匀且具有优异品质稳定性的同时双轴拉伸膜。
附图说明
图1是表示拉伸应力成分及向量合成应力与其倾斜度的关系的说明图。
图2是表示实施例及比较例中使用的纵向拉伸倍率轨迹的概要图。
下面对于本发明进行详细地说明。
本发明中最重要的是：将未拉伸膜的宽度方向(横向)的两端用多个夹子夹持，在向纵向、横向同时进行双轴拉伸的拉幅法同时双轴拉伸方法中，对于用夹子间距表示的纵向拉伸倍率而言，使在任意的时刻中，夹子不夹持膜而自由移动时的纵向拉伸倍率轨迹与夹持膜而拉伸移动时的纵向拉伸倍率轨迹的差为最大拉伸倍率的5％以下。进一步优选为2％以下。
本发明中所述拉伸倍率轨迹是指从拉伸开始点至最大拉伸倍率到达点的拉伸倍率变化，例如用图等表示这种变化。作为纵向拉伸倍率，有如下表示方式：(1)以相邻的夹子与夹子的直线距离来表示、(2)以将该夹子的间距在纵向(膜走向)投影的距离来表示。本发明中使用方式(1)，将其称为“用夹子间距来表示的纵向拉伸倍率”。
同时双轴拉伸是指向纵、横双轴方向同时用拉伸机构进行的拉伸。即，同时双轴拉伸是纵向拉伸和横向拉伸同时进行的拉伸的方法，作为纵向拉伸，是指逐渐扩大在向膜移动方向的右及左排列的、夹持膜端部而移动的夹子队列中相邻的夹子与夹子的间隔，而将膜向其移动的方向拉伸(加速)；作为横向拉伸，是指逐渐扩大向膜移动方向而右左相对的夹子的夹子间距，而向宽度方向拉伸。因此，机械性渐宽的纵向与横向的拉伸倍率变化对实际膜变形相互地影响。其理由是，若进行纵(或横)一轴方向的拉伸变形，则收缩应力作用于其直角方向的横(或纵)向。即，对膜面施加纵(或横)一轴方向的拉伸应力，则其直角方向的收缩应力加重，这些应力相互且同时地进行作用。
假设用夹子间距表示的纵向拉伸倍率的渐宽变化是在拉伸中途暂时停止再急加速、或急加速后暂时停止这种不确定的情况，则暂时停止时引起拉伸应力的下降。该应力下降成为纵向应力衰变的原因并且也同时波及到横向。因此，即使再返回纵向拉伸倍率，在拉伸区域，拉伸倍率停止前的拉伸应力与拉伸倍率再加速时的拉伸应力也平衡地存在。因为横向拉伸倍率已经在行进，所以在膜与膜相互拉长的拉伸区域中，面倍率不同的拉伸不匀应力平衡地存在。尤其是，若在膜中存在厚度不匀，则拉伸应力高厚的部分未到最大拉伸倍率，结果直接就通过了拉伸区域。因此，增加了被拉伸膜的厚度不匀扩大率。该现象尤其在聚酰胺膜中显著。
本发明所述的厚度不匀扩大率是指将单位长度未拉伸膜的厚度变动系数与其被拉伸后的拉伸膜的厚度变动系数进行比较的扩大倍率。变动系数是以对于标准偏差的平均值的比表示数据不均度的统计用语。
不夹持膜而自由移动中及夹持膜端部而拉伸移动中的实际夹子间距可通过下面的方法求出，即用数台照相机，对准夹子调好焦距，同期于拉伸机入口的夹子一个间距周期的传送时间而进行拍摄，用其影像解析来计量夹子间距与夹子的位置错位量。根据该方法，可以捕捉不确定的纵向拉伸倍率的变动(差)。
本发明中，在同时双轴拉伸的中途，不使其发生起因于纵向拉伸倍率轨迹的这种不确定的变动的应力下降是重要的。
该拉伸区域中的应力解析例如可以通过计量施加于夹子的膜拉伸应力来进行。图1表示施加于夹子的膜拉伸应力成分及向量合成应力与其倾斜度的关系。
在图1中，1是夹子、2是支持夹子1的支持部。支持部2沿着轨道3移动。4是纵方向、α是夹子1相对于纵方向4的行进移动角。因为可以实测施加于夹子1的走行移动的切线行进方向的应力FRD(反方向是-FRD)与施加于夹子1的走行移动的法线方向的应力FVD，所以可以由夹子1的走行移动角α计算纵向行进方向的应力成分FMD(反方向是-FMD)与横向的应力成分FTD，进而计算出其向量合成应力FCP与FCP的倾斜度φ。
本发明中，为不使该向量合成应力FCP下降，抑制纵向拉伸倍率轨迹的变动是重要的。
而且，实际的拉伸应力检测可如下实施：在将夹持膜端部的固定夹子的台座、或轨道移动轴承装置与夹子单元连接起来的机臂处例如设置应变计、压电元件等传感器来计算机解析该传感器信号。
同时双轴拉伸机中，例如日本特公昭51-33590号公报中所述的线性电动机式同时双轴拉伸装置中，单独地移动的夹子支持部被沿着轨道配设的多个线性电动机的固定感应器产生的移动磁场牵引而移动。在该移动磁场与安装于夹子支持部的永久磁石间，吸引力进行作用，从而与移动磁场同步移动。但是，在夹子夹持了膜端部的拉伸移动中，膜拉伸应力施加于夹子。因为对于该拉伸应力，通过移动磁场使夹子支持部产生与位置错位的错位量(位移量)对抗的反力这个原理，夹子进行位移而移动至其应力平衡位置。在拉伸前期夹子支持部向出口侧行进方向位移，在拉伸后期相反地向入口侧后退方向位移，从而夹子进行移动。该位移导致在逆转拐点用夹子间距表示的拉伸倍率进行不确定的变动。
接下来，机械式同时双轴拉伸机中，例如日本实公昭45-6785号公报所述的缩放仪式同时双轴拉伸机中，将无端连接链单元的无端链装置一边限制于左右一对的导轨，一边通过链轮齿驱动。拉长固定于链单元的夹子的夹子间距的纵向拉伸机构是通过逐渐缩窄该导轨的间隔而渐宽的机构。
该对无端链装置的驱动是通过利用入口侧链轮齿挤入，同时利用出口侧链轮齿拉伸来进行的。在利用该双驱动的链渐宽机构中，在中途存在挤入荷重、拉伸荷重都不作用的点(下面称为“中立点”)。
通常，在沿着轨道移动的夹子支持部与轨道之间有意地设计游隙(间隙)。因此，在该中立点，存在夹子可以在移动方向自由行动的移动幅。
中立点是：因挤入荷重，轨道中接触旋转的轴承暂时变为自由，接下来因拉伸荷重，在轨道的对抗面中接触旋转是移动的位置，即成为不被该轨道的任意一方接触限制的游离区间(齿隙)。
该夹子的间隙，根据施加于夹子的膜拉伸应力与其倾斜角，在其可动范围移动，引起用夹子间距表示的纵向拉伸倍率的不确定的变动。
若该间隙的移动幅较大，则夹子不夹持膜而自由移动时，中立点为一定纵向拉伸倍率轨迹也很稳定，但夹持膜而拉伸移动中，由于施加于夹子的膜拉伸应力的合力与倾斜度发生变化，中立点随意地大幅移动，且纵向拉伸倍率也暂时地变动。
在拉伸中途若发生纵向拉伸倍率的变动，则对拉伸区域的膜面整体的拉伸变形行为带来很大的不良影响。
为了不使纵向拉伸倍率轨迹不确定地变动，抑制上述的齿隙，如上所述，使在拉伸过程的任意时刻，夹子不夹持膜而自由移动时的纵向拉伸倍率轨迹与夹持膜拉伸移动时的纵向拉伸倍率轨迹的差为最大拉伸倍率的5％以下即可。
作为抑制方法，例如可举出如下的方法：在线性电动机式同时双轴拉伸装置中通过改变供给固定感应器的磁场线圈的交流频率，可以将各夹子支持部的移动速度进行个别加减速调整，因此，增加对各线性发动机驱动器的频率的修正，或提高对固定感应器的磁场线圈供给的励磁电压来强化磁力，从而修正纵向拉伸倍率轨迹的错位。
接下来，在机械式缩放仪式同时双轴拉伸机中，有将沿着轨道移动的夹子支持体与轨道的间隙变小的方法，但是因为若不具有适当的间隙，则会使链单元的寿命降低的原因，所以选择照顾到组装精度的适当的间隙是必要的。另外，可举出在入口侧与出口侧的链轮齿以及在中立点设置中间驱动装置，对此没有限制。
进而，本发明中，可以将不使纵向拉伸倍率轨迹不确定的变动的方法与使纵向拉伸倍率轨迹比横向拉伸倍率轨迹先行的弓弯对策相组合适用。若使纵向拉伸倍率轨迹比横向拉伸倍率轨迹先行，则意味着在拉伸过程的任意的时刻中，对应纵向拉伸的最大拉伸倍率的那个时刻的纵向拉伸倍率比对应横向拉伸最大倍率的那个时刻的横向拉伸倍率高。
另外，本发明中，同时双轴拉伸的纵向拉伸倍率是2.5倍～4.5倍，且优选纵向拉伸倍率与横向拉伸倍率的比率为0.5～1.5。上述范围是为给予充分的取向而实用化的同时双轴拉伸膜的双轴拉伸倍率范围，作为本发明的焦点，是可以显著地产生不使夹子不夹持膜而自由移动时的纵向拉伸倍率轨迹与夹持膜而移动时的纵向拉伸倍率轨迹的差下降到最大倍率5％以上的效果的范围，即，为使其均匀拉伸的效果的范围。在该倍率范围中，本发明是特别有用的。
与该纵向拉伸倍率轨迹相关的横向拉伸倍率轨迹(轨道)的曲线是没有特别限定的，可以用二次或三次函数、三角函数、弧和直线、曲线等的组合进行设定。
接下来，本发明的同时双轴拉伸可以使用收缩仪方式拉幅器、螺旋方式拉幅器、线性电动机方式拉幅器等进行。作为所述的方法的具体例，从通过控制可变频率驱动器可以任意控制纵向拉伸倍率的变化的灵活性出发，最优选用线性电动机单独地驱动每个夹子的拉幅器。若利用这种方式，则纵向拉伸倍率轨迹的修正调整是很容易的，有可以微妙地且自由地选定纵向拉伸倍率及轨迹的曲线的优点。
作为本发明的制造方法可以适用的树脂，可举出聚酰胺树脂、聚酯树脂等能够形成膜的任意树脂。其中，如上所述，本发明尤其在适用聚酰胺树脂的情况下效果显著。作为聚酰胺树脂，可举出尼龙6、尼龙66，此外还有尼龙11、尼龙12等单独的聚合物、这些物质的混合物、共聚物等。
在聚酰胺树脂中，可以使其含有众所周知的添加剂例如稳定剂、抗氧化剂、填充剂、润滑剂、抗静电剂、抗粘结剂、着色剂等。
实施例
下述表示本发明中使用的评价方法。
(1)厚度不匀扩大率
以在宽度方向5mm间距测定未拉伸膜的厚度。在长度方向每10m中测定10处未拉伸膜的厚度，根据全部数据求出变动系数，作为未拉伸膜的厚度变动系数CAD。然后，对于双轴拉伸后的膜而言，在宽度方向以[5×横向拉伸倍率×松弛率]mm间距测定其厚度，在长度方向每[10×纵向拉伸倍率×松弛率]m中测定10处其厚度，根据全部数据求出变动系数，作为拉伸膜的厚度变动系数CBO。
求出对于该CAD的CBO的倍率(CBO/CAD)，作为厚度不匀扩大率。而且，测定器使用安立公司制FILMTHICKNESSTESTER(KG601A)。
(2)方格拉伸倍率(面倍率)
一边在未拉伸膜整面中横纵向分别印刷10mm间距的方格，一边进行连续拉伸。求出双轴拉伸后的方格四边形的面积，计量符合各方格每个的膜实质拉伸倍率(面倍率)。长度方向上采取5m卷起膜的整幅，根据实质拉伸倍率的排列矩阵得到面倍率分布。在长度方向上每100m测定10处面倍率分布。由全部的面倍率数据求出变动系数。
接下来，根据实施例具体地说明本发明。
实施例1
利用宽度600mmT型模具将尼龙6树脂熔融挤出，在冷却辊上冷却固化为片状，形成厚度150μm的未拉伸聚酰胺膜，继续将其在50℃调温的温水槽中进行吸水处理。接下来，向线性电动机驱动的同时双轴拉伸拉幅器供给该膜，用夹子夹持两端，在190℃条件下进行同时双轴拉伸，拉至纵向拉伸倍率3.0倍、横向拉伸倍率3.3倍。而且此时，调整线性电动机驱动器的频率而施加修正，采用如下的纵向拉伸倍率轨迹：用自由移动中及膜拉伸移动中的夹子间距表示的纵向拉伸倍率的差，在拉伸过程的任意时刻中，为最大拉伸倍率即最终的拉伸倍率的0.5％以下。自由移动中的纵向拉伸倍率轨迹的一例示于图2A；膜拉伸移动中的纵向拉伸倍率轨迹的一例示于图2B。
而且，图2中，夸大的表示了自由移动中的纵向拉伸倍率轨迹A和膜拉伸移动中的纵向拉伸倍率轨迹B的差，本实施例1中，实际如上所述，该差为最大拉伸倍率即最终拉伸倍率的0.5％以下。
进而，在拉幅器炉中实施215℃的热处理，在进行纵横向2％松弛处理而冷却后，将膜两端修边，用卷取机进行卷取。这样得到厚度15μm的同时双轴拉伸聚酰胺膜制品卷。卷取速度为120m/min。
该实施例1中宽度方向的厚度不匀扩大率是2.1倍(未拉伸膜的厚度变动系数是1.0％，而拉伸膜的厚度变动系数是2.1％)。面倍率的变动系数为2％以下，被均匀的拉伸。另外，完全没有图1所示的FCP的下降。
得到了在宽度方向和长度方向均被均匀拉伸的膜。基本整幅膜能够作为制品使用。
实施例2
与实施例1同样的条件下，调整线性电动机驱动器的频率来施加修正，相对于上述实施例1，采用纵向拉伸倍率的差为2％以下的纵向拉伸倍率轨迹。
该实施例2中宽度方向的厚度不匀扩大率是3.4倍(未拉伸膜的厚度变动系数是1.0％，而拉伸膜的厚度变动系数是3.4％)。面倍率的变动系数为4％以下，与实施例1相比，厚度不匀增大。另外，FCP暂时成为平衡状态但没有下降。
得到了基本被均匀拉伸的、没有实用上问题的膜。可以作为膜制品采用。
实施例3
在与实施例1同样的条件下，将其供给缩放仪式同时双轴拉伸机，用夹子夹持两端来进行同时双轴拉伸，拉至纵向拉伸倍率3.0倍、横向拉伸倍率3.3倍。而且，此时采用如下的纵向拉伸倍率轨迹：调整链和轨道的间隙，使在拉伸过程的任意时刻中，用自由移动中及膜拉伸移动中的夹子间距表示的纵向拉伸倍率的差为1％以下。自由移动中的纵向拉伸倍率轨迹与膜拉伸移动中的纵向拉伸倍率轨迹，与实施例1的情况相同，显示了图2中表示的倾向。
该实施例3中宽度方向的厚度不匀扩大率是2.2倍(未拉伸膜的厚度变动系数是1.0％，而拉伸膜的厚度变动系数是2.2％)。面倍率的变动系数为2％以下，被均匀地拉伸。另外，FCP没有下降。
得到了在宽度方向和长度方向上均被均匀拉伸的膜。基本整幅膜能够作为制品实用。
比较例
在与实施例1同样的条件下，对实施例3采用纵向拉伸倍率的差为5％以上的纵向拉伸倍率轨迹。
该比较例中宽度方向的厚度不匀扩大率是8.2倍(未拉伸膜的厚度变动系数是1.0％，而拉伸膜的厚度变动系数是8.2％)。面倍率的变动系数为8％以上，观察到显著的拉伸不匀。另外，FCP暂时下降了20％。
不可以作为膜制品而采用。
Claims (2)
1.一种同时双轴拉伸膜的制造方法，其特征在于，在将未拉伸膜横向的两端部用多个夹子夹持，通过向纵向和横向同时进行双轴拉伸的拉幅法同时双轴拉伸法将膜拉伸时，对于以夹子间距离表示的纵向拉伸倍率而言，使在拉伸过程的任意时刻中，夹子不夹持膜而自由移动时的纵向拉伸倍率轨迹与夹持膜而拉伸移动时的纵向拉伸倍率轨迹的差为最大拉伸倍率的5％以下，同时双轴拉伸的纵向拉伸倍率是2.5倍～4.5倍，且纵向拉伸倍率与横向拉伸倍率的比率是0.5～1.5。
2.根据权利要求1所述的同时双轴拉伸膜的制造方法，其特征在于，使纵向拉伸倍率轨迹比横向拉伸倍率轨迹先行。
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