JP2010221618A - Method and apparatus for manufacturing foam - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発泡体の製造方法及び製造装置に関し、特に、微細な発泡セルを有する発泡体を成形するための発泡体の製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a foam manufacturing method and a manufacturing apparatus, and more particularly, to a foam manufacturing method and a manufacturing apparatus for molding a foam having fine foam cells.
近年、樹脂製の発泡体を射出成形により成形する方法として、ショートショット法や、コアバック法などの種々の射出成形方法が提案されている。ここで、ショートショット法とは、キャビティの容積よりも小さい体積の溶融樹脂をキャビティに充填した後に、溶融樹脂中に溶解または介在しているガスを膨張させることによって溶融樹脂をキャビティの容積と実質的に等しい体積にまで膨張させることにより溶融樹脂を発泡させる方法である。また、コアバック法とは、溶融樹脂をキャビティに充填した後に、固定型から離れる方向に可動型を移動させてキャビティの容積を拡大することにより溶融樹脂を発泡させる方法である。 In recent years, various injection molding methods such as a short shot method and a core back method have been proposed as methods for molding a resin foam by injection molding. Here, the short shot method is a method in which the molten resin is substantially equal to the volume of the cavity by filling the cavity with a molten resin having a volume smaller than the volume of the cavity and then expanding a gas dissolved or interposed in the molten resin. In this method, the molten resin is foamed by expanding to an equal volume. The core back method is a method of foaming the molten resin by filling the cavity with the molten resin and then moving the movable mold in a direction away from the fixed mold to enlarge the volume of the cavity.
ところで、近年、例えば特許文献1などにおいて、発泡体の強度を高めるために発泡体に含まれる気泡の大きさ(セル径)を小さくする技術が種々提案されている。具体的には、特許文献1には、微細発泡セルを有する発泡体の成形方法として、以下のような成形方法が記載されている。まず、キャビティに溶融非結晶性樹脂を射出することにより充填する。そして、充填された樹脂が見かけガラス転移温度にまで冷却される途中に、可動型を固定型から離れる方向に移動させることにより未発泡樹脂と成形型との間に隙間を形成する。次いで、この隙間に超臨界流体状態の不活性ガスを注入し、不活性ガスを樹脂に含浸させる。その後、不活性ガスをキャビティから排気すると共に、可動型を固定型から離れる方向に移動させる(コアバックさせる)ことによりキャビティの容積を増大させ、溶融樹脂を発泡させる。特許文献1には、この不活性ガスをキャビティから排気すると共に、可動型を固定型から離れる方向に移動させる工程において気泡核が生成することが記載されている。
Incidentally, in recent years, for example,
上記のような特許文献1に記載の射出成形方法によれば、キャビティの樹脂圧力及び樹脂温度を発泡に最適な圧力及び温度に制御できるため、超微細な発泡セルが均一に分散されている超微発泡成形体を安定して製造することができる、と特許文献1に記載されている。
According to the injection molding method described in
しかしながら、特許文献1に記載の方法により微細な気泡を有する発泡体を成形しようとすると、多数の気泡核を生成させるためにコアバックを高速に行わなければならないが、通常、可動型は重量物であるため、可動型を高速に移動させることは困難である。従って、特許文献1に記載の方法では、十分に微細な気泡を有する発泡体を得ることが困難であるという問題がある。
However, when a foam having fine bubbles is to be molded by the method described in
また、微細気泡を有する発泡体を成形する方法としては、例えば、第1のコアバック工程で、高速に小さくコアバックさせて気泡核を生成させた後に、第2のコアバック工程で大きくコアバックさせることにより微細気泡を有する発泡体を成形する方法も考えられる。しかしながら、この方法においても、第1のコアバック工程において、重量物である可動型を高速に移動させる必要がある。従って、特許文献1に記載の方法と同様に、この方法においても、十分に微細気泡を有する発泡体を得ることが困難であるという問題がある。
In addition, as a method of forming a foam having fine bubbles, for example, in the first core back step, the core core is generated at a high speed by small core back, and then the core core is greatly increased in the second core back step. It is also conceivable to form a foam having fine bubbles. However, even in this method, it is necessary to move the movable mold, which is a heavy object, at high speed in the first core back step. Therefore, similarly to the method described in
また、気体が溶解している溶融樹脂に超音波振動を印加することにより、気泡核を多数発生させた後にコアバックさせることにより微細気泡を有する発泡体を成形する方法も考えられる。この方法では、気泡核を生成させるために重量物である可動型を高速に移動させる必要はない。しかしながら、可動型と固定型とが大きな力で締め付けられている状態において、気泡核の発生を助長させる程度の大きさの超音波振動を重量物である成形型に印加することは困難である。 A method of forming a foam having fine bubbles by applying ultrasonic vibration to a molten resin in which a gas is dissolved to generate a large number of bubble nuclei and then performing core back is also conceivable. In this method, there is no need to move the movable mold, which is a heavy object, at high speed in order to generate bubble nuclei. However, in a state where the movable mold and the fixed mold are fastened with a large force, it is difficult to apply ultrasonic vibrations of a size that promotes the generation of bubble nuclei to the heavy mold.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、微細気泡を有し、高強度な発泡体を成形する方法及びそれに用いられる発泡体の製造装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this point, The objective is to provide the manufacturing apparatus of the foam which has a microbubble and shape | molds a high intensity | strength foam, and it is used therefor.
本発明に係る発泡体の製造方法は、注入工程と、減圧工程と、発泡工程とを備えている。注入工程は、キャビティに、キャビティの容積よりも少ない体積の溶融樹脂を注入する工程である。減圧工程は、注入工程の後に、キャビティ内の気体をキャビティ外に排出することによりキャビティを減圧する工程である。発泡工程は、前記減圧工程の後に、溶融樹脂を発泡させる工程である。 The method for producing a foam according to the present invention includes an injection step, a pressure reduction step, and a foaming step. The injection step is a step of injecting a molten resin having a volume smaller than the volume of the cavity into the cavity. The decompression step is a step of decompressing the cavity by discharging the gas in the cavity outside the cavity after the injection step. The foaming step is a step of foaming the molten resin after the decompression step.
本発明に係る発泡体の製造方法のある特定の局面では、発泡工程は、減圧されたキャビティの容積を拡大することにより溶融樹脂を発泡させる工程である。 On the specific situation with the manufacturing method of the foam which concerns on this invention, a foaming process is a process of foaming molten resin by enlarging the volume of the pressure-reduced cavity.
本発明に係る発泡体の製造方法の他の特定の局面では、発泡体の製造方法は、注入工程に先立って、キャビティに気体を注入することによりキャビティの圧力を高める加圧工程をさらに備えている。この構成によれば、キャビティに樹脂が注入されるときにキャビティの圧力が高くなる。このため、注入工程における樹脂の発泡を抑制することができる。従って、大きな気泡の発生を抑制することができる。 In another specific aspect of the foam manufacturing method according to the present invention, the foam manufacturing method further includes a pressurizing step of increasing the pressure of the cavity by injecting a gas into the cavity prior to the injection step. Yes. According to this configuration, the pressure of the cavity increases when resin is injected into the cavity. For this reason, foaming of the resin in the injection process can be suppressed. Therefore, generation of large bubbles can be suppressed.
本発明に係る発泡体の製造方法の別の特定の局面では、加圧工程において注入される気体の圧力は、0.5MPa〜10MPaの範囲内である。加圧工程において注入される気体の圧力を0.5MPa以上とすることにより、減圧工程前の溶融樹脂の発泡を効果的に抑制することができる。減圧工程前の溶融樹脂の発泡をより効果的に抑制する観点からは、加圧工程において注入される気体の圧力は高い方が好ましい。しかしながら、加圧工程において注入される気体の圧力が10MPaを超えると、発泡体の表面に転写ムラが生じ、外観が悪化する場合がある。また、気体が断熱膨張することにより高温になり、樹脂が劣化する場合がある。 In another specific aspect of the method for producing a foam according to the present invention, the pressure of the gas injected in the pressurizing step is in the range of 0.5 MPa to 10 MPa. By setting the pressure of the gas injected in the pressurizing step to 0.5 MPa or more, foaming of the molten resin before the depressurizing step can be effectively suppressed. From the viewpoint of more effectively suppressing foaming of the molten resin before the decompression step, it is preferable that the pressure of the gas injected in the pressurization step is higher. However, if the pressure of the gas injected in the pressurization step exceeds 10 MPa, transfer unevenness may occur on the surface of the foam and the appearance may deteriorate. In addition, when the gas adiabatically expands, the temperature may increase and the resin may deteriorate.
本発明に係る発泡体の製造方法のさらに他の特定の局面では、加圧工程において注入される気体の圧力は、8MPa〜10MPaの範囲内である。加圧工程において注入される気体の圧力を8MPa以上とすることにより、減圧工程前の溶融樹脂の発泡をさらに効果的に抑制することができる。 In still another specific aspect of the method for producing a foam according to the present invention, the pressure of the gas injected in the pressurizing step is in the range of 8 MPa to 10 MPa. By setting the pressure of the gas injected in the pressurizing step to 8 MPa or more, foaming of the molten resin before the depressurizing step can be more effectively suppressed.
本発明に係る発泡体の製造方法のさらに別の特定の局面では、減圧工程における減圧速度は、5MPa/秒〜100MPa/秒の範囲内である。減圧工程における減圧速度を5MPa/秒以上とすることにより、より多くの気泡核を生成させることができる。従って、より多くの気泡を有する発泡体の成形が可能となる。より多くの気泡核を生成させる観点から、減圧工程における減圧速度は、高い方が好ましい。しかしながら、減圧工程における減圧速度が100MPa/秒を超えると、気体が断熱膨張し、周辺の温度が急激に低下して転写ムラが生じ、外観が悪化する場合がある。 In still another specific aspect of the method for producing a foam according to the present invention, the pressure reduction rate in the pressure reduction step is in a range of 5 MPa / second to 100 MPa / second. By setting the depressurization speed in the depressurization step to 5 MPa / second or more, more bubble nuclei can be generated. Therefore, it is possible to mold a foam having more bubbles. From the viewpoint of generating more bubble nuclei, the pressure reduction rate in the pressure reduction step is preferably higher. However, when the depressurization speed in the depressurization step exceeds 100 MPa / sec, the gas adiabatically expands, the temperature around the abruptly decreases, transfer unevenness occurs, and the appearance may deteriorate.
本発明に係る発泡体の製造方法のまた他の特定の局面では、減圧工程における減圧速度は、80MPa/秒〜100MPa/秒の範囲内である。減圧工程における減圧速度を80MPa/秒以上とすることにより、より多くの気泡核を生成させることができる。従って、より多くの気泡を有する発泡体の成形が可能となる。 In still another specific aspect of the method for producing a foam according to the present invention, the pressure reduction rate in the pressure reduction step is in the range of 80 MPa / second to 100 MPa / second. By setting the pressure reduction rate in the pressure reduction step to 80 MPa / second or more, more bubble nuclei can be generated. Therefore, it is possible to mold a foam having more bubbles.
本発明に係る発泡体の製造方法のまた別の特定の局面では、溶融樹脂の発泡を、キャビティの減圧を開始してから0.1秒後〜5秒後の間に開始する。溶融樹脂の発泡の開始を、キャビティの減圧の開始から0.1秒以上遅らせることにより、十分な数量の気泡核を発生させることができる。従って、微細な発泡を多数形成することができる。なお、溶融樹脂の発泡の開始を、キャビティの減圧の開始から5秒より長く遅らせた場合は、発泡時の溶融樹脂の温度が低くなりすぎ、発泡しないスキン層が厚くなりすぎる場合がある。 In another specific aspect of the method for producing a foam according to the present invention, foaming of the molten resin is started between 0.1 second and 5 seconds after the start of cavity pressure reduction. A sufficient number of bubble nuclei can be generated by delaying the start of foaming of the molten resin by 0.1 second or more from the start of the cavity decompression. Therefore, many fine foams can be formed. In addition, when the start of foaming of the molten resin is delayed for more than 5 seconds from the start of the decompression of the cavity, the temperature of the molten resin at the time of foaming becomes too low, and the skin layer that does not foam may become too thick.
本発明に係る発泡体の製造方法のさらにまた他の特定の局面では、減圧工程は、キャビティを減圧することにより溶融樹脂中に気泡核を生成させる工程であり、発泡工程は、減圧工程において生成した気泡核を成長させて気泡を形成する工程である。 In still another specific aspect of the method for producing a foam according to the present invention, the depressurization step is a step of generating bubble nuclei in the molten resin by depressurizing the cavity, and the foaming step is generated in the depressurization step. This is a step of growing the bubble nuclei to form bubbles.
本発明に係る発泡体の製造装置は、上記本発明に係る発泡体の製造方法の実施に用いられる装置である。本発明に係る発泡体の製造装置は、成形型と、射出機構と、減圧機構と、移動機構とを備えている。成形型は、第1の成形型と、第2の成形型とを有する。第2の成形型は、第1の成形型と共にキャビティを区画形成している。成形型では、第1及び第2の成形型のうちの少なくとも一方が、キャビティの体積が変化する方向に相対的に変位可能である。射出機構は、キャビティに溶融樹脂を射出する。減圧機構は、キャビティを減圧する。移動機構は、第1及び第2の成形型を相対的に移動させる。 The foam production apparatus according to the present invention is an apparatus used for carrying out the foam production method according to the present invention. The foam manufacturing apparatus according to the present invention includes a mold, an injection mechanism, a pressure reducing mechanism, and a moving mechanism. The mold has a first mold and a second mold. The second mold forms a cavity with the first mold. In the mold, at least one of the first and second molds is relatively displaceable in the direction in which the cavity volume changes. The injection mechanism injects molten resin into the cavity. The decompression mechanism decompresses the cavity. The moving mechanism relatively moves the first and second molds.
本発明に係る発泡体の製造装置のある特定の局面では、発泡体の製造装置は、射出機構、減圧機構及び移動機構を制御する制御部をさらに備え、制御部は、射出機構に、キャビティの容積よりも小さい体積の溶融樹脂をキャビティに注入させた後に、減圧機構にキャビティを減圧させ、その後、移動機構に第1及び第2の成形型を相対的に移動させてキャビティを拡大することにより溶融樹脂を発泡させる。 In a specific aspect of the foam manufacturing apparatus according to the present invention, the foam manufacturing apparatus further includes a control unit that controls the injection mechanism, the pressure reduction mechanism, and the movement mechanism, and the control unit includes After injecting a molten resin having a volume smaller than the volume into the cavity, the pressure reducing mechanism depressurizes the cavity, and then the moving mechanism relatively moves the first and second molds to enlarge the cavity. The molten resin is foamed.
本発明に係る発泡体の製造装置の他の特定の局面では、発泡体の製造装置は、キャビティを加圧する加圧機構をさらに備えている。 In another specific aspect of the foam manufacturing apparatus according to the present invention, the foam manufacturing apparatus further includes a pressurizing mechanism that pressurizes the cavity.
本発明に係る発泡体の製造装置の他の特定の局面では、減圧機構は、キャビティに接続されているチャンバと、チャンバに接続されており、チャンバを減圧するポンプと、チャンバとキャビティとの間を断続する開閉弁とを有する。この構成では、開閉弁を開けて、ポンプにより減圧されたチャンバをキャビティに接続することによりキャビティを容易に迅速に減圧することができる。このため、より微細な多数の気泡核を形成することができる。その結果、より微細な多数の気泡を有する発泡体を成形することが可能となる。 In another specific aspect of the foam production apparatus according to the present invention, the decompression mechanism includes a chamber connected to the cavity, a pump connected to the chamber and decompressing the chamber, and between the chamber and the cavity. And an on-off valve that intermittently interrupts. In this configuration, the cavity can be easily decompressed quickly by opening the on-off valve and connecting the chamber decompressed by the pump to the cavity. For this reason, many finer bubble nuclei can be formed. As a result, it is possible to mold a foam having a larger number of fine bubbles.
本発明では、発泡工程の前に開始される減圧工程において、キャビティの気体をキャビティ外に排出することによりキャビティを減圧するため、キャビティの迅速な減圧を容易に行うことができる。このため、減圧工程において、多数の微細な気泡核を生成させることができる。その結果、発泡工程において、多数の微細な気泡を形成することができる。従って、多数の微細な気泡を有し、高強度の発泡体を製造することができる。 In the present invention, in the decompression process started before the foaming process, the cavity is decompressed by discharging the gas in the cavity to the outside of the cavity, so that rapid decompression of the cavity can be easily performed. For this reason, many fine bubble nuclei can be produced | generated in a pressure reduction process. As a result, a large number of fine bubbles can be formed in the foaming step. Therefore, it is possible to produce a high-strength foam having a large number of fine bubbles.
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例として、図1に示す発泡体製造装置1を例に挙げて説明する。
Hereinafter, the
図1に示すように、発泡体製造装置1は、成形型10を備えている。成形型10は、対をなす第1及び第2の成形型11,12を有する。第1及び第2の成形型11,12は、第1の方向xに付き合わされており、第1及び第2の成形型11,12の間には、キャビティ13が形成されている。具体的には、第1の成形型11の第2の成形型12側の表面には、凹部11aが形成されている。一方、第2の成形型12の第1の成形型11側の表面には、凸部12aが形成されている。この凸部12aが凹部11aに嵌合することにより、第1及び第2の成形型11,12の間にキャビティ13が形成されている。なお、キャビティ13の形状及び寸法は、成形しようとする発泡体の形状及び寸法に基づいて適宜設定することができる。
As shown in FIG. 1, the
第2の成形型12には、キャビティ13に接続されているゲート12bが形成されている。このゲート12bには、射出機構15が接続されている。射出機構15は、ホッパー16から供給された樹脂を加熱することにより溶融する。射出機構15は、溶融樹脂をゲート12bを介してキャビティ13に射出する。なお、図1では、ゲート12bをひとつのみ図示しているが、ゲートは複数設けられていてもよい。ゲートの数量及び位置は、キャビティ13の形状寸法に応じて適宜設定することができる。
A
本実施形態では、第1及び第2の成形型11,12のうちの少なくとも一方は、他方の成形型に対して、キャビティ13の体積が変化する方向xに相対的に変位可能である。具体的には、本実施形態では、第1の成形型11が可動型とされており、第2の成形型12が固定型とされている。第1の成形型11は、第2の成形型12に対して方向xに変位可能である。
In the present embodiment, at least one of the first and
移動型としての第1の成形型11は、移動機構14に接続されている。この移動機構14は、第1及び第2の成形型11,12を相対的に移動させる機構である。具体的には、移動機構14は、第1の成形型11を方向xに移動させる。なお、移動機構14は、例えば、油圧シリンダ、電動モータなどにより構成することができる。
The
また、本実施形態では、キャビティ13には、第1の成形型11に形成されている加圧経路11bを介して、加圧機構20が接続されている。
In the present embodiment, a
加圧機構20は、キャビティ13に気体を供給することによりキャビティ13を加圧する機構である。詳細には、加圧機構20は、チャンバ22と、加圧ポンプ21と、開閉弁23とを備えている。加圧ポンプ21は、チャンバ22内に気体を供給することによりチャンバ22を加圧する。開閉弁23は、チャンバ22とキャビティ13との間に設けられている。開閉弁23は、チャンバ22とキャビティ13との間を断続する。加圧機構20では、開閉弁23が閉鎖された状態で、加圧ポンプ21によりチャンバ22内が加圧された状態となっている。そして、開閉弁23が開かれることにより、加圧されたチャンバ22とキャビティ13とが接続され、キャビティ13が加圧される。
The
なお、チャンバ22の形状及び寸法は、キャビティ13の形状寸法及び加圧ポンプ21の性能などに応じて適宜設定することができる。チャンバ22の容積は、通常、キャビティ13の容積よりも大きいことが好ましく、キャビティ13の容積の3倍以上10倍以下であることがより好ましい。チャンバ22の容積がキャビティ13の容積に対して小さすぎると、迅速にキャビティ13を加圧することが困難となる傾向にある。一方、チャンバ22の容積がキャビティ13の容積に対して大きすぎると、発泡体製造装置1が大型化する傾向にある。
The shape and size of the
また、キャビティ13には、第1の成形型11に形成されている減圧経路11cを介して、減圧機構30が接続されている。
In addition, a
減圧機構30は、キャビティ13の気体を排出することによりキャビティ13を減圧する機構である。詳細には、減圧機構30は、チャンバ32と、減圧ポンプ31と、開閉弁33とを備えている。減圧ポンプ31は、チャンバ32内の気体をチャンバ32から排出することによりチャンバ32内を減圧する。開閉弁33は、チャンバ32とキャビティ13との間に設けられている。開閉弁33は、チャンバ32とキャビティ13との間を断続する。減圧機構30では、開閉弁33が閉鎖された状態で、減圧ポンプ31によりチャンバ32内が減圧された状態となっている。そして、開閉弁33が開かれることにより、減圧されたチャンバ32とキャビティ13とが接続され、キャビティ13が減圧される。
The
なお、チャンバ32の形状及び寸法は、キャビティ13の形状寸法及び減圧ポンプ31の性能などに応じて適宜設定することができる。チャンバ32の容積は、通常、キャビティ13の容積よりも大きいことが好ましく、キャビティ13の容積の3倍以上10倍以下であることがより好ましい。チャンバ32の容積がキャビティ13の容積に対して小さすぎると、キャビティ13を十分に迅速に減圧することが困難となる傾向にある。一方、チャンバ32の容積がキャビティ13の容積に対して大きすぎると、発泡体製造装置1が大型化する傾向にある。
The shape and size of the
また、本実施形態の発泡体製造装置1には、制御部19が設けられている。この制御部19によって、上述の射出機構15と、加圧機構20と、減圧機構30と、移動機構14とが制御される。
Moreover, the
次に、本実施形態の発泡体製造装置1を用いた発泡体の製造方法について、図2に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
Next, a foam manufacturing method using the
図2及び図3に示すように、まず、ステップS1において、加圧工程が行われる。この加圧工程では、図1に示す制御部19は、加圧機構20にキャビティ13を加圧させる。具体的には、制御部19は、加圧機構20の開閉弁23を開けることにより、加圧ポンプ21により加圧されているチャンバ22とキャビティ13とを接続する。これにより、キャビティ13にチャンバ22内の気体が注入され、キャビティ13が加圧される。
As shown in FIG.2 and FIG.3, first, in step S1, a pressurization process is performed. In this pressurizing step, the
このように、後述する注入工程においてキャビティ13に溶融樹脂40が注入される前に、キャビティ13を予め加圧しておくことにより、後述する減圧工程が開始される前に溶融樹脂40が発泡し、大きな気泡が発生することを抑制することができる。
Thus, by injecting the
なお、この加圧工程は、少なくとも下記の注入工程が開始されるまでに開始される。加圧工程は、注入工程が開始されるまでに終了してもよいし、下記の減圧工程が開始されるまで継続されてもよい。 In addition, this pressurization process is started by the time of the following injection | pouring process being started at least. The pressurization process may be completed before the injection process is started, or may be continued until the following decompression process is started.
加圧工程において注入される気体の圧力(以下、「与圧」とする。)は、0.5MPa〜10MPaの範囲内であることが好ましく、8MPa〜10MPaの範囲内であることがより好ましい。与圧を0.5MPa以上、より好ましくは8MPa以上とすることにより、減圧工程が開始される前における溶融樹脂40の発泡をより効果的に抑制することができる。減圧工程が開始される前における溶融樹脂40の発泡を効果的に抑制する観点からは、与圧は高いほど好ましいが、与圧が10MPaを超えると、発泡体表面に転写ムラが生じ、外観が悪化する場合がある。また、気体が断熱膨張することにより高温になり、樹脂が劣化する場合がある。
The pressure of the gas injected in the pressurizing step (hereinafter referred to as “pressurization”) is preferably in the range of 0.5 MPa to 10 MPa, and more preferably in the range of 8 MPa to 10 MPa. By setting the pressure to 0.5 MPa or more, more preferably 8 MPa or more, foaming of the
次に、図2に示すステップS2において、図4に示す注入工程が行われる。なお、図4及び下記の図5,6では、説明の便宜上、溶融樹脂40にハッチングを附していない。
Next, in step S2 shown in FIG. 2, the injection step shown in FIG. 4 is performed. In FIG. 4 and the following FIGS. 5 and 6, the
注入工程では、制御部19は、射出機構15に溶融樹脂40をキャビティ13に注入させる。この注入工程において、キャビティ13に注入される溶融樹脂40の体積は、キャビティ13の容積よりも小さい。すなわち、ステップS2の注入工程では、キャビティ13に隙間が形成されるように溶融樹脂40が注入される。これにより、後述する減圧工程において、溶融樹脂40中に微細な気泡核41を効果的に発生させることができる。
In the injection process, the
注入工程においてキャビティ13に注入される溶融樹脂40の好ましい体積は、キャビティ13の容積の0.85倍〜0.99倍であり、0.94倍〜0.98倍であることがより好ましい。
The preferable volume of the
なお、溶融樹脂40の種類は、熱可塑性樹脂である限りにおいて特に限定されず、製造しようとする発泡体に応じて適宜選択することができる。溶融樹脂40は、例えば、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリメタクリル酸エステル系樹脂またはそれらの2種以上を混合した樹脂であってもよい。なかでも、軽量性、発泡性、リサイクル性などの観点から、ポリプロピレン系樹脂及びポリエチレン系樹脂が溶融樹脂40として好ましく用いられる。
The type of the
また、溶融樹脂40は、1種または複数種類の発泡剤を含んでいてもよい。発泡剤としては、例えば、既知の化学発泡剤や物理発泡剤を使用することができる。化学発泡剤は、熱により分解して炭酸ガスなどの気体を発生するものである。化学発泡剤の具体例としては、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウムなどの無機系化学発泡剤やアゾジカルボンアミドなどの有機系化学発泡剤が挙げられる。
Moreover, the
物理発泡剤は、例えば、溶融樹脂40中にガス状または超臨界流体として注入され、溶融樹脂40内に分散または溶解しているガスにより構成される。物理発泡剤を含む溶融樹脂40は、キャビティ13に射出された後に、溶融樹脂40に付与される圧力が小さくなることにより、発泡する。物理発泡剤の具体例としては、ブタンなどの脂肪族炭化水素類、シクロブタンなどの脂環式炭化水素類、窒素、炭酸ガス、空気などの無機ガスが挙げられる。
The physical foaming agent is composed of, for example, a gas injected into the
また、溶融樹脂40には、製造する発泡体に種々の機能を付与するために、既知の添加物が添加されていてもよい。
In addition, known additives may be added to the
図2に示すように、ステップS2の注入工程に続いて、ステップS3において、減圧工程が行われる。この減圧工程では、図1に示す制御部19は、減圧機構30にキャビティ13を減圧させる。具体的には、減圧工程では、制御部19は、開閉弁33を開けることにより、減圧ポンプ31によって減圧されているチャンバ32をキャビティ13に接続する。これにより、キャビティ13の気体がキャビティ13外に排出される。その結果、キャビティ13が減圧される。この減圧工程において、図5に示すように、溶融樹脂40中に多数の気泡核41が生成する。生成する気泡核41の数量は、減圧工程におけるキャビティ13の減圧速度に依存する。具体的には、キャビティ13の減圧速度が高いほど、多数の気泡核41が生成する。なお、キャビティ13の減圧速度をより高める観点から、チャンバ32の容積は、キャビティ13の容積の3倍以上であることが好ましく、5倍以上であることがより好ましい。
As shown in FIG. 2, following the injection process in step S2, a decompression process is performed in step S3. In this decompression step, the
次に、図2に示すように、ステップS4において、溶融樹脂40を発泡させる発泡工程が行われる。この発泡工程により内部に多数の気泡42(図6を参照)が形成された発泡体43が得られる。
Next, as shown in FIG. 2, a foaming process for foaming the
発泡工程は、詳細には、ステップS3の減圧工程において生じた気泡核41を成長させて気泡42を形成する工程である。具体的には、本実施形態では、図6に示すように、発泡工程は、移動型としての第1の成形型11を第2の成形型12から離れる方向に移動させることでキャビティ13の容積を拡大することにより溶融樹脂40を発泡させる工程である。もっとも、本発明において、溶融樹脂40の発泡は、キャビティ13の拡大以外の方法によって行ってもよい。
Specifically, the foaming process is a process of growing the
次に、本実施形態の方法によって多数の微細な気泡42を有する発泡体43を成形できる理由について詳細に説明する。
Next, the reason why the
発泡体は、溶融樹脂中に生成した気泡核が成長することにより形成される。このため、より多くの気泡を有する発泡体を成形するためには、より多くの気泡核を生成させることが必要不可欠となる。ここで、上述のように、生成する気泡核の数量は、キャビティの減圧速度に依存する。具体的には、キャビティの減圧速度が高いほど、多くの気泡が生成する。 The foam is formed by the growth of bubble nuclei generated in the molten resin. For this reason, in order to form a foam having more bubbles, it is essential to generate more bubble nuclei. Here, as described above, the number of bubble nuclei to be generated depends on the decompression speed of the cavity. Specifically, the higher the pressure reduction rate of the cavity, the more bubbles are generated.
しかしながら、可動型を移動させてキャビティを拡大することによりキャビティを減圧する方法では、可動型が重量物であるため、十分に高い減圧速度でキャビティを減圧することが困難である。従って、可動型を移動させてキャビティを拡大することによりキャビティを減圧する方法では、十分に多くの気泡核を生成させることが困難である。よって、多数の微細な気泡を有する発泡体を成形することは困難である。 However, in the method in which the cavity is decompressed by moving the movable mold and enlarging the cavity, it is difficult to decompress the cavity at a sufficiently high decompression speed because the movable mold is heavy. Accordingly, it is difficult to generate a sufficiently large number of bubble nuclei by the method of depressurizing the cavity by moving the movable mold to enlarge the cavity. Therefore, it is difficult to mold a foam having a large number of fine bubbles.
それに対して、本実施形態では、キャビティ13の気体をキャビティ13外に排出することでキャビティ13を減圧する。この方法では、重量物である第1の成形型11を高速に移動させる必要がない。よって、迅速にキャビティ13を減圧することができる。従って、多くの気泡核41を生成させることができる。その結果、多数の気泡42を有する発泡体43を成形することができる。このように、本実施形態では、多数の気泡42を形成することができるため、曲げ剛性が高く、高強度であり、さらに、断熱性に優れた発泡体43を得ることができる。また、本実施形態の方法では、気泡核を生成させるための気泡核生成剤を樹脂中に添加する必要が必ずしもない。このため、リサイクル性に優れ、かつ軽量な発泡体43を得ることができる。
On the other hand, in this embodiment, the
特に、本実施形態では、開閉弁33を開けて減圧されたチャンバ32とキャビティ13とを接続することによりキャビティ13を減圧する。このため、例えば、減圧ポンプ31を直接キャビティ13に接続する場合と比較して、より迅速にキャビティ13を減圧することができる。従って、さらに多くに気泡核41を生成させることができる。その結果、さらに多くの気泡42を有し、さらに高い強度を有する発泡体43を成形することができる。
In particular, in this embodiment, the
減圧工程におけるキャビティ13の減圧速度は、5MPa/秒〜100MPa/秒の範囲内であることが好ましく、80MPa/秒〜100MPa/秒の範囲内であることがより好ましい。減圧工程における減圧速度を5MPa/秒以上、より好ましくは80MPa/秒以上とすることにより、より多くの気泡核を生成させることができる。従って、より多くの気泡を有する発泡体の成形が可能となる。より多くの気泡核を生成させる観点から、減圧工程における減圧速度は、高い方が好ましい。しかしながら、減圧工程における減圧速度が100MPa/秒を超えると、気体が断熱膨張する影響により、装置の温度が極端に低下し、装置に霜などが付着して、減圧速度が不安定になったり、転写ムラが生じたりするなど、外観が悪化する場合がある。
The decompression speed of the
また、減圧工程の開始後、発泡工程の開始直前におけるキャビティ13内の圧力は、溶融樹脂の種類や温度等にも依存するが、一般的には、0.01Pa〜0.15Paの範囲内であることが好ましく、0.01Pa〜0.08Paの範囲内であることがより好ましい。
In addition, the pressure in the
なお、発泡工程の開始時期は、減圧工程の開始後であれば特に限定されないが、減圧工程開始から0.1秒後〜5秒後の間に開始することが好ましい。発泡工程の開始を減圧工程の開始から0.1秒以上遅らせることにより、十分な数量の気泡核を発生させることができる。従って、微細な発泡を多数形成することができる。発泡工程の開始を、減圧工程の開始時から5秒より長く遅らせた場合は、発泡時の溶融樹脂の温度が低くなりすぎ、発泡しないスキン層が厚くなりすぎる場合がある。 The start time of the foaming process is not particularly limited as long as it is after the start of the decompression process, but is preferably started between 0.1 second and 5 seconds after the start of the decompression process. A sufficient number of bubble nuclei can be generated by delaying the start of the foaming step by 0.1 second or more from the start of the pressure reduction step. Therefore, many fine foams can be formed. When the start of the foaming process is delayed for more than 5 seconds from the start of the decompression process, the temperature of the molten resin at the time of foaming becomes too low, and the skin layer that does not foam may become too thick.
(変形例)
上記実施形態では、減圧機構30が、減圧ポンプ31と、チャンバ32と、開閉弁33とにより構成されている例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。例えば、減圧機構30は、減圧ポンプのみにより構成されていてもよい。
(Modification)
In the above-described embodiment, the example in which the
また、上記実施形態では、加圧機構20が、加圧ポンプ21と、チャンバ22と、開閉弁23とにより構成されている例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。例えば、加圧機構20は、加圧ポンプのみにより構成されていてもよい。
Moreover, in the said embodiment, the
加圧経路11b及び後述する減圧経路11cが第1の成形型11に形成されている例について説明するが、加圧経路11b及び減圧経路11cのうちの少なくとも一方を第2の成形型12に形成してもよい。
An example in which a
(実施例1)
ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー社製ポリプロピレン樹脂、グレード:J830HV)100重量部、化学発泡剤(永和化成工業社製化学発泡剤EE275F)10重量部、及びポリエチレン樹脂(プライムポリマー社製ポリエチレン樹脂、グレード:15150J)3重量部をホッパー16から投入し、射出機構15で、溶融し、混練した。次に、200℃の溶融樹脂を、10MPaの炭酸ガスが充満している肉厚1mmのキャビティ13に100mm/秒で注入した。この際、成形型10の温度は、50℃とした。キャビティ13に注入した溶融樹脂の体積は、キャビティ13の容積の98%とした。
Example 1
100 parts by weight of a polypropylene resin (polypropylene resin manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., grade: J830HV), 10 parts by weight of a chemical foaming agent (chemical foaming agent EE275F manufactured by Eiwa Kasei Kogyo Co., Ltd.), and a polyethylene resin (polyethylene resin manufactured by Prime Polymer Co., Ltd .: grade 15150J) 3 parts by weight were charged from the
その後、開閉弁33を開き、100MPa/秒で減圧した。減圧を開始してから0.5秒後に、第1の成形型11を、キャビティ13の肉厚が3.0mmとなるまで、25mm/secで移動し、溶融樹脂40を発泡させた。
Thereafter, the on-off
得られた発泡体43を成形型10から取り出し、気泡42の数量、気泡42の平均径、発泡体43の曲げ弾性率及び熱伝導率を測定した。なお、発泡層の気泡の数量は、成形品の断面を切断し、断面において3mm×3mmの領域を光学式顕微鏡により気泡の数を測定した。気泡の平均径は、光学式顕微鏡に付随している長さが刻まれているスケールを用いて測定した。発泡体43の曲げ弾性率は、万能材料試験機テンシロンにより測定した。発泡体43の熱伝導率は、1辺50mmの板状にカットし、アルバック理工(株)定常法熱伝導率測定装置により測定した。測定結果を下記の表1に示す。
The obtained
(実施例2)
溶融樹脂を注入するときのキャビティ13の圧力を8MPaとし、減圧速度を80MPa/秒としたこと以外は、上記実施例1と同様にして発泡体43を成形し、気泡42の数量、気泡42の平均径、発泡体43の曲げ弾性率及び熱伝導率を測定した。測定結果を下記の表1に示す。
(Example 2)
Except that the pressure of the
(実施例3)
溶融樹脂を注入するときのキャビティ13の圧力を4MPaとし、減圧速度を30MPa/秒としたこと以外は、上記実施例1と同様にして発泡体43を成形し、気泡42の数量、気泡42の平均径、発泡体43の曲げ弾性率及び熱伝導率を測定した。測定結果を下記の表1に示す。
Example 3
Except that the pressure of the
(比較例1)
加圧しない状態で溶融樹脂をキャビティに注入し、減圧工程を行わなかったこと以外は、上記実施例1と同様にして発泡体を成形し、気泡の数量、気泡の平均径、発泡体の曲げ弾性率及び熱伝導率を測定した。測定結果を下記の表1に示す。
(Comparative Example 1)
Except for not injecting the molten resin into the cavity and performing the decompression step, the foam was molded in the same manner as in Example 1 above, and the number of bubbles, the average diameter of the bubbles, the bending of the foam Elastic modulus and thermal conductivity were measured. The measurement results are shown in Table 1 below.
(比較例2)
溶融樹脂の射出速度を200mm/秒としたこと以外は、上記比較例1と同様にして発泡体を成形し、気泡の数量、気泡の平均径、発泡体の曲げ弾性率及び熱伝導率を測定した。測定結果を下記の表1に示す。
(Comparative Example 2)
Except that the injection speed of the molten resin was set to 200 mm / second, a foam was formed in the same manner as in Comparative Example 1, and the number of bubbles, the average diameter of the bubbles, the bending elastic modulus and the thermal conductivity of the foam were measured. did. The measurement results are shown in Table 1 below.
上記の表1に示すように、減圧工程を行わなかった比較例1,2では、気泡の数が2.5個/mm2以下と少なく、平均気泡径が900μm以上と大きかった。そして、曲げ弾性率が100MPa以下と小さく、熱伝導率が0.11W/m/K以上と大きかった。 As shown in Table 1 above, in Comparative Examples 1 and 2 in which the decompression step was not performed, the number of bubbles was as small as 2.5 / mm 2 or less, and the average bubble diameter was as large as 900 μm or more. The bending elastic modulus was as small as 100 MPa or less, and the thermal conductivity was as large as 0.11 W / m / K or more.
それに対して、減圧工程を行った実施例1〜3では、気泡の数が3.0個/mm2以上と多く、平均気泡径が800μm以下と小さかった。この結果から、発泡工程に先立って減圧工程を行うことにより、微細な気泡を多数形成できることがわかる。また、与圧が4MPaであり、減圧速度が30MPa/秒である実施例3では、気泡の数が3.0個/mm2であり、平均気泡径が800μmであったのに対して、与圧が8MPa以上であり、減圧速度が80MPa/秒以上である実施例1,2では、気泡の数が6.0個/mm2以上であり、平均気泡径が450μm以下であった。この結果から、溶融樹脂注入時のチャンバの圧力を8MPa以上とすることにより、より微細な気泡をより多数形成できることがわかる。また、減圧速度を80MPa/秒以上とすることにより、より微細な気泡をより多数形成できることがわかる。 On the other hand, in Examples 1 to 3 in which the decompression step was performed, the number of bubbles was as large as 3.0 / mm 2 or more, and the average bubble diameter was as small as 800 μm or less. From this result, it can be seen that a large number of fine bubbles can be formed by performing the decompression step prior to the foaming step. Further, in Example 3 in which the pressurization pressure was 4 MPa and the pressure reduction rate was 30 MPa / sec, the number of bubbles was 3.0 / mm 2 and the average bubble diameter was 800 μm. In Examples 1 and 2 in which the pressure was 8 MPa or more and the pressure reduction rate was 80 MPa / second or more, the number of bubbles was 6.0 or more and mm 2 or more, and the average bubble diameter was 450 μm or less. From this result, it can be seen that more fine bubbles can be formed by setting the pressure of the chamber at the time of molten resin injection to 8 MPa or more. Moreover, it turns out that more fine bubbles can be formed more by making pressure reduction speed into 80 Mpa / sec or more.
1…発泡体製造装置
10…成形型
11…第1の成形型
11a…凹部
11b…加圧経路
11c…減圧経路
12…第2の成形型
12a…凸部
12b…ゲート
13…キャビティ
14…移動機構
15…射出機構
16…ホッパー
19…制御部
20…加圧機構
21…加圧ポンプ
22…チャンバ
23…開閉弁
30…減圧機構
31…減圧ポンプ
32…チャンバ
33…開閉弁
40…溶融樹脂
41…気泡核
42…気泡
43…発泡体
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記注入工程の後に、前記キャビティ内の気体を前記キャビティ外に排出することにより前記キャビティを減圧する減圧工程と、
前記減圧工程の後に、前記溶融樹脂を発泡させる発泡工程と、
を備える、発泡体の製造方法。 An injection step of injecting into the cavity a molten resin having a volume smaller than the volume of the cavity;
After the injecting step, a depressurizing step of depressurizing the cavity by discharging the gas in the cavity out of the cavity;
A foaming step of foaming the molten resin after the decompression step;
A method for producing a foam.
前記発泡工程は、前記減圧工程において生成した気泡核を成長させて気泡を形成する工程である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の発泡体の製造方法。 The depressurization step is a step of generating bubble nuclei in the molten resin by depressurizing the cavity,
The said foaming process is a manufacturing method of the foam as described in any one of Claims 1-7 which is a process of growing the bubble nucleus produced | generated in the said pressure reduction process, and forming a bubble.
第1の成形型と、前記第1の成形型と共に前記キャビティを区画形成している第2の成形型とを有し、前記第1及び第2の成形型のうちの少なくとも一方が、前記キャビティの体積が変化する方向に相対的に変位可能である成形型と、
前記キャビティに前記溶融樹脂を射出する射出機構と、
前記キャビティを減圧する減圧機構と、
前記第1及び第2の成形型を相対的に移動させる移動機構と、
を備える、発泡体の製造装置。 A foam production apparatus used for carrying out the foam production method according to claim 1,
A first mold, and a second mold that defines the cavity together with the first mold, and at least one of the first and second molds is the cavity. A mold that is relatively displaceable in the direction in which the volume changes,
An injection mechanism for injecting the molten resin into the cavity;
A decompression mechanism for decompressing the cavity;
A moving mechanism for relatively moving the first and second molds;
A foam production apparatus comprising:
前記制御部は、前記射出機構に、前記キャビティの容積よりも小さい体積の溶融樹脂を前記キャビティに注入させた後に、前記減圧機構に前記キャビティを減圧させ、その後、前記移動機構に前記第1及び第2の成形型を相対的に移動させて前記キャビティを拡大することにより前記溶融樹脂を発泡させる、請求項9に記載の発泡体の製造装置。 A control unit for controlling the injection mechanism, the pressure reducing mechanism, and the moving mechanism;
The control unit causes the injection mechanism to inject a molten resin having a volume smaller than the volume of the cavity into the cavity, then causes the pressure reducing mechanism to decompress the cavity, and then causes the moving mechanism to perform the first and The foam manufacturing apparatus according to claim 9, wherein the molten resin is foamed by relatively moving a second mold and enlarging the cavity.
前記キャビティに接続されているチャンバと、
前記チャンバに接続されており、前記チャンバを減圧するポンプと、
前記チャンバと前記キャビティとの間を断続する開閉弁と、
を有する、請求項9〜11のいずれか一項に記載の発泡体の製造装置。 The decompression mechanism is
A chamber connected to the cavity;
A pump connected to the chamber and depressurizing the chamber;
An on-off valve for intermittently connecting between the chamber and the cavity;
The foam production apparatus according to claim 9, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009073404A JP2010221618A (en) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | Method and apparatus for manufacturing foam |
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JP2021037741A (en) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | オトラジェット インコーポレイテッド. | Molding device and molding method |
-
2009
- 2009-03-25 JP JP2009073404A patent/JP2010221618A/en not_active Withdrawn
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