JP2000167903A - 熱可塑性樹脂発泡成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表面に平滑なスキン層を有し且つ内部に微細気
泡を有する熱可塑性樹脂発泡成形の製造方法を提供す
る。 【解決手段】次の（ i ）〜（iii）の構造を具備したダ
イを使用し、そして、（ii ）に示す中型の冷却により
溶融樹脂内部の発泡を抑制する共に（iii）に示す不活
性ガス噴出口からの不活性ガスの噴出により溶融樹脂中
の気泡を微細化させながら押出成形を行う。 （ i ）１次膨張室（５）及びその収束部（６１）並び
に１次膨張室より大容室の２次膨張室（６）及びその収
束部（７１）を順次に連ねた流路をダイ内部に有する。 （ii）上記の１次膨張室（５）の内部には、温度制御可
能な中型（Ａ）が配置されている。 （iii）上記の２次膨張室（６）の内部には、２次膨張
室の収束部（７１）に開口する不活性ガス噴出口（２
７）が備えられた中型（Ｂ）が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂発泡
成形体の製造方法に関し、詳しくは、断熱材やクッショ
ン材などの用途に好適な熱可塑性樹脂発泡成形体の押出
発泡成形法による製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、断熱材やクッション材などの用途
には、成形品比重約０．８〜１の熱可塑性樹脂発泡成形
体が使用されている。そして、外装材としての用途の観
点および低い熱伝導率や優れた衝撃吸収性などの物性の
観点から、表面に平滑なスキン層を有し且つ内部に微細
気泡を有する熱可塑性樹脂発泡成形体が求められてい
る。

【０００３】ところで、熱可塑性樹脂発泡成形体の製造
方法として、溶融押出機内にて溶融混練された発泡剤含
有熱可塑性樹脂をダイから大気中に押出した後、冷却し
て所望の形状に成形する方法は、押出発泡成形法による
製造方法として周知である。

【０００４】しかしながら、従来公知のダイを使用した
上記の製造方法による場合、断熱材やクッション材など
の用途に好適な前記の様な熱可塑性樹脂発泡成形体の製
造は困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みなされたものであり、その目的は、表面に平滑なス
キン層を有し且つ内部に微細気泡を有する熱可塑性樹脂
発泡成形の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、種々検討を
重ねた結果、押出発泡成形法において特定構造のダイを
使用するならば、上記の目的を容易に達成し得るとの知
見を得、本発明の完成に至った。

【０００７】すなわち、本発明の要旨は、溶融押出機内
にて溶融混練された発泡剤含有熱可塑性樹脂をダイから
大気中に押出した後、冷却して所望の形状に成形する熱
可塑性樹脂発泡成形体の製造方法において、次の（ i
）〜（iii）の構造を具備したダイを使用し、そして、
（ ii ）に示す中型の冷却により溶融樹脂内部の発泡を
抑制する共に（iii）に示す不活性ガス噴出口からの不
活性ガスの噴出により溶融樹脂中の気泡を微細化させな
がら押出成形を行うことを特徴とする熱可塑性樹脂発泡
成形体の製造方法に存する。

【０００８】（ i ）１次膨張室およびその収束部なら
びに１次膨張室より大容室の２次膨張室およびその収束
部を順次に連ねた流路をダイ内部に有する。 （ii）上記の１次膨張室の内部には、温度制御可能な中
型が配置されている。 （iii）上記の２次膨張室の内部には、２次膨張室の収
束部に開口する不活性ガス噴出口が備えられた中型が配
置されている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は、本発明の製造方法で使用する
押出発泡成形装置の一例の部分説明図、図２は、図１に
示した装置のダイ内部の全体の組立説明図、図３は、図
２におけるダイの１次膨張室の組立説明図、図４は、図
２におけるダイの２次膨張室の組立説明図である。

【００１０】本発明の製造方法は、基本的には、従来の
押出発泡成形法による製造方法と同じであり、溶融押出
機内にて溶融混練された発泡剤含有熱可塑性樹脂をダイ
から大気中に押出した後、冷却して所望の形状に成形す
ることより成る。

【００１１】熱可塑性樹脂としては、種々の単独重合体
または共重合体が使用される。例えば、ポリオレフィン
系、ポリスチレン系、ポリ塩化ビニル系、ポリエステル
系などの汎用樹脂の他、エンジニアリングプラスチック
等が挙げられる。発泡剤としては、例えば、アゾジカル
ボンアミド、バリウムアゾジカルボキシレート、トリヒ
ドラジントリアジン、パラトルエンスルホニルヒドラジ
ッド等の化学発泡剤、揮発性の炭化水素またはハロゲン
化炭化水素、窒素ガス、炭酸ガス、水などが適宜選択し
て使用される。

【００１２】図１に例示した装置は、公知の装置と同
様、内部にスクリュー（２）を備えた溶融押出機
（１）、当該溶融押出機に隣接され且つ周囲にヒーター
（３１）を備えたダイ、当該ダイから分離され且つ周囲
にジャケット（４１）を備えた成形金型（４）より成る
成形部（７）等から主として構成されている。そして、
溶融押出機（１）内でスクリュー（２）にて溶融混練さ
れ発泡剤を含有する熱可塑性樹脂（Ｘ）は、ヒーター
（３１）にて加熱されたダイから大気中に押出されるこ
とにより発泡された後、成形部（７）で冷却されて所望
の形状に成形される。

【００１３】溶融温度は、樹脂および発泡剤の種類を考
慮し、通常１５０〜３００℃の範囲から適宜選択され
る。斯かる溶融温度は、溶融押出機（１）のバレルヒー
ター及びダイ周囲のヒーター（３１）によって調節され
る。一方、冷却温度は、特に制限されないが、通常２５
〜８０℃である。斯かる冷却温度は、成形金型（４）周
囲のジャケット（４１）に循環する冷却媒体の温度によ
って調節される。

【００１４】本発明の製造方法においては、特定構造の
ダイ、すなわち、次の（ i ）〜（iii）の図１に示す構
造を具備したダイを使用する。

【００１５】（ i ）１次膨張室（５）及びその収束部
（６１）並びに１次膨張室（５）より大容室の２次膨張
室（６）及びその収束部（７１）を順次に連ねた流路を
ダイ内部に有する。

【００１６】（ii）上記の１次膨張室（５）の内部に
は、温度制御可能な中型（Ａ）が配置されている。

【００１７】（iii）上記の２次膨張室（６）の内部に
は、２次膨張室の収束部（７１）に開口する不活性ガス
噴出口（２７）が備えられた中型（Ｂ）が配置されてい
る。

【００１８】図１及び図２に示す様に、１次膨張室
（５）及び２次膨張室（６）は、それぞれ、金型（３
ａ）及び（３ｂ）と金型（３ｃ）及び（３ｄ）とから構
成され、溶融押出機（１）の出口（５１）に対して金型
（３ａ）が隣接している。

【００１９】図１に示す様に、金型（３ａ）は、溶融樹
脂の流動方向に向かって漸次拡大された断面積の空間部
を有し、金型（３ｂ）は、その後流側において金型（３
ｃ）と共に水平な収束部（６１）を形成するため、溶融
樹脂の流動方向に向かって漸次縮小された断面積の空間
部を有している。そして、金型（３ａ）及び（３ｂ）に
よる漸次に拡大および縮小された上記の空間部により、
溶融樹脂の流動が円滑に維持される１次膨張室（５）が
形成される。なお、溶融押出機（１）の出口（５１）に
対する１次膨張室（５）の最大径部の断面積比は通常３
〜２０、１次膨張室（５）の最大径部に対する収束部
（６１）の断面積比は通常０．３〜０．８の範囲であ
る。

【００２０】上記と同様に、金型（３ｃ）は、収束部
（６１）の形成後、溶融樹脂の流動方向に向かって漸次
拡大された断面積の空間部を有し、金型（３ｄ）は、そ
の後流側において水平な収束部（７１）を形成するた
め、溶融樹脂の流動方向に向かって漸次縮小された断面
積の空間部を有している。そして、金型（３ｃ）及び
（３ｄ）による漸次に拡大および縮小された上記の空間
部により、溶融樹脂の流動が円滑に維持される２次膨張
室（６）が形成される。なお、２次膨張室（５）の最大
径部に対する収束部（７１）の断面積比は通常０．１〜
０．８の範囲である。

【００２１】２次膨張室は、１次膨張室より大容室にさ
れるが、その容積割合は、１次膨張室の容積に対し、通
常、１．３倍以上、好ましくは１．５倍以上、更に好ま
しくは２．０倍以上とされる。ところで、１次膨張室
（５）及び２次膨張室（６）の実容積は、それぞれの内
部に配置される中型（Ａ）及び（Ｂ）の大きさにより異
なるため、上記の容積割合の算出は、中型の占める容積
を差し引いた実容積によって行う必要がある。なお、１
次膨張室の容積に対する２次膨張室の容積割合の上限値
は、通常３．５倍である。

【００２２】図２に示す様に、中型（Ａ）は金型（３
ａ）及び（３ｂ）間に、中型（Ｂ）は金型（３ｃ）及び
（３ｄ）間にそれぞれ挟み込まれて固定される。

【００２３】そして、図３に示す様に、中型（Ａ）は、
中央リング（１２）と、その外周面の上下左右から突出
た４本の支柱にて支持された固定リング（１３）と、中
央リング（１２）の前後に各接続片（１６）にて接続さ
れ且つ内部に空間を有する端部片（１４）及び（１５）
から構成されている。

【００２４】そして、中央リング（１２）の外周面の上
下から突出た２本の支柱と当該各支柱の鉛直上の中央リ
ング（１２）及び固定リング（１３）の内部には、貫通
孔がそれぞれ形成され、固定リング（１３）に形成され
た各貫通孔には、媒体導入管（１１ａ）及び媒体排出管
（１１ｂ）がそれぞれ接続されている。斯かる構成によ
り、中央リング（１２）と端部片（１４）及び（１５）
の内部に形成される中型（Ａ）の空間部には媒体が供給
される。そして、供給された媒体は、各接続片（１６）
同士の隙間および各接続片（１６）と端部片（１４）及
び（１５）の隙間から流れる。

【００２５】一方、図４に示す様に、中型（Ｂ）は、中
央リング（２２）と、その外周面の上下左右から突出た
４本の支柱にて支持された固定リング（２３）と、中央
リング（１２）の前後に接続された端部片（２４）及び
中間接続片（２５）と、中間接続片（２５）の先端部に
嵌合された不活性ガス分散キャップ（２６）から構成さ
れている。図４中の符号（２７）は、不活性ガス分散キ
ャップ（２６）に設けられた不活性ガス分散口を表す。

【００２６】そして、中央リング（２２）の外周面の上
方向から突出た支柱と当該支柱の鉛直上の中央リング
（２２）及び固定リング（２３）の内部には、それぞれ
貫通孔が形成され、固定リング（２３）に形成された貫
通孔には、不活性ガス導入管（２１）が接続されてい
る。斯かる構成により、中央リング（２２）と中間接続
片（２５）及び不活性ガス分散キャップ（２６）の内部
に形成される中型（Ｂ）の空間部には不活性ガスが供給
される。そして、供給された不活性ガスは不活性ガス分
散口（２７）から溶融樹脂中に分散される。

【００２７】上記の構造のダイにおいて、溶融押出機
（１）内でスクリュー（２）にて溶融混練され発泡剤を
含有する熱可塑性樹脂（Ｘ）は、次の様に処理される。

【００２８】一次膨張室（５）に供給された熱可塑性樹
脂（Ｘ）は、圧力が開放されるため、膨張させられて膨
張体となる。この際、媒体導入管（１１ａ）から中型
（Ａ）の空間部に供給された媒体により、溶融樹脂内部
を冷却して発泡を抑制し、溶融樹脂内部に生成する気泡
の肥大化を防止する。これにより、溶融樹脂内部におけ
る大きな気泡の生成が防止され、成形体における強度低
下が防止される。気泡の肥大化を防止するのに最適な冷
却温度は、樹脂および発泡剤の種類により異なるために
一義的には決定し得ないが、溶融押出機（１）内におけ
る溶融樹脂温度より、通常５〜５０℃、好ましくは１０
〜３０℃低い温度である。

【００２９】また、中型（Ａ）の中央リング（１２）と
固定リング（１３）との間を通過する際、中央リング
（１２）の外周面から突出た支柱により、溶融樹脂に分
岐流が形成されるが、斯かる分岐流は、その後に押出さ
れる収束部（６１）において整流化される。

【００３０】二次膨張室（６）に供給された膨張体は、
更に圧力が開放されるため、一層膨張させられて高発泡
の膨張体となる。そして、収束部（７１）に押出される
際、不活性ガス導入管（２１）から供給されて中型
（Ｂ）の空間部を経由して不活性ガス分散口（２７）か
ら溶融樹脂中に分散される不活性ガスにより、溶融樹脂
中の気泡は微細化される。気泡の微細化に最適な不活性
ガス供給量は、樹脂および発泡剤の種類ならびに溶融樹
脂温度により異なるために一義的には決定し得ないが、
溶融樹脂の押出量（Ｋｇ／Ｈｒ）当たり、通常０．０１
〜１Ｎ・Ｍ³／Ｈｒである。その後、収束部（７１）に
押出された膨張体は、絞られる結果、表面にスキン層が
形成される。

【００３１】上記に引き続き、膨張体は、ダイから大気
中に押出れて更に高倍率の膨張体とされた後、成形部
（７）に押出されて冷却され所望の形状に成形される。
その結果、熱可塑性樹脂（Ｘ）の内部に微細気泡（Ｙ）
を有し且つ表面にスキン層（Ｚ）を備えた熱可塑性樹脂
発泡成形体が得られる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。

【００３３】密度0．９６４、メルトフローレート0．３
０のポリエチレン（日本ポリケム（株）製「ノバテック
ＨＤ ＨＢ５３０」）１００重量部に無機発泡剤（大塚
化学（株）製「ユニファインＰ−５」）３重量部を添加
し、ミキサーで均一に混合した。この混合物を口径４５
ｍｍのコニカル２軸溶融押出機（シンシナティミラクロ
ン（株）製「ＣＭＴ４５」）を含む押出発泡成形装置の
ホッパーに供給し、押出成形を行った。

【００３４】上記の押出発泡成形装置は、図１に示す様
に、押出機に隣接され且つ周囲にヒーター（３１）を備
えたダイ、当該ダイから分離され且つ周囲にジャケット
（４１）を備えた成形金型（４）より成る成形部（７）
等から主として構成され、上記のダイは図２〜図４に示
す構造を有する。

【００３５】そして、上記のダイの主な仕様は次の通り
である。すなわち、溶融押出機の出口（５１）に対する
１次膨張室（５）の最大径部の断面積比は１２．９、１
次膨張室（５）の最大径部に対する収束部（６１）の断
面積比は０．７、２次膨張室（６）の最大径部に対する
収束部（７１）の断面積比は０．１４、１次膨張室
（５）の容積に対する２次膨張室（６）の容積の割合は
２．３倍である。

【００３６】押出成形の条件は次の通りである。すなわ
ち、溶融押出機のシリンダー温度は、その３分割された
バレル温度として、Ｃ１：１５０℃、Ｃ２：１６０℃、
Ｃ３：１７０℃に調節した。ダイアダプター温度は１８
０℃、ダイ温度は１５０℃、溶融押出機のスクリュー回
転数は４０ｒｐｍである。そして、１次膨張室（５）の
中型（Ａ）の温度と２次膨張室（６）の中型（Ｂ）から
噴出される不活性ガス（窒素ガス）の量とは表１の実験
番号１〜９に示す様に変更した。

【００３７】得られた発泡成形体を肉眼で観察し、表面
平滑性を５段階（５：表面が優れた平滑性を呈して最良
の外観状態、１：表面が粗い凹凸状態を呈して最悪の外
観状態）、断面の発泡セルの状態（均一性および微細
性）を３段階（◎：優、○：良、△：可）で評価し、結
果を表１に示した。

【００３８】

【表１】

【００３９】比較例１ 実施例１において、１次膨張室（５）の中型（Ａ）の温
度制御と２次膨張室（６）の中型（Ｂ）からの不活性ガ
ス（窒素ガス）の噴出の何れをも中止した以外は、実施
例１と同様にして発泡成形体を製造して評価を行った。
その結果、表面平滑性は１、発泡セルの状態は△であっ
た。

【００４０】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、表面に平
滑なスキン層を有し且つ内部に微細気泡を有する熱可塑
性樹脂発泡成形の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法で使用する押出発泡成形装置
の一例の部分説明図

【図２】図１に示した装置のダイ内部の全体の組立説明
図

【図３】図２におけるダイの１次膨張室の組立説明図

【図４】図２におけるダイの２次膨張室の組立説明図

【符号の説明】

Ａ：中型 Ｂ：中型 Ｘ：熱可塑性樹脂 Ｙ：微細気泡 Ｚ：スキン層 １：溶融押出機 ２：スクリュー ２７：不活性ガス噴出口 ３１：ヒーター ３ａ〜３ｄ：金型 ４：成形金型 ４１：ジャケット ５：１次膨張室 ５１：溶融押出機の出口 ６：２次膨張室 ６１：収束部 ７：成形部 ７１：収束部 １１ａ：媒体導入管 １１ｂ：媒体排出管 １２：中央リング １３：固定リング １４：端部片 １５：端部片 １６：接続片 ２１：不活性ガス導入管 ２２：中央リング ２３：固定リング ２４：端部片 ２５：中間接続片 ２６：不活性ガス分散キャップ ２７：不活性ガス分散口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F207 AB02 AE02 AG20 AH26 AR06 AR12 KA01 KA11 KF04 KK78 KL51 KL57 4F212 AA04 AB02 AE02 AG20 AH26 AH47 UA10 UB02 UB30 UF06 UF21 UL07 UN15

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融押出機内にて溶融混練された発泡剤
   含有熱可塑性樹脂をダイから大気中に押出した後、冷却
   して所望の形状に成形する熱可塑性樹脂発泡成形体の製
   造方法において、次の（ i ）〜（iii）の構造を具備し
   たダイを使用し、そして、（ ii ）に示す中型の冷却に
   より溶融樹脂内部の発泡を抑制する共に（iii）に示す
   不活性ガス噴出口からの不活性ガスの噴出により溶融樹
   脂中の気泡を微細化させながら押出成形を行うことを特
   徴とする熱可塑性樹脂発泡成形体の製造方法。 （ i ）１次膨張室およびその収束部ならびに１次膨張
   室より大容室の２次膨張室およびその収束部を順次に連
   ねた流路をダイ内部に有する。 （ii）上記の１次膨張室の内部には、温度制御可能な中
   型が配置されている。 （iii）上記の２次膨張室の内部には、２次膨張室の収
   束部に開口する不活性ガス噴出口が備えられた中型が配
   置されている。