JP4802389B2 - プラスチック中空板、その製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック中空板に関し、その製造方法および製造装置にも関する。本発明により、軽量で剛性が強く、物理的特性の方向性がほとんどないプラスチック中空板が提供される。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック、代表的にはポリエチレンを材料とし、真空成形により多数のキャップを形成したキャップフィルムと、平坦なバックフィルムとを貼り合わせ、多数の密閉された空気室を形成したプラスチック製の気泡シートが、主として緩衝包装の分野で、また一部は断熱材として使用されている。
【０００３】
一方、プラスチックをハモニカ形状のダイから押し出して、２枚のシートの間を多数の平行するリブが接続した構造の、「段ボール型プラスチック」（略称は「段プラ」）と呼ばれる製品がある。この段プラにおいて、シートおよびリブの厚さを十分にとれば、かなり剛性の強いプラスチック中空板が製造できる。
【０００４】
段プラタイプのプラスチック中空板は、物理的特性と加工性に関して方向性が顕著であって、たとえば加工性の観点からすれば、リブの方向に沿う折り曲げは容易であるが、それに交差する方向の折り曲げは困難である。このような方向性は、用途によっては好ましいものであるが、方向性の小さいものが要求されることも少なくない。
【０００５】
物理的特性および加工性に関して方向性の小さいプラスチック中空板として、前記の気泡シートタイプのものにおいて、キャップシートのキャップの頂を連ねてもう１枚の平坦なライナーシートを貼り合わせた、三層品が採用可能である。つまり、気泡シートを構成する各フィルムの厚さを厚くして行けば、剛性が増して、プラスチック中空板として使用可能になる。図１に、そのような気泡シートタイプのプラスチック中空板の構造を示す。
【０００６】
ところが、気泡シートタイプのプラスチック中空板の製造には、製品に反りが生じるのが避け難いという問題がある。この反りの発生は、製造工程に原因があると考えられる。前述のように、気泡シート三層品の製造は、まず真空成形によるキャップシートの成形、そのキャップ底面つまりオープンセル側へのバックシートの貼り合わせ、そしてキャップの頂を連ねるようなライナーシートの貼り合わせという順に従う。温度の低いシートに温度の高いシートを貼り合わせれば、冷却したとき、収縮の度合いは後者の方が大きく、いわゆるバイメタル効果によって、反りは必然的に生じる。気泡シートタイプのプラスチック中空板は、製品の中心面に関して、構造的にも、熱履歴的にも非対称である。このようなわけで、反りは、中空板の幅方向にも長さ方向にも生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、気泡シートタイプのプラスチック中空板の製造に関する上記の問題を解決し、実用上差し支えないレベルまで反りをなくしたプラスチック中空板の製造方法を提供することにある。その製造方法を実施するための装置を提供することもまた、本発明の目的に含まれる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラスチック中空板の製造方法は、図１に示した、多数のキャップをもつキャップシート（Ｉ）、キャップシートのキャップ底部に貼り合わせた平坦なバックシート（II）、およびキャップ頂部を連ねて貼り合わせたもう１枚の平坦なライナーシート（III）の三層から構成されるプラスチック中空板を製造する方法において、下記の諸工程からなることを特徴とする。
Ａ）回転する金属の円筒に多数の凹みを設け、凹みの底を真空吸引源に接続した成形ロールを用いて、熱可塑化状態にあるプラスチックシートを真空成形して多数のキャップを有するキャップシートを形成すること、
Ｂ）キャップシートにバックシートを貼り合わせて二層品を形成すること、
Ｃ）二層品を、温度分布が均一な弾性体状態にすること、
Ｄ）弾性体状態の二層品を、幅方向の延伸手段上で、ライナーシートの収縮にほぼ見合う量だけ幅方向に延伸すること、
Ｅ）幅方向に延伸された二層品を、キャップ側が拡張されるような山なりの通路を通過させて、ライナーシートの収縮にほぼ見合う量だけ流れ方向に拡張した状態とし、その上に、熱可塑化状態にあるライナーシートを貼り合わせて三層品とすること、および
Ｆ）三層品を、ライナーシートが収縮するに任せて収縮させること。
【０００９】
上記の方法を実施するための本発明のプラスチック中空板製造装置は、図２に示したように、下記の部分を本質的な構成要素とする装置である：
イ）熱可塑化状態にあるキャップシート（Ｉ）用のプラスチックシートを真空成形によりキャップシートとするための、多数の凹みと真空吸引手段とをそなえた成形ロール（２）、
ロ）成形ロール上で成形されたキャップシート（Ｉ）のキャップの底面にバックシート（II）を貼り付けて二層品を得るための加圧ロール（３）、
ハ）二層品のスムーズ側に接触し、二層品を加熱して均一な温度にするための加熱手段（４）、たとえば加熱ロール群またはオーブン、
ニ）均一な温度に加熱された二層品を、幅方向に延伸する延伸手段（５）、
ホ）幅方向に延伸した二層品のスムーズ側に接触して、キャップ側を拡張するための、山なりの通路を形成する手段、および
ヘ）二層品のキャップ側にライナーシート（III）を貼り合わせて三層品（Ｖ）とするための、加圧ロール（８）。
【００１０】
【発明の実施形態】
本発明の製造方法は、製品プラスチック中空板にひずみをもたらす熱収縮の影響を、つぎのようにして小さくすることにより、結果として反りを顕著に減少させることに成功したものである。
【００１１】
すなわち、まず、キャップシートとバックシートとの貼り合わせに当たって、真空成形ロールに触れて若干冷却されたキャップシートに、より高温のバックシートを貼り合わせるので、冷却収縮はバックシートの方が大きい。ところが、断面を考えると、キャップシートは同心円の内側にあり、バックシートは外側にあるから、流れ方向に関する限り、収縮の大きいバックシートの方が、あらかじめより長い経路で置かれているから、冷却後の二層品においては、流れ方向の反りは小さくなる。
【００１２】
二層品において、幅方向のひずみは残っているが、続く加熱および延伸によって、それが減少する。この加熱は二層品に対して、幅方向には全長にわたって、また長さ方向にもある範囲の長さにわたって、たとえば±１℃というような厳密な温度コントロールが実現するように行なう。手段としては、複数の加熱ロールの列が適切であるが、オーブンを使用してもよい。
【００１３】
温度コントロールを受けた二層品を幅方向に延伸する手段として、最も一般的なものは、図示したようなテンターフレームである。それ以外の手段として有力なものは、エキスパンダーロールである。紡錘形のロールの表面に沿って二層品を走らせることにより、中程が膨れたシート形状になり、幅方向の延伸が行われる。ライナーシートに着目すれば、Ｔ−ダイから押し出されたのち若干のネックインが起こることは避けられず、それに伴って冷却時の収縮率も、幅方向の場所により、微妙な差異が生じる。この差異は、プラスチック材料とＴ−ダイに固有のものであるから、それに応じてエキスパンダーロールの曲率を場所により変化させればよい。
【００１４】
延伸された二層品は、ライナーシートを貼り合わせる時点では弾性体の状態であるから、貼り合わせ後にライナーシートが冷却され収縮するとき、二層品の部分も収縮して、ライナーシートの収縮に追随する。このようにして、三層品における反り、とくに幅方向の反りが減殺される。
【００１５】
二層品のキャップの頂にライナーシートを貼り合わせるときには、図４に示すように、二層品に山なりの通路を通過させてキャップ側が拡張された状態とし、その状態で貼り合わせを行なう。この山なりの形は、真空成形ロールにおけるキャップシートとバックシートとの関係に似て、より高温であって冷却時の収縮がより大きいライナーシートに対して、より長い経路を通らせること、言い換えれば、ライナーシートを長目に供給して、長手方向の収縮に備えることである。
【００１６】
山なりの経路を形成する手段には、種々の態様があり得る。図示した例はカマボコ型板（６）と２本の規制ロール（７Ａ，７Ｂ）との組み合わせであるが、それ以外にも、１本の大径のロール、山なりの経路に沿って配置した小径のロールの群、および複数のロールによって支持された無端ベルトなどが使用できる。これらは、設備は複雑になるが、バックシートとの摺動を避けることができて好ましい。小径のロール群は、山なりの経路の形状や長さを調節することができ、有利である。
【００１７】
このようにして、本発明においては、三層の積層に当たって、それぞれの層が冷却収縮する度合いの差に応じて、供給するシートの長さをあらかじめ変えることと、加熱および延伸によるひずみの減少とを組み合わせ、全体としてプラスチック中空板に残る最終的なひずみを、効果的に除去することに成功したものである。
【００１８】
上述の工程によってもなお、ひずみが残るために、反りが完全には解消しない場合もある。その対策としては、三層製品をアニーリング処理すること、すなわち、製品を材料の軟化点より低い温度に数分〜数十分維持して、その後、緩やかに冷却する処理をすることが推奨される。
【００１９】
本発明のプラスチック中空板を構成する３種のシート、すなわちキャップシート用、バックシート用およびライナーシート用のプラスチックシートは、いずれも熱可塑化した状態で加工するものであるから、Ｔ−ダイから溶融押出しされたプラスチックシートを使用することが有利である。３枚のシートを、図２に示すように、すべてＴ−ダイ（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）から溶融押出しして供給すれば、完全インライン操業が可能である。
【００２０】
しかし、同じ加工条件つまり熱可塑化した状態は、別に製造したこれらのシートを、いったんリールに巻き取ってから繰り出し、加熱ロールに接触させて所要の温度に加熱することによっても実現可能である。場合によっては、上記のＴ−ダイから直接溶融押出しすることと、加熱ロールによる可塑化とを併用することもできる。３種のシートの内、いずれか１種または２種をＴ−ダイから供給し、残る２種または１種を加熱ロールにより加熱することである。
【００２１】
本発明のプラスチック中空板の材料としては、熱可塑性であってシート化可能なものであれば、とくに制限はないが、プラスチック気泡シートの材料としてとくに有用な、ポリエチレンおよびポリプロピレンが、ここでも好適に使用可能である。熱収縮の挙動は、プラスチック材料ごとに固有であり、３層に同一材料を使用することが無難であるが、挙動を十分に把握すれば、それに応じて前述の延伸率を調節するなどの対応をすることにより、異種の材料を組み合わせ使用することも可能である。
【００２２】
製品のシート厚さや坪量、さらにキャップの直径および高さ、配置および密度などは、プラスチック中空板の用途に関連して所望される物理的特性、たとえば面方向の坐屈強度、面に垂直な方向の圧縮強度や、加工特性たとえば切断、曲げそのほかの加工性の良否等にしたがって選択する。プラスチック中空板の用途として現在展開されている、自動車の内装材、包装箱の材料などに関していえば、シートの厚さは、それぞれ下記の範囲が一般的であって、
キャップシート：２５０〜１５００μｍ、
バックシート： １２５〜８００μｍ、
ライナーシート：１２５〜１２００μｍ
この厚さは、坪量にして４５０〜３０００ｇ／ｍ^２に相当する。
【００２３】
キャップの直径は、３〜１５mmの範囲、高さはそれに応じて３〜１５mmの範囲が一般的である。配置は、千鳥配置、格子配置、斜め格子配置など、任意に選択できる。気泡シートに行なわれている千鳥配置は、方向性がないという点で好ましいが、切断や折り曲げ加工に関しては、格子配置が有利である。特性の方向性を全くなくした製品は、正方形の格子状にキャップを配置したものであるが、縦・横の方向により多少の方向性を持たせることをむしろ所望する場合は、キャップの密度を方向により変化させればよい。
【００２４】
本発明のプラスチック中空板には、製造に当たって、任意の添加剤、たとえば着色剤、充填剤、酸化防止剤、帯電防止剤、抗菌剤、燃焼補助剤などを添加できることはいうまでもない。
【００２５】
【実施例】
材料としてＨＩＰＰ「住友ノーブレン」（住友化学製）を使用し、図２に示した構成であって、３種のシートをすべてＴ−ダイから押し出して供給するようにした装置を用いて、プラスチック中空板を製造した。３種のシートの押し出し厚さはつぎのとおりであり、
キャップシート：６７０μｍ
バックシート： ３７０μｍ
ライナーシート：６３５μｍ
キャップの大きさは、外径が５mm、ピッチが８mmであって、配置は１５°傾斜配列である。
【００２６】
キャップシートとバックシートとを貼り合わせてなる二層品は、均熱ロールにより、幅方向の温度差が１００±１℃以内となるように均熱した。これを、テンターにおいて、横方向に２．５％延伸した。テンターで延伸された二層品は、温度が約９０℃に低下したが、その上に、温度約２３０℃のライナーシートをのせて、加圧ロールで貼り合わせて三層品とした。これに続くアニーリングは、同じテンターの延長上にある、赤外線加熱ランプを並べた、雰囲気温度約１５０℃の加熱トンネル内に約５秒間滞留させたのち、１分間かけて常温まで冷却することにより行なった。冷却後、縁を切り落として幅１０００mmとし、長さ２０００mmの定尺に切断した。
【００２７】
得られた三層のプラスチック中空板は、厚さが５mm、坪量が１５００ｇ／ｍ^２である。この製品の反りと、機械的強度を測定した。反りは、製品から１００cm角のサンプルを切り出し、平らな板の上に置いて最高部の高さを測り、
反り＝｛（高さ−板厚）／１００（各辺）｝×１００（％）
として算出した。結果は、つぎのとおりである。
反り：幅方向に１．５％、長さ方向に１．０％
面方向の坐屈強度：１．３ＭＰａ
面に垂直方法の圧縮強度：４６．４Ｐａ（ＭＤ）、４９．４Ｐａ（ＴＤ）
【００２８】
【発明の効果】
本発明の製造方法に従ってプラスチック中空板を製造すれば、製造の過程で生じるバックシートとライナーシートの収縮をあらかじめ見込んで、相当する伸びを与えた形でシート材料をつみ重ね、キャップシート／バックシートの二層品、およびそれにライナーシートが加わった三層品を製造する工程をとることにより、最終的な中空板の反りが実質上解消された中空板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のプラスチック中空板の構造を説明するための斜視図。
【図２】 本発明の中空板の製造方法と装置の概略を説明するための、装置主要部の断面図
【図３】 図２の装置の、幅方向延伸手段（テンターフレーム）の部分を示す平面図。
【図４】 図２の装置の、流れ方向拡張手段（カマボコ型板）の部分を示す側面図。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ Ｔ−ダイ
２ 成形ロール
３，８ 加圧ロール
４ 加熱手段
５ 延伸手段（テンターフレーム）
６ カマボコ型板
７Ａ，７Ｂ 規制ロール
９ アニーリング−冷却装置
Ｉ キャップシート
II バックシート
III ライナーシート
IV 二層品
Ｖ 三層品
VI プラスチック中空板

Claims (8)

1. 多数のキャップ状突起をもつキャップシート、キャップシートのキャップ底部に貼り合わせた平坦なバックシート、およびキャップ頂部を連ねて貼り合わせたもう１枚の平坦なライナーシートの三層から構成されるプラスチック中空板を製造する方法において、下記の諸工程からなることを特徴とする製造方法：
   Ａ）回転する金属の円筒に多数の凹みを設け、凹みの底を真空吸引源に接続した成形ロールを用いて、熱可塑化状態にあるプラスチックシートを真空成形して多数のキャップ状突起を有するキャップシートを形成すること、
   Ｂ）キャップシートにバックシートを貼り合わせて二層品を形成すること、
   Ｃ）二層品を、温度分布が均一な弾性体状態にすること、
   Ｄ）弾性体状態の二層品を、幅方向の延伸手段上で、ライナーシートの収縮にほぼ見合う量だけ幅方向に延伸すること、
   Ｅ）幅方向に延伸された二層品を、キャップ側が拡張されるような山なりの通路を通過させて、ライナーシートの収縮にほぼ見合う量だけ流れ方向に拡張した状態とし、その上に、熱可塑化状態にあるライナーシートを貼り合わせて三層品とすること、および
   Ｆ）三層品を、ライナーシートが収縮するに任せて収縮させること。
2. 請求項１に規定した諸工程に続いて、下記の工程を実施するプラスチック中空板の製造方法。
   Ｇ）収縮した三層品をアニーリングしてひずみを除いたのち、冷却して製品を得ること。
3. キャップシート用、バックシート用およびライナーシート用のプラスチックシートの１枚、２枚または３枚を、Ｔ−ダイから溶融押出しされた熱可塑化状態で使用する請求項１または２の製造方法。
4. キャップシート用、バックシート用およびライナーシート用のプラスチックシートの１枚、２枚または３枚を、既製のシートをリールから繰り出して加熱ロールに接触させ、熱可塑化状態にして使用する請求項１または２の製造方法。
5. 延伸装置による延伸率を、０．１〜６％の範囲からえらんで実施する請求項１または２の製造方法。
6. 下記の部分を本質的な構成要素とするプラスチック中空板（VI）の製造装置：
   イ）熱可塑化状態にあるキャップシート用のプラスチックシートを真空成形によりキャップシートとするための、多数の凹みと真空吸引手段とをそなえた成形ロール（２）、
   ロ）成形ロール上で成形されたキャップシートのキャップの底面にバックシートを貼り付けて二層品（IV）を得るための加圧ロール（３）、
   ハ）二層品のスムーズ側に接触し、二層品を加熱して均一な温度にするための加熱手段（４）、
   ニ）均一な温度に加熱された二層品を、幅方向に延伸する延伸手段（５）、
   ホ）幅方向に延伸した二層品のスムーズ側に接触して、キャップ側を拡張するための、山なりの通路を形成する手段、および
   ヘ）二層品のキャップ側にライナーシートを貼り合わせて三層品（Ｖ）とするための、加圧ロール（８）。
7. 山なりの通路を形成する手段が、下記のいずれかと、
   ・１本の大径のロール、
   ・山なりの経路に沿って配置した小径のロールの群、
   ・複数のロールによって支持された無端ベルト、および
   ・幅方向に配置されたカマボコ型板（６）、
   ２本の規制ロール（７Ａ，７Ｂ）との組み合わせである請求項６の製造装置。
8. 請求項６に規定した構成部分に加えて、下記の構成部分を有する製造装置。
   ト）三層品をアニーリングおよび冷却して製品を得るためのアニーリング−冷却装置（９）。

Images