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COLUMN技術コラム

フィルム成形時の結晶化と非結晶の違いとは?透明性・強度・加工性への影響を徹底解説

Tダイフィルム成形

プラスチックフィルムの品質を左右する重要な要素の1つが
【結晶化】と【非結晶(アモルファス)】です。

同じ樹脂を使用していても、成形条件によっては結晶化の
進み方は大きく変化し透明性や剛性、耐熱性、寸法安定性 等
多くの物性に影響を与えます。

特にTダイフィルム成形では、冷却速度やロール温度
樹脂の種類によって結晶構造が変化する為、結晶化を
理解する事は高品質なフィルム製造に欠かせません。

今回は、フィルム成形における【結晶化】と【非結晶】
の違いについて詳しく解説します。

■結晶化とは

〇結晶化とは、樹脂分子が規律正しく整列し、一定の秩序を
持った構造を形成する現象です。
溶融状態の樹脂を冷却する際、分子が十分に動ける時間があると
規律正しく並び、結晶が形成されます。
代表的な結晶性樹脂には以下があります。

  • PP
  • PE
  • PA
  • POM
  • PBT
  • PET(半結晶)

これらは冷却条件によって結晶化度が変化します。

■非結晶(アモルファス)とは?

〇非結晶とは、分子が規律正しく並ばず、ランダムな状態で
固化した構造を指します。
この状態では光が散乱しにくい為、高い透明性を示す
材料が多くなります。
代表的な非結晶樹脂は、

  • PC
  • PMMA
  • PS
  • PVC
  • ABS

等があります。

また、本来は結晶性樹脂でも急冷すると十分に結晶化出来ず

一部が非結晶状態で固化する事があります。

■結晶化と非結晶の違い

項目結晶化非結晶
分子構造規律正しいランダム
透明性低下しやすい高い
剛性高いやや低い
耐熱性高いやや低い
耐薬品性高い比較的低い
収縮率大きい小さい
寸法安定性変化しやすい良好

■フィルム成形への影響

①透明性

〇結晶が大きく成長すると光が散乱し、白濁やヘーズが
増加します。
一方、急冷して結晶化を抑えると透明性が向上します。
食品包装用PPフィルムなどでは、透明性向上の為に
急冷条件が採用される事が多くあります。

②剛性・強度

〇結晶化が進むほど、

  • 剛性
  • 引張強度
  • 耐熱性

 は向上します。

 しかし、その反面

  • 柔軟性
  • 衝撃強度

 は低下する場合があります。

 用途に応じたバランスが必要です。

③寸法安定性

〇結晶化すると冷却時の収縮が大きくなります。

 その為、

  • 幅変化
  • カール
  • シワ
  • 厚みムラ

 等の原因になる事があります。

④加工性

〇結晶化が進みすぎると、

  • 打ち抜き加工
  • ラミネート
  • 印刷
  • 熱シール

 等の後加工性にも影響がでる事があります。

 用途に合わせた結晶化制御が重要になります。

■結晶化を制御する方法

〇フィルム成形では、以下の条件で結晶化度をコントロールできます。

①冷却速度

〇急冷するほど結晶化は抑えられます。

②チルロール温度

〇ロール温度を下げる事で透明性を高めやすくなります。

③樹脂温度

〇溶融温度が高すぎると結晶成長しやすくなる場合があります。

④添加剤

〇核剤(結晶核剤)を添加すると微細な結晶が形成され
透明性と剛性を両立できるケースがあります。

■結晶化が悪いわけではない

〇【透明性が落ちるから結晶化は悪い】と思われがちですが
それは用途次第です。

 例えば、

  • 高耐熱用途
  • 機械強度重視
  • 耐薬品用途

 では、適度な結晶化が必要不可欠です。

 逆に、

  • 光学用途
  • 食品包装
  • ディスプレイ用途

では透明性を重視する為、結晶を抑える条件が採用されます。
つまり、最適な結晶化度は製品の用途によって異なります。

■まとめ

〇フィルム成形では、結晶化と非結晶の状態が製品性能を大きく左右します。

 結晶化が進むと剛性や耐熱性が向上しますが、透明性や

 寸法安定性には影響を与える事があります。

 一方、非結晶状態では透明性に優れますが、耐熱性や

 剛性は低くなる傾向があります。

 その為、高品質なフィルムを製造する為には、樹脂特性だけでなく

 冷却条件やロール温度、成形条件を最適化し、用途に応じた結晶化の

 コントロールが重要です。