フィルムやシートの押出成形において、
【カール】は品質トラブルの中でも非常に多い不良の一つです。
製品が丸まってしまう事で、印刷・ラミネート・スリット・
打ち抜き・自動搬送 等の後工程に大きな影響を与えます。
また、見た目の品質低下や寸法不良に繋がる為、お客様の
クレーム原因となる事も少なくありません。
しかし、カールは原因を正しく理解すれば改善できる現象です。
この記事では、カールが発生するメカニズムから、
押出条件・冷却条件・材料選定 等、実践的な改善方法まで
お詳しく解説します。
■カールとは？
〇カールとは、フィルムやシートが平らな状態を維持できず
一方向へ反ってしまう現象をさします。
カールには様々な種類があります。
・上方向へのカール
・下方向へのカール
・幅方向のカール
・巻癖によるカール
・部分的なカール
これは製品内部に残った応力（残留応力）や、表裏の
収縮差によって発生します。
■カールが発生する主な原因
①冷却バランスの違い
〇最も多い原因です。
例えば、
・上ロールだけ温度が低い
・下ロールだけ十分に冷却されている
このような場合、片面だけ早く固化し、収縮量に差が生じます。
その結果、【収縮が大きい側へ反る】という現象が発生ます。
②ロール温度の設定不良
〇ロール温度が適切でない場合、
・表面だけ急冷
・内部はまだ高温
という状態になります。
内部応力が残り、後から徐々にカールが発生する
ケースもあります。
③樹脂温度が高すぎる
〇溶融温度が高すぎると、
・収縮率が増える
・結晶化が進みやすい
・冷却収縮が大きくなる
為、カールが発生しやすくなります。
特に、
・PP
・HDPE
・POM
等、結晶性樹脂では注意が必要です。
④ライン速度が速すぎる
〇ライン速度が速いと、
・十分に冷却できない
・応力が残る
結果として、巻取り後にカールが発生します。
生産性を重視しすぎると品質低下に繋がります。
⑤厚みムラ
〇厚みが均一でないと、厚い部分と薄い部分で
収縮差が異なります。
その結果、
・波打ち
・カール
・反り
が発生します。
⑥配合の影響
〇フィラーや添加剤の種類によっても変化します。
例えば、
・タルク
・ガラス繊維
・炭酸カルシウム
を添加すると収縮率が変化し、カール方向が変わる
場合があります。
逆に、低収縮グレードを採用する事で改善できる事もあります。
■カール対策
①ロール温度を最適化する
〇最も効果が高い改善方法です。
ポイントは、
・上下ロール温度差を見直す
・冷却しすぎない
・均一冷却を行う
②樹脂温度を最適化する
〇必要以上に高温で押出ししない事が重要です。
適正温度に設定すると、
・収縮低減
・応力低減
・寸法安定性向上
に繋がります。
③ライン速度を調整する
〇冷却能力とのバランスを考え、十分に冷却できる速度へ
調整します。
特に薄膜では大きな効果があります。
④ダイ調整を行う
〇ダイの厚み分布が悪いと、局所的な収縮差が発生します。
ダイリップ調整によって厚みを均一化する事で、
カールも改善出来ます。
⑤原料を見直す
〇樹脂メーカーでは。
・低収縮グレード
・寸法安定グレード
が販売されています。
材料変更だけで改善するケースもあります。
⑥アニール処理
〇成形後に適切な温度で熱処理すると、
残留応力が緩和され、カールが大幅に改善される
場合があります。
■カール対策のチェックポイント
〇設備条件を見直す際は、以下のポイントを確認しましょう。
・ロール温度は均一か
・上下ロール温度差は適切か
・樹脂温度が高すぎないか
・ライン速度が速すぎないか
・厚みムラはないか
・ダイリップ調整は適切か
・原料の収縮率は適切か
・巻取り張力が強すぎないか
・冷却能力は十分か
一つずつ確認する事で、原因を効率よく特定できます。
■まとめ
〇カールは、冷却条件・樹脂温度・ライン速度・厚み精度・
材料特性 等、複数の要因が重なって発生する品質不良です。
特に押出成形では【残留応力をいかに少なくするか】
が重要なポイントになります。
カール対策では、ロール温度や冷却条件を最適化し
厚みの均一化や材料選定を適切に行うことで、大幅な
改善が期待できます。
製造現場では一つの条件だけを変更するのではなく、
温度・速度・冷却・張力。材料を総合的に最適化する事が
安定した高品質なフィルム・シート製造への近道となります。
