JP6023149B2 - 発泡成形体の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
本実施例では、熱可塑性樹脂としてABS樹脂を用い、化学発泡剤として炭酸水素塩である炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)を用いて発泡成形体を製造した。具体的には、図2に示す製造装置1000を用いて、ガラス繊維等を含まないABS樹脂ペレット(東レ製、トヨラック500)と、炭酸水素ナトリウムの粉末を20重量%含むマスターバッチペレット(三協化成社製、セルマイクマスターバッチ)とを用い、炭酸水素ナトリウムの含有量が0.2重量%となるように混合した樹脂材料から発泡成形体を製造した。また、溶融樹脂を加圧する流体としては、窒素を用いた。
まず、本実施例で用いた図2に示す製造装置1000について説明する。上述のように、製造装置1000は射出成形装置であり、主に、スクリュ20が内設された可塑化シリンダ210と、流体を可塑化シリンダ210に供給する流体供給機構(ボンベ)100と、金型が設けられた型締めユニット250と、可塑化シリンダ210及び型締めユニット250を動作制御するための制御装置(不図示)を備える。
本実施例では、ボンベ100として、窒素が14MPaで充填された窒素ボンベを用いた。まず、減圧弁151の値を6MPaに設定し、ボンベ100を開放し、減圧弁151及び圧力計152を介して、可塑化シリンダ210の導入口202から、飢餓ゾーン23へ6MPaの窒素を供給した。成形体の製造中、ボンベ100は常時、開放した状態とした。
本実施例では、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン(PP)樹脂を用い、化学発泡剤として、実施例1と同様に、炭酸水素塩である炭酸水素ナトリウムを用いて発泡成形体を製造した。具体的には、実施例1と同様の製造装置1000を用いて、無機フィラーなどの強化材を含まないPP樹脂ペレット(プライムポリマー製、プライムポリプロ J105G)(ペレットA)と、無機フィラーとしてタルクを80重量%含むマスターバッチペレット(出光ライオンコンポジット製、MP480)(ペレットB)と、実施例1で用いた炭酸水素ナトリウムの粉末を20重量%含むマスターバッチペレット(三協化成社製、セルマイクマスターバッチ)(ペレットC)とを用い、ペレットAとペレットBとの重量比率が80:20、炭酸水素ナトリウムの含有量が1.0重量%となるように混合した樹脂材料から発泡成形体を製造した。また、溶融樹脂を加圧する流体としては、二酸化炭素を用いた。
本実施例では、減圧弁151の値を0.5MPaに設定した以外は、実施例1と同様の方法により、連続して30個の発泡成形体を製造した。
本実施例では、減圧弁151の値を10MPaに設定した以外は、実施例1と同様の方法により、連続して30個の発泡成形体を製造した。但し、発泡成形体の冷却時間は、30秒とした。
本比較例では、化学発泡剤を含まない以外は、実施例1と同様の方法により、連続して30個の発泡成形体を製造した。具体的には、実施例1で用いた化学発泡剤を含まないABS樹脂ペレット(東レ製、トヨラック500)のみからなる樹脂材料を用いて発泡成形体を製造した。
本比較例では、樹脂材料中に化学発泡剤を3重量%含む以外は、実施例2と同様の方法により、連続して30個の発泡成形体を製造した。具体的には、実施例2で用いたペレットAと、ペレットBと、化学発泡剤を含むペレットCとを用いて、ペレットAとペレットBとの重量比率が80:20、化学発泡剤(炭酸水素ナトリウム)の含有量が3重量%となるように混合した樹脂材料を用いて発泡成形体を製造した。
本比較例では、流体を可塑化シリンダ210へ導入しなかった以外は、実施例1と同様の方法により、連続して30個の発泡成形体を製造した。
(1)ソリッド(無発泡の成形体)との比重の比較
ショートショット法によって成形した実施例1、3、4及び比較例1の発泡成形体は、同体積のソリッド(無発泡の成形体)と比較して比重が5%低減した。コアバック法により成形した実施例2及び比較例2の発泡成形体は、金型キャビティの2倍の肉厚となり、同体積のソリッド成形体と比較して比重が35%低減した。一方、比較例3では、後述するようにショートショットが発生し、十分な発泡セルを有する成形体を製造することができなかった。このため、比較例3の成形体では、ソリッドと比較して比重の低下は認められなかった。
以下の方法により、各実施例及び比較例において、得られた発泡成形体の平均セル径をもとめた。まず、各実施例及び比較例において得られた発泡成形体の断面をマイクロスコープで観察した。そして、発泡セルが形成されているコア層領域(成形体断面の中心部)における、1mm×1mmの領域に存在するセルの直径を測定して、その数値を平均化した。結果を表1に示す。
ショートショット法によって成形した実施例1、3、4及び比較例1及び3の発泡成形体について、ショートショット(充填不良)の有無を目視で判断した。ショートショットが確認されない場合を「○」、ショートショットが確認された場合を「×」として、結果を表1に示す。ショートショットは、溶融樹脂の発泡性能が不十分である場合に発生する。
発泡成形体表面の膨れ及びスワールマークの有無を目視により判断した。発泡成形体表面に、膨れ及びスワールマークが確認されない場合を「○」、膨れ又はスワールマークが確認された場合を「×」として、結果を表1に示す。膨れやスワールマークは、金型内に射出された溶融樹脂と流体が分離したことに起因して発生する。
30回連続射出成形を行った後、金型キャビティ表面への汚染物(コンタミネーション)の付着の有無を目視で確認した。金型キャビティ表面に汚染物の付着が確認されない場合を「○」、汚染物が確認された場合を「×」として、結果を表1に示す。金型キャビティ表面に付着する汚染物は、化学発泡剤の副生成物に起因する。
光学顕微鏡を用いて発泡成形体のセル密度を観察した。観察は、成形体の断面において、射出成形時に金型のゲート近傍に位置していた部分(ゲート部)、ゲートから離れた流動末端部近傍に位置していた部分(末端部)、ゲート部と末端部の中間に位置する成形体の中央部分(中央部)の3つの部分で行った。図4(a)に実施例1で製造した成形体の断面写真、図4(b)に比較例1で製造した成形体の断面写真、図4(c)に比較例3で製造した成形体の断面写真をそれぞれ示す。
21 可塑化ゾーン
22 圧縮ゾーン
23 飢餓ゾーン
24 再圧縮ゾーン
26 溶融樹脂の流動抵抗を高める機構(リング)
100 流体供給機構(ボンベ)
210 可塑化シリンダ
250 型締めユニット
1000 製造装置
Claims (18)
- 発泡成形体の製造方法であって、
スクリュが内設され、熱可塑性樹脂を可塑化溶融して溶融樹脂とする可塑化ゾーンと、前記溶融樹脂が未充満となる飢餓ゾーンとを有し、前記飢餓ゾーンに流体を導入する導入口が形成されており、前記発泡成形体の製造中、常に、前記導入口が前記飢餓ゾーンに対向している可塑化シリンダを用い、
前記可塑化ゾーンにおいて、前記熱可塑性樹脂及び化学発泡剤を含む樹脂材料を可塑化溶融して、化学発泡剤を含む溶融樹脂を得ることと、
前記飢餓ゾーンにおいて、前記導入口から前記可塑化シリンダ内に一定圧力の前記流体を供給して、常に、前記流体により前記溶融樹脂を加圧することと、
前記溶融樹脂を発泡成形することとを含み、
前記樹脂材料中に前記化学発泡剤が0.1重量%〜2重量%含まれ、
前記発泡成形体の製造中、常に、前記可塑化シリンダにおける前記導入口に対向する位置の圧力が前記一定圧力であり、
前記導入口は、常に開放されており、その内径が、前記可塑化シリンダの内径の15%〜100%であることを特徴とする製造方法。 - 前記一定圧力が、1MPa〜10MPaであることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 前記流体が物理発泡剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記一定圧力の流体が、二酸化炭素、窒素又は空気であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 更に、前記流体が貯蔵されたボンベから、減圧弁により前記一定圧力に減圧した前記流体を取り出すことを含み、
前記ボンベから取り出した流体により、前記溶融樹脂を加圧することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。 - 前記化学発泡剤は炭酸水素塩を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記化学発泡剤が炭酸水素ナトリウムであることを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
- 前記飢餓ゾーンにおいて、前記溶融樹脂に前記流体を前記一定圧力で接触させることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記飢餓ゾーンの圧力を前記一定圧力に保持することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記可塑化シリンダには、前記溶融樹脂の流動方向における前記飢餓ゾーンの上流側に、前記溶融樹脂の流動抵抗を高める機構が設けられていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記可塑化シリンダには、前記溶融樹脂の流動方向における上流側から、圧縮ゾーン及び前記飢餓ゾーンがこの順に隣接して設けられ、
前記圧縮ゾーンと前記飢餓ゾーンとの間に、前記溶融樹脂の流動抵抗を高める機構を設けることにより、前記圧縮ゾーンの前記溶融樹脂の圧力を高め、前記飢餓ゾーンにおいて前記溶融樹脂を未充満とすることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の製造方法。 - 前記発泡成形体の製造中、前記可塑化シリンダ内に前記一定圧力の流体を連続的に供給し続けることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記可塑化シリンダ内に前記一定圧力の流体を連続的に供給しながら、前記樹脂材料の可塑化溶融及び前記溶融樹脂の発泡成形を行うことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記溶融樹脂を加圧することが、前記可塑化シリンダ内で前記溶融樹脂を所定の流動方向に流動させながら、前記可塑化シリンダ内に一定圧力の流体を連続的に供給して、前記一定圧力で前記溶融樹脂を加圧することである請求項1〜13のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記導入口に駆動弁が設けられていないことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の製造方法。
- 発泡成形体を製造する製造装置であって、
樹脂材料を可塑化溶融して溶融樹脂とする可塑化シリンダであって、前記溶融樹脂が未充満となる飢餓ゾーンを有し、前記飢餓ゾーンに流体を導入する導入口が形成され、前記導入口に対向する位置に圧力センサーが設けられ、前記発泡成形体の製造中、常に、前記導入口が前記飢餓ゾーンに対向している可塑化シリンダと、
前記可塑化シリンダの前記飢餓ゾーンに、前記発泡成形体の製造中、一定圧力の流体を連続的に供給する流体供給機構とを有し、
前記可塑化シリンダは、更に、前記溶融樹脂の流動方向における前記飢餓ゾーンの上流側に前記溶融樹脂の流動抵抗を高める機構を有し、前記流動抵抗を高める機構により、前記飢餓ゾーンにおいて前記溶融樹脂が未充満となり、
前記導入口は、常に開放されており、その内径が、前記可塑化シリンダの内径の15%〜100%であり、
前記製造装置は、前記発泡成形体の製造中、常に、前記圧力センサーによって計測される、前記可塑化シリンダにおける前記導入口に対向する位置の圧力を前記一定圧力に制御する手段を有することを特徴とする製造装置。 - 前記可塑化シリンダは、更に、
前記溶融樹脂の流動方向における前記飢餓ゾーンの上流側に前記飢餓ゾーンに隣接して設けられる圧縮ゾーンと、
前記圧縮ゾーンと前記飢餓ゾーンとの間に設けられる、前記溶融樹脂の流動抵抗を高める機構とを有し、
前記機構により、前記圧縮ゾーンの前記溶融樹脂の圧力を高め、前記飢餓ゾーンにおいて前記溶融樹脂を未充満とすることを特徴とする請求項16に記載の製造装置。 - 前記導入口に駆動弁が設けられていないことを特徴とする請求項16又は17に記載の製造装置。
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