LDPEインフレーションフィルム製造プロセスのポイントとよくある問題の分析により、問題の99％が解決されます。

ほとんどの熱可塑性プラスチックは、ブロー成形によってインフレーションフィルムを製造することができます。インフレーションフィルムとは、プラスチックの細いチューブをチューブ状に押し出し、圧縮空気で膨らませて熱いうちにプラスチックを膨張させ、その後冷却・成形することで円筒状のフィルム製品を製造するものです。このフィルムの性能は延伸フィルムとキャストフィルムの中間で、強度はキャストフィルムよりも優れていますが、ヒートシール性はキャストフィルムよりも劣ります。

ブロー成形法で製造されるフィルムには、低密度ポリエチレン (LDPE)、ポリプロピレン (PP)、高密度ポリエチレン (HDPE)、ナイロン (PA)、エチレン酢酸ビニル共重合体 (EVA) など、さまざまな種類があります。

この記事では、一般的に使用されている低密度ポリエチレン (LDPE) フィルムのブロー成形製造プロセスと、その一般的な故障について簡単に説明します。

01 インフレーションポリエチレンフィルム材料の選択

1. 使用する原料は、フィルムの開放性を確保するために適切な量の滑剤を含むインフレーションフィルムグレードのポリエチレン樹脂粒子である必要があります。

2. 樹脂粒子のメルトインデックス（MI）は大きすぎてはならず、メルトインデックス（MI）が大きすぎると、溶融樹脂の粘度が小さすぎて、加工範囲が狭くなり、加工条件の制御が難しくなり、樹脂のフィルム形成性が悪く、フィルムに加工しにくくなります。また、メルトインデックス（MI）が大きすぎると、ポリマーの相対分子量分布が狭くなり、フィルムの強度が悪くなります。

したがって、フィルムの性能要件を満たすだけでなく、樹脂の加工特性を確保するために、より低いメルトインデックス（MI）とより広い相対分子量分布を持つ樹脂原料を使用する必要があります。インフレーションポリエチレンフィルムは、一般的にメルトインデックス（MI）が2～6g/10分のポリエチレンから製造されます。

02.ブロー成形プロセスコントロールポイント

インフレーションフィルムの工程は、おおよそ次のようになります。
ホッパー投入 – 可塑化材料の押し出し – ブロー成形と運搬 – エアリング冷却 – ヘリンボーン成形 – 引き取りローラーによる運搬 – コロナ処理 – フィルム巻き取り

しかし、インフレーションフィルムの性能は製造プロセスのパラメータに大きく左右されることを指摘しておく価値があります。そのため、円滑な生産を確保し、高品質のフィルム製品を得るためには、プロセスパラメータの管理を強化し、プロセス操作を標準化することが重要です。

インフレーションポリエチレンフィルムの製造では、主に以下のプロセスパラメータを適切に制御することに重点が置かれます。

押出機の温度

低密度ポリエチレン（LDPE）フィルムをブロー成形する場合、押出温度は一般に160℃〜170℃に制御され、ヘッド温度が均一であることを確認する必要があります。押出温度が高すぎると、樹脂が分解しやすくなり、フィルムが脆くなり、特に縦方向の引張強度が大幅に低下します。

温度が低すぎると樹脂がうまく可塑化せず、スムーズに膨張・伸張せず、塗膜の引張強度が低く、表面の光沢や透明性が悪く、木目模様や溶けていない核（魚の目）のように見えることもあります。

ブローアップ比

ブローアップ比は、インフレーションフィルム製造プロセスにおける主要な制御ポイントの 1 つであり、インフレーションフィルムのバブルの直径と、インフレーションされていないチューブ リングの直径の比率を指します。

ブローアップ比はフィルムの横方向の膨張率の倍数であり、フィルムは横方向に引き伸ばされます。この引き伸ばしにより、プラスチック分子がある程度配向し、ブローアップ比が増加します。その結果、フィルムの横方向の強度が増加します。

ただし、ブロー比が大きすぎるとフィルムバブルが不安定になりやすく、フィルムにシワが発生しやすくなるため、ブロー比は高すぎると適しません。そのため、ブロー比は牽引比と適切に調整する必要があります。一般的に、低密度ポリエチレン（LDPE）フィルムのブロー比は2.5～3.0に制御する必要があります。

牽引比

トラクション比とは、フィルムの牽引速度とチューブリングの押し出し速度の比です。トラクション比は、フィルムを延伸方向に配向させる縦方向の延伸係数です。

牽引比が高くなると縦方向の強度が増し、フィルムの厚みも薄くなりますが、牽引比が大きすぎるとフィルムの厚み制御が難しくなり、フィルムが引き剥がされて破断する危険性があります。LDPEフィルムの牽引比は、一般的に4～6の範囲で制御されます。

露点

露点（フロストラインとも呼ばれる）とは、プラスチックが粘性流動状態から高弾性状態に移行する境界線を指します。インフレーションフィルム製造工程では、低密度ポリエチレン（LDPE）はダイ開口部から押し出された時点では溶融状態にあり、透明性は良好です。

ダイ開口部から排出される際、フィルムバブルの吹き出し領域は冷却エアリングによって冷却されます。ヘッドから押し出されたばかりのプラスチックフィルムバブルに一定の角度と速度で冷却エアを吹き付けると、高温のフィルムバブルが冷却エアと接触し、フィルムバブルの熱が冷風に奪われ、低密度ポリエチレン（LDPE）の粘性流動温度を大幅に下回る温度まで低下します。これにより、フィルムバブルは冷却され、硬化してぼやけます。

膨らんだフィルムの泡には、透明と薄いの境界線が見えます。これが露点（または霜線）です。

フィルムブロー工程中、露点レベルはフィルム特性に明確な影響を及ぼします。

露点が高く、インフレーションフィルムの気泡より上にある場合、フィルムは液体状態でインフレーションされ、分子が伸長配向されることなくインフレーションによってフィルムが薄くなるだけであり、その時点でインフレーションフィルムの性能はキャストフィルムの性能に近くなります。

逆に、露点が比較的低い場合、プラスチックが非常に弾性的な状態にある固体状態で発泡が起こり、横方向の伸張として作用して分子を配向し、インフレーションフィルムの性能が配向フィルムの性能に近くなります。

03. 基本性能に関する技術要件

仕様と逸脱

ポリエチレンフィルムの幅と厚さは要件を満たす必要があります。フィルムは均一な厚さで、水平方向と垂直方向の厚さの偏差が小さく、偏差が比較的均一に分散している必要があります。

外観

ポリエチレンフィルムは、明らかな「水線」や「曇り」がなく、十分に可塑化されていることが求められます。フィルムの表面は平らで滑らかで、しわがなく、またはわずかな折り目があるだけで、気泡、穿孔、破裂がなく、明らかな黒点、不純物、結晶、または硬い塊がなく、深刻な垂れ下がった線やフィラメントがないことが必要です。

物理的および機械的特性

インフレーションポリエチレンフィルムは、印刷や配合工程で使用される際に機械的な力を受けるため、主に引張強度、破断伸び、引き裂き強度、および基準を満たす必要のあるその他のいくつかの指標を含む、ポリエチレンフィルムの物理的および機械的特性が優れていることが求められます。

表面張力の大きさ

印刷インクやラミネート接着剤がポリエチレンフィルムの表面で良好な濡れ性と接着性を持つためには、ポリエチレンフィルムの表面張力が一定の基準を満たす必要があり、そうでない場合は印刷およびラミネート生産の円滑な稼働に影響を及ぼします。

一般的な規則として、ポリエチレンフィルムの表面張力は少なくとも 38 ダイン、望ましいのは 40 ダイン以上です。

04. よくある故障と解決策

フィルムが粘着性があり、開封性が悪い
1. 失敗の原因。
a. 樹脂原料の種類が不適切であり、ブローフィルムグレードの LDPE 樹脂粒子ではないため、開裂剤が含まれていないか、開裂剤の含有量が少ない。
b. 溶融樹脂の温度が高すぎて、流動性が大きすぎます。
c. ブローアップ比が大きすぎるため、フィルムの開口率が低下します。
d. 冷却が遅すぎると、フィルムの冷却が不十分となり、トラクションローラーの圧力の作用によりフィルム同士が結合します。
e.牽引速度が速すぎます。

2. 解決策。
a. 樹脂原料を交換するか、コブラーに開封剤を一定量追加します。
b. 押出温度と樹脂温度を適切に下げる。
c. ブローアップ比を適切に低減する。
d. 空気量を増やして冷却効果を高め、フィルムの冷却速度を加速します。
e. 牽引速度を適切に下げます。

フィルムの透明性が低い

1. 失敗の原因。
a. 押出温度が低く、樹脂の可塑化が不十分なため、インフレーションフィルムの透明性が低下します。
b. ブローアップ比が小さすぎます。
c. 冷却が不十分だとフィルムの透明性に影響します。
d. 樹脂原料の水分含有量が多すぎる。
e. 牽引速度が速すぎてフィルムが十分に冷却されません。

2. 解決策。
a. 樹脂が均一に可塑化されるように、押出温度を適切に上げる。
b. ブローアップ比を適切に増加させる。
c. 空気量を増やして冷却効果を高めます。
d. 原材料の乾燥。
e. 牽引速度を適切に下げます。

フィルムのしわ

1 失敗の原因。
a. フィルムの厚さが不均一。
b. 冷却効果が不十分。
c. 吹き出し比が大きすぎるため、フィルムの気泡が不安定になり、左右に揺れ、しわになりやすくなります。
d. ヘリンボーンクリートの角度が大きすぎるため、フィルムの気泡が短い距離で潰れてしまい、フィルムにシワができやすくなります。
e. 牽引ローラーの両側の圧力が一定でなく、片側が高く、もう一方が低い。
f. ガイドローラー間の軸が平行ではないため、フィルムの安定性と広がりが損なわれ、しわが発生します。

2. 解決策。
a. 樹脂原料を交換するか、コブラーに開封剤を一定量追加します。
b. 押出温度と樹脂温度を適切に下げる。
c. ブローアップ比を適切に低減する。
d. 空気量を増やして冷却効果を高め、フィルムの冷却速度を加速します。
e. 牽引速度を適切に下げます。

フィルム上の霧の水の模様

1. 失敗の原因。
a. 押出温度が低く、樹脂の可塑化が不十分です。
b. 樹脂が湿っており、水分含有量が高すぎます。

2.解決策。
a. 押出機の温度設定を調整し、押出温度を適切に上げます。
b. 樹脂原料を乾燥させます。通常、樹脂の水分含有量は 0.3% を超えないようにする必要があります。

フィルムの厚さが不均一

1. 失敗の原因。
a. ダイギャップの均一性はフィルムの厚さの均一性に直接影響します。ダイギャップが均一でない場合、一部のギャップは大きく、一部のギャップは小さくなり、押し出し量が増減します。そのため、形成されるフィルムの厚さは均一ではなく、一部の部分は薄く、一部の部分は厚くなります。
b. 金型口部の温度分布が不均一で高温と低温があり、ブロー成形後のフィルムの厚さが不均一になります。
c. 冷却エアリング周囲の空気供給が不均一なため、冷却効果が不均一になり、フィルムの厚さも不均一になります。
d. 吹き出し比と牽引比が不適切であるため、フィルムバブルの厚さを制御することが困難になります。
e. 牽引速度は一定ではなく常に変化するため、当然フィルムの厚さに影響を及ぼします。

2.解決策。
a. 主軸台の金型開口部のギャップを調整して、すべてのポイントで均一性を確保します。
b. ヘッドのダイ開口部の温度を調整し、ダイ開口部部分の温度が均一になるようにします。
c. 冷却装置を調整して、排気口からの空気の流れが均一になるようにします。
d. ブローアップ比と牽引比の調整。
e. 牽引速度を一定に保つために機械駆動を点検します。

フィルムの厚さは厚め

1. 失敗の原因。
a. ダイギャップと押し出し量が大きいため、フィルムの厚さが厚くなります。
b. 冷却エアリングの風量が多すぎるため、フィルムが急速に冷却されます。
c. 牽引速度が遅すぎます。

2.解決策。
a. ダイ開口部のギャップの調整。
b. 風量リングの空気量を適切に減らして、フィルムをさらに吹き飛ばし、少し薄くします。
c. 牽引速度を適切に上げます。

薄膜の厚さ

1. 失敗の原因。
a. ダイ開口部の隙間が狭すぎて抵抗が高すぎるため、フィルムの厚さが薄くなります。
b. 冷却エアリングの空気量が少なすぎるため、フィルムの冷却が遅すぎます。
c. 牽引速度が速すぎるため、フィルムが過度に伸びて、厚さが薄くなります。

2.解決策。
a. ダイ開口部のギャップの調整。
b. フィルムの冷却を早めるために、エアリングの空気量を適切に増加させます。
c. 牽引速度を適切に下げます。