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JP2002146056A - 二軸配向ポリエチレンナフタレートフィルム - Google Patents

二軸配向ポリエチレンナフタレートフィルム

Info

Publication number
JP2002146056A
JP2002146056A JP2000347682A JP2000347682A JP2002146056A JP 2002146056 A JP2002146056 A JP 2002146056A JP 2000347682 A JP2000347682 A JP 2000347682A JP 2000347682 A JP2000347682 A JP 2000347682A JP 2002146056 A JP2002146056 A JP 2002146056A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
pen
polyethylene naphthalate
biaxially oriented
modulus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000347682A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Tsunashima
研二 綱島
Shunichi Osada
俊一 長田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP2000347682A priority Critical patent/JP2002146056A/ja
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  • Shaping By String And By Release Of Stress In Plastics And The Like (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】弾性率の高い、耐引裂性に強い、破断伸度の大
きなPENフィルムを提供すること、さらにこれを安定
にして二軸延伸できる多層積層PENフィルムを提供す
ること。 【解決手段】長手方向のヤング率Emと、幅方向のヤン
グ率Etとの和Em+tが1400kg/mm2 以上である
二軸配向ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム
において、該長手方向の破断伸度Lmが100%以上
で、かつ長手方向の引裂伝播抵抗が14000N/m以
上である二軸配向ポリエチレンナフタレート(PEN)
フィルム。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性率の高いポリ
エチレンナフタレート(PEN)フィルムに関するもの
である。更に詳しくは、PENとポリエチレンテレフタ
レート(PET)共重合体との多層積層されたPENフ
ィルムに関するもので、高い弾性率と、大きな伸度を有
し、さらに耐引裂性にも優れた新規なPENフィルムに
関するもである。
【0002】
【従来の技術】従来、PETやPENのような芳香族ポ
リエステルフィルムを二軸に分子配向させることにより
弾性率の大きなフィルムが製造されてきた。すなわち、
押出後急冷された無配向フィルムを長手方向および幅方
向の二軸に延伸したのち、さらに長手方向および幅方向
に再延伸した後に熱処理されて製造されていた。あるい
はフィルム端部をクリップで把持して長手方向および幅
方向に同時に二軸延伸して配向後熱処理して製造されて
いた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の製造技術には次のような大きな問題があった。
【0004】すなわち、PENフィルムはPETフィル
ムに比較して引裂伝播抵抗が弱いために、強度・弾性率
を上げるために高度に分子配向させるとフィルムが延伸
の途中で切断・破断してしまうことが多く、安定な製膜
ができなかった。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記製
膜が安定しないために高い弾性率のフィルムが得られな
い点を改良したものであり、弾性率が極めて高く、しか
も耐引裂性に優れ、破断伸度の高いPENフィルムを提
供するものである。
【0006】すなわち、本発明は、長手方向のヤング率
Emと、幅方向のヤング率Etとの和Em+tが1400k
g/mm2以上、好ましくは1800kg/mm2以上で
ある二軸配向PENフィルムにおいて、該長手方向の破
断伸度Lmが49%以上、好ましくは100%以上で、
かつ長手方向の引裂伝播抵抗が12000N/m以上、
好ましくは14000N/m以上である二軸配向PEN
フィルムに関するものである。より具体的には、ポリエ
チレンナフタレート(PEN)層と他のポリエステルB
層とが交互に4層以上の多層状態で積層されている二軸
配向PENフィルムである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【0008】二軸延伸された弾性率の高いポリエチレン
テレフタレート(PET)フィルムは、磁気記録用のベ
ースフィルムとして用いられているが、近年はさらなる
小型化・軽量化のために、ベースフィルムに求められる
弾性率の値は大きなものが要求されるように成ってき
た。具体的には、特開平6−28098号公報などで開
示されているように、縦方向のヤング率としては100
0kg/mm2 以上、幅方向の弾性率として500kg
/mm2 以上のものがクレームされており、実施例とし
ては長手方向に1250kg/mm2 、幅方向に600
kg/mm2 、両方向の弾性率をたすと1850kg/
mm2 値のPENフィルムが記載されている。この様な
高い弾性率を有したPENフィルムを製膜するにはフィ
ルム破れとの戦いであり、大変な苦労が必要であると推
測される。これは得られたフィルムの引裂伝播抵抗は1
0000N/m以下、破断伸度が40%未満であるよう
なPENフィルムが脆いためであると考えられる。すな
わち、高度の延伸をして分子配向を非常に高めて高弾性
率を有したPENフィルムにするには、延伸倍率を大き
く取る必要があるが、このような高い延伸倍率ではPE
Nのように引裂伝播抵抗が弱く、しかも破断伸度が短い
フィルムでは延伸中に容易に破断してしまい安定した延
伸が困難になる。
【0009】そこで、本発明者らは鋭意検討したとこ
ろ、ポリエチレンナフタレート(PEN)層と他のポリ
エステルB層とを交互に各層4層以上の多層状態で積層
した多層積層フィルムにすることにより、高い弾性率を
維持したまま、引裂伝播抵抗も破断伸度も大きくでき、
その結果安定した製膜と磁気テープなどの後加工での取
り扱い性や、使用時のテープ切れなどのないフィルムす
ることができることを見いだしたのである。
【0010】引裂伝播抵抗や破断伸度は、高い方が優れ
ていることはわかっているが、高い弾性率との兼ね合い
で、長手方向のヤング率Emと、幅方向のヤング率Etと
の和Em+tが1400kg/mm2 以上の場合は、長手
方向の破断伸度Lmが100%以上で、かつ長手方向の
引裂伝播抵抗が14000N/m以上にすることによ
り、また、長手方向のヤング率Emと、幅方向のヤング
率Etとの和Em+tが1800kg/mm2 以上の場合
は、長手方向の破断伸度Lmが40%以上で、長手方向
の引裂伝播抵抗が12000N/m以上である二軸配向
ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムにするこ
とがよい。もちろん、これらの引裂伝播抵抗などは、積
層する他のポリエステル樹脂の種類や、積層厚みなどに
強く依存する。
【0011】本発明の場合、各層の積層数は4層以上
で、しかもポリエチレンナフタレートPEN層の総厚み
d(PEN)と、他のポリエステルB層の総厚みd(B)との比
率d(PEN)/d(B)が、70〜99/30〜1であり、他
のポリエステルが、ポリエチレンテレフタレート(PE
T)と、2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシアルコキ
シフェニル)プロパンを共重合したポリエステルが特に
好ましい。
【0012】なお、ポリエチレンナフタレート(PE
N)とは、ポリエチレン−2,6−ナフタレート組成を
80モル%以上、好ましくは90モル%以上含有するポ
リエステル樹脂である。また、本発明で言う他のポリエ
ステルとは、ジカルボン酸とジオールとから縮重合によ
り得られるポリマーであり、ジカルボン酸としては、テ
レフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカ
ルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、などで代表される
ものであり、また、ジオールとは、エチレングリコー
ル、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコー
ル、シクロヘキサンジメタノール、ポリアルキレングリ
コール、2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシアルコキ
シフェニル)プロパンなどで代表されるものである。具
体的には例えば、ポリメチレンテレフタレート、ポリエ
チレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレ
ート、ポリエチレン−p−オキシベンゾエート、ポリ−
1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、
ポリエチレン−2,6−ナフタレート、ポリエチレンセ
バケート、ポリエチレンアジペートなどが挙げられ、こ
れらはホモポリマーであっても良いが、他の成分を共重
合したコポリマーである方が好ましいことが多く、該共
重合成分としては、例えば、ジエチレングリコール、ネ
オペンチルグリコール、ポリアルキレングリコール、
2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシアルコキシフェニ
ル)プロパンなどのジオール成分、ダイマー酸、アジピ
ン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、2、6−
ナフタレンジカルボン酸などのジカルボン酸成分が挙げ
られる。また、本発明の効果が失われない範囲であれ
ば、粘度調整材、結晶核剤、すべり材、無機粒子、難燃
材、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、あるいは帯
電防止剤等がブレンドされていてもかまわない。
【0013】本発明において、特に好ましい他のポリエ
ステル組成物としては、主たるポリエステルとしてはP
ET樹脂に、ポリエチレンセバケートや、2,2−ビス
(4’−β−ヒドロキシアルコキシフェニル)プロパン
を共重合したポリエステルである。共重合するポリエチ
レンセバケートは、1〜30モル%、好ましくは5〜2
5モル%の範囲である。また、2,2−ビス(4’−β
−ヒドロキシアルコキシフェニル)プロパンの場合は、
該共重合割合が1mol%以上、好ましくは5モル%以
上、さらに好ましくは20モル%以上、80mol%以
下、好ましくは70モル%以下、さらに好ましくは50
モル%以下のポリエステルである。該共重合割合が、1
mol%以下の場合では、耐引裂性向上効果や破断伸度
向上が十分でない。また共重合割合が80mol%以上
の場合、熱収縮率が高すぎるために後加工性、特に磁気
記録用ベースフィルムとしたときの寸法安定性や腰が弱
くなり、実用上の使用に耐え得ない場合が生じてくる。
2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシアルコキシフェ
ニル)プロパンの好ましい例としては、2,2−ビス
(4’−β−ヒドロキシメトキシフェニル)プロパン、
2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシエトキシフェニ
ル)プロパン、2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシプ
ロパキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4’−β
−ヒドロキシブタノキシフェニル)プロパン等が挙げら
れ、特に、2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシエトキ
シフェニル)プロパンが本発明の場合には好ましい。
2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシアルコキシシフェ
ニル)プロパンを共重合したポリエステルの製造には、
ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物をジオー
ル成分として、ジカルボン酸成分と反応させることで溶
融重合が可能位なり、より容易で安価に製造できるので
ある。
【0014】本発明にかかるフィルムは、ポリエチレン
ナフタレート(PEN)単独のフィルムではなくて、ポ
リエチレンナフタレート(PEN)層と他のポリエステ
ルB層とが交互に多層状態で、好ましくはそれぞれの層
が4層以上の多層に積層されている二軸配向ポリエチレ
ンナフタレート(PEN)フィルムである。それぞれの
各層の層数は、4層以上、好ましくは8層以上、64層
以下、より好ましくは、16層以上、32層以下であ
る。該層数が4層より少ない場合、界面による破壊の伝
播を抑える効果が十分でないため、延伸等によって生じ
た表面欠点が伝播しやすく延伸性が十分でなく、特に強
力化フィルムのように分子配向を高くして弾性率を高く
するような延伸には効果が乏しくなるのである。逆に層
数が多くなると、例えば64層を越えるような多層積層
の場合では、一層当たりの層厚さが薄くなり、これも界
面による破壊の伝播を抑える効果が十分でなくなり、延
伸性が悪く、さらに該延伸フィルムの弾性率を高くする
ことがむずかしいのである。
【0015】さらに、該積層フィルムの耐引裂性の向上
には、各層数として程度な積層数nが必要であるばかり
か、さらにその各層のフィルム厚みによっても大きく異
なり、(PEN)ポリマーを主成分とするトータル層厚
みd(PEN)に対して、他の共重合ポリエステルB、例え
ば2,2−ビス(4’−β−ヒドロキシアルコキシフェ
ニル)プロパン共重合ポリエステルを主成分とするトー
タル層厚みd(B)の比率d(PEN)/d(B)が、70〜99
/30〜1であることが好ましい。すなわち、PEN層
の厚みd(PEN)に対して他のポリエステル層の厚みd(B)
は必ず薄くなくてはならず、B層厚みに比してPEN層
厚みは、好ましくは2倍以上、100倍以下、より好ま
しくは、3倍以上32倍以下である。この範囲をはずれ
ると、亀裂の伝播を抑える効果が劣り、耐引裂性、破断
伸度とも十分でなくなることが多いのである。
【0016】本発明にかかる多層積層フィルムを得るた
めの積層方法としては、マルチマニホールドダイ法や、
口金前で積層するフィードブロック法でもよいが、本発
明のように層数が多い場合には、スタティックミキサー
法のように溶融樹脂層を、拡大、切断あるいは重ね合わ
せのような複数の工程を得て層数を順次に増大していく
様な特殊な共押法を用いる方が生産性に優れているので
好ましい。かくして溶融状態で積層された溶融体を急冷
するために、媒体に静電荷などの密着向上手段を用いて
密着させて無配向非晶のフィルムを得るのである。さら
に本発明の多層積層フィルムは、高度に延伸配向されて
いることが必須であるために二軸に延伸を行う。延伸の
方法としては、同時二軸延伸や逐次二軸延伸等のいずれ
の方法でも良いが、リニアーモーターを利用した同時二
軸延伸方式は一つの装置で多段階の延伸やリラックス処
理などができるので好ましい。逐次二軸延伸法とは、口
金から押し出された溶融体シートを、ドラム上で密着急
冷固化し、実質的に非晶質無配向の積層キャストフィル
ムを、多数のロールなどで120〜140℃程度に加熱
して周速差のあるニップロール間で縦方向に2.5〜4
倍程度延伸後急冷し、続いてフィルムの両端部をクリッ
プで把持するテンターにて125〜170℃で3〜4倍
横延伸し、引き続いて熱処理する方法である。本発明の
場合はさらに、該熱処理を行う前に再度縦方向に160
〜200℃で1.4〜2.5倍程度、および/または横
方向に170〜210℃で1.1〜2倍程度延伸するの
が良い。熱処理温度は、100℃以上230℃以下であ
ることが好ましい。より好ましくは、150℃以上21
0℃以下である。さらに好ましくは、160℃以上20
0℃以下である。熱処理温度が、100℃より低い場
合、フィルム強度が高いために寸法安定性が十分でなく
なる場合があり、また、熱処理温度が、230より高い
と引裂抵抗が弱くなり、破断伸度も小さくなる場合があ
るためである。
【0017】本発明にかかる積層フィルムは、少なくと
もある一方向の引裂伝播抵抗が、14000N/m以
上、好ましくは18000N/m以上、さらに好ましく
は、25000N/m以上である。もっと好ましくは、
積層フィルムの引裂伝播抵抗の異方性がほとんどないと
良く、少なくともある一方向の引裂伝播抵抗とそれとほ
ぼ直角の引裂伝播抵抗が、14000N/m以上である
とよい。積層フィルムの少なくともある一方向の引裂伝
播抵抗が、14000N/m以上であると、フィルムに
使用した際に、フィルムが傷ついても、フィルムが大き
な破れを生じたりせず、また、フィルム裂けが起こりに
くくなる。本発明の積層フィルムの少なくとも一方向の
80℃における熱収縮率が、0.5%以下、好ましく
は、0.05%以下であることが好ましいことが多い。
【0018】本発明の積層フィルムのフィルム厚みは、
特に限定されないが、好ましくは100μm以下、より
好ましくは10μm以下と、薄いフィルムの方が効果が
大きい。
【0019】該フィルムの用途としては、大きな弾性率
を要求される用途に特に好ましく、具体的には記録層を
積層することにより、磁気記録や光学記録用のベースフ
ィルム用途に、特に適した性能を発揮する。
【0020】
【物性値の評価法】(1)破断伸度 オリエンテック(株)製引張試験機RTA−100型に
幅10mmのサンプルフィルムをチャック間長さ50m
mとなるようにセットし、23℃、65%RHの条件下
で引張速度200mm/分で引張試験を行い、フィルム
の破断時の伸びを伸度とした。 (2)引裂伝播抵抗、耐引裂性 東洋精機製作所のエレメンドルフ引裂試験機を用いた。
フィルムを縦63.5mm、横50.8mmの長方形に
サンプリングし、横方向片端面の中央部から長手方向に
平行に12.7mm長さの切れ目をサンプルに入れ、こ
の切れ目を入れた25.4mm幅のそれぞれのサンプル
片を引張りクランプに把持させ、長手方向の残りの5
0.8mmに対する引裂力(N)を求める。この力をフ
ィルムの厚みで除して引裂伝播抵抗(N/m)とした。 (3)熱収縮率 JIS K−7127に規定される方法にしたがって測
定した。ただし、オーブンの温度は80℃、保持時間は
30分とした。 (4)引張り弾性率 弾性率としてはヤング率を用いた。フィルム幅10m
m、長さ150mmにサンプリングし、チャック間の距
離を100mmになるようにして室温23℃にて引張り
速度10mm/分、チャート速度500mm/分にイー
ストロンタイプの万能引張り試験装置にて引張り、得ら
れた荷重−伸び曲線の立ち上がり部の接線から引張りヤ
ング率を求める。単位はkg/mm2 。 (5)製膜安定性 24時間連続製膜中にフィルム破れ頻度から判断した。
【0021】 不良:4回以上の破れ 安定:1〜3回の破れ 非常に安定:破れが一度もない。
【0022】
【実施例】本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例1〜4、比較例1 ポリエチレン2,6ナフタレート(A)[極限粘度0.
65、ガラス転移温度119℃]のペレットを180℃
で3時間真空乾燥した後、290℃に加熱された押出機
1に供給した。また、2,2−ビス(4’−β−ヒドロ
キシエトキシフェニル)プロパンを30mol%共重合
したエチレンテレフタレート(B)[極限粘度0.6
6、ガラス転移温度78℃]のペレットを280℃に加
熱された二軸ベント押出機2に供給した。それぞれの押
出機1,2から溶融押出されたポリエステルAおよびB
をいったん2層AB(積層厚み比率A/B=95/5)に積層
し、これをスクエア型のミキサー部にて厚み方向にAB
積層が何度も繰り返すようにして各層数を2層から12
8層まで変更して交互に多層積層し、さらにこの多層積
層の両表層がポリエチレンナフタレートA層になるよう
に積層してTダイより多層シートを押出成形した。この
層数はミキサーのエレメント数などにより調整可能であ
る。
【0023】該溶融押出されたシートを表面温度25℃
の冷却ドラム上に静電気力で密着固化し、無配向非晶質
のキャストフィルムを得た。その後、120℃に加熱さ
れたロール群で予熱し、縦方向に3倍延伸後、テンター
に導き、130℃の熱風で予熱後、横方向に3.5倍延
伸し、さらに長手方向に170℃に加熱されたロール上
で予熱し2.5倍再縦延伸し、続いて190℃に加熱さ
れたテンター内で幅方向に1.5倍再横延伸し、そのテ
ンター内で210℃の熱風にて定長熱処理を行い、室温
まで徐冷後、210m/分でコアに巻き取った。得られ
たフィルムの厚みは、4.5μmであった。
【0024】かくして得られた結果は表1に示したとお
りであり、層数は4層以上、64層以下の範囲が製膜
性、弾性率、破断伸度などの機械特性に優れていること
がわかる。 比較例2 上記実施例1で使用した押出機2は使用せずにPENフ
ィルムの単層で製膜する以外は、実施例1と全く同様に
して二軸延伸熱処理を行った。このように単層で延伸す
ると、延伸性が非常に悪く、ほとんどサンプルが得られ
ず、到底生産化できるものではなかった。少量得られた
フィルムサンプルも厚みむらが非常に良くないフィルム
であり、高級な磁気記録用途などには使用できないもの
であった。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、弾性率の高い、耐引裂
性に強い、破断伸度の大きなPENフィルムを提供でき
るものであり、さらにこれらを安定にして二軸延伸でき
る多層積層PENフィルムを提供できるものである。該
フィルムは、例えば小型大容量用の磁気記録用のベース
フィルムとして有用なものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B29L 9:00 B29L 9:00 C08L 67:02 C08L 67:02 Fターム(参考) 4F071 AA45 AF16Y AF20Y AF21Y AH14 BB06 BB08 BC01 BC12 4F100 AK41B AK41D AK41E AK42A AK42B AK42C AK42D AK42E AL01B AL01D AL01E BA03 BA04 BA05 BA06 BA07 BA08 BA10A BA10C BA10D BA10E BA25 BA26 EH20 EH202 EJ38 EJ38A EJ38C EJ38E EJ382 JK01A JK01C JK01E JK07 JK07A JK07C JK07E YY00A YY00C YY00E 4F210 AA24 AA26 AG01 AG03 QA02 QA03 QC06 QG01 QG15 QG18

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】長手方向のヤング率Emと、幅方向のヤン
    グ率Etとの和Em+tが1400kg/mm2 以上である
    二軸配向ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム
    において、該長手方向の破断伸度Lmが100%以上
    で、かつ長手方向の引裂伝播抵抗が14000N/m以
    上であることを特徴とする二軸配向ポリエチレンナフタ
    レート(PEN)フィルム。
  2. 【請求項2】長手方向のヤング率Emと、幅方向のヤン
    グ率Etとの和Em+tが1800kg/mm2 以上である
    二軸配向ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム
    において、該長手方向の破断伸度Lmが40%以上で、
    かつ長手方向の引裂伝播抵抗が12000N/m以上で
    あることを特徴とする二軸配向ポリエチレンナフタレー
    ト(PEN)フィルム。
  3. 【請求項3】ポリエチレンナフタレート(PEN)層と
    他のポリエステルB層とが交互に多層状態で積層されて
    いることを特徴とする請求項1または2記載の二軸配向
    ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム。
  4. 【請求項4】該層数nが4層以上であることを特徴とす
    る請求項3記載の二軸配向ポリエチレンナフタレート
    (PEN)フィルム。
  5. 【請求項5】ポリエチレンナフタレート(PEN)層の
    総厚みd(PEN)と、他のポリエステルB層の総厚みd(B)
    との比率d(PEN)/d(B)が、70〜99/30〜1であ
    ることを特徴とする請求項3または4記載の二軸配向ポ
    リエチレンナフタレート(PEN)フィルム。
  6. 【請求項6】他のポリエステルが、ポリエチレンテレフ
    タレート(PET)、またはその共重合体であることを
    特徴とする請求項3、4または5記載の二軸配向ポリエ
    チレンナフタレート(PEN)フィルム。
  7. 【請求項7】PET共重合体が、2,2−ビス(4’−
    β−ヒドロキシアルコキシフェニル)プロパンを共重合
    したポリエステルであることを特徴とする請求項3、
    4、5または6記載の二軸配向ポリエチレンナフタレー
    ト(PEN)フィルム。
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