JP2004160985A - サンドイッチ射出成形品 - Google Patents

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Abstract

【課題】樹脂の選択自由度が大きく、簡単にかつ生産性よく製造することができるサンドイッチ射出成形品を提供することを目的としている。
【解決手段】ポリオレフィン系樹脂からなるスキン層と、ポリオレフィン系樹脂からなるコア層とを備えるサンドイッチ射出成形品において、コア層を構成するポリオレフィン系樹脂が、成形品を構成する全樹脂の30重量%以上であることを特徴としている。
【選択図】 図2

Description

本発明は、サンドイッチ射出成形品に関する。
箱型成形品である産業用コンテナは、1個で使用することは勿論であるが、積み重ねて使用することがほとんどである。そのため、積み重ね時の安定性はもとより、変形があると使用上の問題が発生し、使用に制約がでる。
また、自動倉庫ではコンテナの変形があると、倉庫内での搬送時にトラブルにつながり使用できない。
ところで、このコンテナのような箱型成形品は、ほとんどが射出成形法を用いて生産されているが、金型から取り出した後の成形品の変形の発生原因としては、以下のようなことが挙げられる。
(1)金型内での成形品各部の温度差
金型内の樹脂充填直後の各場所での平均的な温度は、樹脂注入点(金型ゲート)から成形品各部への流動長さが異なるため差異がでる。すなわち、樹脂注入点から遠いところでは、樹脂温度は低く、ゲートに近いところでは温度は高い。したがって、金型から取り出した後で成形品各部の収縮量が異なり、成形品の変形として出現する。
(2)樹脂の残留応力
樹脂は射出時間中、樹脂温度が低下しながら流動する。さらには、金型内での樹脂の流動時に剪断応力がかかり、成形品を金型から取り出した後の応力緩和に伴い変形が発生する。特に、箱型形状をした本体の外壁面にリブやフランジが付加されている成形品の場合顕著である。
この変形を防止する具体的な対策としては、金型内で成形品の各部が均一な温度となるように金型内での冷却時間を長く採る方法、金型から取り出した成形品に矯正治具を取り付けた状態で冷却する方法などが挙げられる。
しかし、上記のような対策を採った場合、つぎのような問題がある。すなわち、金型内での冷却時間を長くする方法では、生産速度が落ちるとともに、射出シリンダー内の樹脂の劣化による物性低下を招く恐れがあり、現実的には冷却時間の延長に限界がある。一方、矯正治具を用いる方法では、矯正治具を成形品に取り付けるのに、人手がかかるとともに、成形品を室温まで冷却するまで矯正を行なわなければならず、矯正時間と成形サイクルとが同期していない。したがって、矯正治具を多数用意しなければならず、矯正治具の保管スペースなどが大きく必要となり、設備コストがかかるという問題がある。
他方、反りや変形の無いサンドイッチ射出成形品の製造方法として、スキン層およびコア層を構成する樹脂の厚み、線膨張係数、弾性率をそれぞれ規定することが既に提案されている(特許文献1等参照)。
しかしながら、この製造方法の場合、成形条件が複雑で管理しにくい、樹脂の選択自由度に乏しいという問題がある。
特開平09−174601号公報
本発明は、上記事情に鑑みて、樹脂の選択自由度が大きく、簡単にかつ生産性よく製造することができるサンドイッチ射出成形品を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の発明者等は、研究を重ねた結果、サンドイッチ射出成形方法においては、スキン層樹脂の一部を先に射出し、引き続きスキン層樹脂を射出しながらコア層樹脂を同時に射出する場合、遅れて射出開始されるコア層樹脂が、成形品を構成する全樹脂の30重量%以上になると、コア層樹脂がリブなどの各部の末端近くまでスムーズに到達すること、コア層樹脂が金型内ではスキン層樹脂の内側をスキン層樹脂よりも速い速度で流動していることが判った。すなわち、コア層樹脂は、金型壁面での冷却の影響が小さく、流動にともなう樹脂温度の低下が非常に小さい。その結果、コア層樹脂は、樹脂にかかる剪断ひずみが小さい状態でスキン層樹脂の中に注入されると思われる。
本発明の発明者等は、この結果を踏まえ、さらに、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明にかかるサンドイッチ射出成形品は、ポリオレフィン系樹脂からなるスキン層と、ポリオレフィン系樹脂からなるコア層とを備えるサンドイッチ射出成形品において、コア層を構成するポリオレフィン系樹脂が、成形品を構成する全樹脂の30重量%以上であることを特徴としている。
本発明のサンドイッチ射出成形品は、容器形状をした本体と、この本体の外壁面に設けられたリブとを備えている成形品に特に好適に用いることができる。
本発明において、コア層を構成するポリオレフィン系樹脂は、成形品全重量の30重量%以上であれば、上限は特にないが、70重量%以下が好ましい。
本発明で使用する樹脂は、ポリオレフィン系樹脂であれば。特に限定されないが、成形品の変形が大きい樹脂であるポリプロピレンやポリエチレンが適しており、リサイクルされた樹脂も使用可能である。
また、スキン層樹脂とコア層樹脂の流動性は、特に限定されないが、スキン層樹脂のメルトフローレート(以下、「MFR」と記す)≦コア層樹脂のMFRのとき、スキン層樹脂のMFRが2.5g/10分以上40g/10分以下、コア層樹脂のMFRが2.5g/10分以上40g/10分以下が好ましく、スキン層樹脂のMFR>コア層樹脂のMFRのとき、スキン層樹脂のMFRが2.5g/10分以上40g/10分以下、コア層樹脂のMFRが0.1g/10分以上40g/10分以下、かつ、1/2(スキン層樹脂のMFR)≦コア層樹脂のMFRとすることが好ましい。
すなわち、スキン層樹脂のMFR≦コア層樹脂のMFRの条件下、スキン層樹脂のMFRが2.5g/10分未満では、射出成形に適した流動性が得られない恐れがあり、コア層樹脂のMFRが40g/10分を越えるとコア層樹脂の流動性がよいためスキン層樹脂を破り、スキン層側に露出してしまう恐れがある。一方、スキン層樹脂のMFR>コア層樹脂のMFRの条件下、コア層樹脂のMFRが0.1g/10分未満であると、コア層樹脂がスキン層樹脂内をスムーズに流れず、スキン層樹脂のMFRが40g/10分を越えるとコア層樹脂が、スキン層側に露出してしまう恐れがある。また、1/2(スキン層樹脂のMFR)>コア層樹脂のMFRであると、スキン層樹脂内でのコア層樹脂の流れがスムーズでなく、本発明の効果を確実に得られない恐れがある。
さらに、本発明は、容器形状をした本体と、この本体の外壁面に設けられたリブとを備えている成形品に好適であるが、リブは、その付け根部の厚みが、本体のリブ形成部壁の厚みの0.7倍以上1.3倍以下とすることが好ましい。すなわち、0.7倍より小さいとリブの部分にコア層樹脂が流れ込まず、1.3倍を越えると、リブ形成壁のリブ付け根
の裏面にプラスチック成形独特の樹脂の収縮による引けが目立つ恐れがある。
また、本体の外壁面がコーナー部を備える場合は、コーナー部の変形を抑えるために、コーナー部を挟む2つの面に跨がるようにリブを設けること、あるいは、リブを他の部分より密に設けることが好ましい。
本発明にかかるサンドイッチ射出成形品は、以上のように構成されているので、スキン層で囲まれる内側に、ヒズミが非常に小さく、雰囲気温度が変化しても変形しくいコア層が形成され、結果として変形の少ない成形品を得ることができるようになる。また、冷却時間も短縮できるとともに、矯正治具も不要で生産性も向上する。
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図1および図2は、本発明にかかるサンドイッチ射出成形品の1例であるコンテナをあらわしている。
図1に示すように、このコンテナ1は、5つの面からなる容器形状の本体2と、本体2の外壁面に設けられたリブ3と、本体2の上端から外側に張り出すように設けられたフランジ4とを備え、図2に示すように、各部が、ポリオレフィン系樹脂からなるスキン層5とポリオレフィン系樹脂からなるコア層6とから形成されている。また、コア層6を構成するポリオレフィン系樹脂は、コンテナ1を構成する全樹脂の30重量%以上を占めている。
このコンテナ1は、図3に示すような成形装置7を用いて以下のようにして製造することができる。
すなわち、この成形装置7は、スキン層樹脂射出機71と、コア層樹脂射出機72と、固定プラテン73と、MMPプレート74と、金型75とを備えている。そして、図4に示すように、まず、スキン層樹脂射出機71から金型75内にスキン層樹脂51のみを全スキン層の30%〜70%射出したのち、スキン層樹脂射出機71からの射出を続けながら、コア層樹脂射出機72からコア層樹脂61を射出する。コア層樹脂61を射出完了後、スキン層樹脂射出機71からスキン層樹脂51を0.5秒程度射出し続け、ノズル部の樹脂をスキン層樹脂51のみに切り換え、つぎの射出時にまずスキン層樹脂51のみが金型75内に射出できるようにする。全射出完了後、成形品としてのコンテナ1を金型75から取り出すようになっている。
このコンテナ1は、以上のように、コア層樹脂61が、コンテナ1を構成する全樹脂の30重量%以上であるので、射出時にコア層樹脂61が各部の末端近くまでスムーズに到達するとともに、金型75内でスキン層樹脂51の内側をスキン層樹脂51より速い速度で流動する。すなわち、コア層樹脂61は、金型壁面での冷却の影響が小さく、流動にともなう樹脂温度の低下が非常に小さい。したがって、コア層樹脂61が、樹脂にかかる剪断ひずみが小さい状態でスキン層樹脂51の中に注入される。その結果、スキン層5で囲まれる内側に、ヒズミが非常に小さく、雰囲気温度が変化しても変形しくいコア層6が形成され、変形の少ないコンテナ1を得ることができるようになる。また、冷却時間も短縮できるとともに、矯正治具も不要で生産性も向上する。勿論、コア層樹脂の量のみを管理するだけでよいため、管理が簡単で、しかも、樹脂選択の自由度が高くなる。
コア層樹脂が全樹脂の40重量%である図5に示すようなコンテナ形状の成形品を以下のような成形条件で成形した。
射出成形機:三菱重工社製 850トン射出成形機(機種850MGM(MAC-V))
神戸製鋼所社製射出ユニット
樹脂合流部:神戸製鋼所社製MMPプレート
金型:1点ゲート(コンテナ底面中心位置) コールドランナー方式
スキン層樹脂:ポリプロピレン(チッソ社製 チッソポリプロK7019
MFR=8.5g/10分、マスターバッチはグレー)
コア層樹脂:ポリプロピレン(チッソ社製 チッソポリプロK7014
MFR=2.5g/10分、マスターバッチはグリーン)
樹脂温度:スキン層樹脂220℃、コア層樹脂220℃
射出時間:8秒(うちコア層樹脂2秒)
冷却時間:30秒
成形サイクル:60秒
金型冷却温度:20℃
キャビティの成形品8aのL1部に対する部分の寸法:420mm
キャビティの成形品8aのL2部に対する部分の寸法:314.6mm
キャビティの成形品8aのL3部に対する部分の寸法:150mm
成形品重量 1050g
成形品肉厚:2.3mm
コア層樹脂が全樹脂の33重量%である以外は、実施例1と同様の成形条件で図5に示すようなコンテナ形状の成形品8aを成形した。
(比較例1)
コア層樹脂が全樹脂の24重量%である以外は、実施例1と同様の成形条件で図5に示すようなコンテナ形状の成形品8aを成形した。
(比較例2)
コア層樹脂が全樹脂の20重量%である以外は、実施例1と同様の成形条件で図5に示すようなコンテナ形状の成形品8aを成形した。
(比較例3)
単一層樹脂からなる図5に示すようなコンテナ形状の成形品8aを以下のような成形条件で成形した。
射出成形機:三菱重工社製 850トン射出成形機(機種850MGM(MAC-V)
金型:1点ゲート(コンテナ底面中心位置) コールドランナー方式
射出樹脂:ポリプロピレン(チッソ社製 チッソポリプロK7019
MFR=8.5g/10分、マスターバッチはグレー)
樹脂温度:230℃
射出時間:12秒
冷却時間:30秒
成形サイクル:62秒
金型冷却温度:20℃
上記実施例1,2および比較例1〜3で得られた成形品8aのそれぞれについて、射出成形直後、1時間後、1日後、1日経過後50℃の恒温室で3時間保管後、1日経過後−20℃の恒温室で3時間保管後に、図5のL2部寸法を測定し、その結果を表1に示した
。なお、比較例3の成形品については、変化量比較のため、成形直後から1時間後まで、矯正治具による矯正を実施した。
上記表1から実施例1、2の成形品8aは、成形直後から1時間経過したのちには、その寸法変化が1日後、1日経過後50℃の恒温室で3時間保管後、1日経過後−20℃の恒温室で3時間保管後のいずれの場合も、その変化量が0.4mm以下の少ない変化量であることがわかる。すなわち、コア層樹脂の量を30重量%以上にすれば、矯正治具を用いなくても規定の寸法に余裕をもって維持できることがよくわかる。
コア層樹脂が全樹脂の40重量%である図6に示すようなコンテナ形状の成形品8bを以下のような成形条件で成形した。
射出成形機:東芝機械社製 550トン射出成形機(機種IS550E)
神戸製鋼所社製射出ユニット
樹脂合流部:神戸製鋼所社製MMPプレート
金型:2点ゲート(コンテナ底面に2ヶ所) ホットランナー方式
スキン層樹脂:ポリプロピレン(日本ポリケム社製 BC3LS
MFR=30g/10分、マスターバッチはグレー)
コア層樹脂:高密度ポリエチレン(福田商会社製 容器包装材のリサイクル材
MFR=0.3g/10分)
樹脂温度:スキン層樹脂230℃、コア層樹脂230℃
射出時間:5秒(うちコア層樹脂1.5秒)
冷却時間:25秒
成形サイクル:40秒
金型冷却温度:20℃
キャビティの成形品8bのL1部に対する部分の寸法:310mm
キャビティの成形品8bのL2部に対する部分の寸法:240mm
キャビティの成形品8bのL3部に対する部分の寸法:110mm
成形品重量 720g
成形品肉厚:2.1mm
コア層樹脂が全樹脂の33重量%である以外は、実施例3と同様の成形条件で図6に示すようなコンテナ形状の成形品8bを成形した。
(比較例4)
コア層樹脂が全樹脂の20重量%である以外は、実施例3と同様の成形条件で図6に示すようなコンテナ形状の成形品8bを成形した。
(比較例5)
コア層樹脂が全樹脂の10重量%である以外は、実施例3と同様の成形条件で図6に示すようなコンテナ形状の成形品8bを成形した。
(比較例6)
単一層樹脂からなる図6に示すようなコンテナ形状の成形品8bを以下のような成形条件で成形した。
射出成形機:東芝機械社製 550トン射出成形機(機種IS550E)
金型:2点ゲート(コンテナ底面に2ヶ所) ホットランナー方式
射出樹脂:ポリプロピレン(日本ポリケム社製 BC3LS
MFR=30g/10分、マスターバッチはグレー)
樹脂温度:230℃
射出時間:6秒
冷却時間:20秒
成形サイクル:42秒
金型冷却温度:20℃
上記実施例3,4および比較例4〜6で得られた成形品8bのそれぞれについて、射出成形直後、1時間後、1日後、1日経過後50℃の恒温室で3時間保管後、1日経過後−20℃の恒温室で3時間保管後に、図6のL2部寸法を測定し、その結果を表2に示した
。なお、比較例6の成形品については、変化量比較のため、成形直後から1時間後まで、
矯正治具による矯正を実施した。
上記表2から実施例3、4の成形品8bは、成形直後から1時間経過したのちには、その寸法変化が1日後、1日経過後50℃の恒温室で3時間保管後、1日経過後−20℃の恒温室で3時間保管後のいずれの場合も、その変化量が0.5mm以下の少ない変化量であることがわかる。すなわち、コア層樹脂の量を30重量%以上にすれば、矯正治具を用いなくても規定の寸法に余裕をもって維持できることがよくわかる。
コア層樹脂が全樹脂の40重量%である図7に示すようなコンテナ形状の成形品8cを以下のような成形条件で成形した。
射出成形機:東芝機械社製 450トン射出成形機(機種IS450E)
神戸製鋼所社製射出ユニット
樹脂合流部:神戸製鋼所社製MMPプレート
金型:1点ゲート(コンテナ底面中心位置) コールドランナー方式
スキン層樹脂:ポリプロピレン(三井住友ポリオレフィン社製 三井住友ポリ
プロAW564 MFR=9g/10分
マスターバッチはブルー)
コア層樹脂:ポリプロピレン(日本ポリケム社製 BC3LS
MFR=30g/10分、マスターバッチはグレー)
樹脂温度:スキン層樹脂230℃、コア層樹脂230℃
射出時間:5秒(うちコア層樹脂1.8秒)
冷却時間:25秒
成形サイクル:40秒
金型冷却温度:18℃
キャビティの成形品8cのL1部に対する部分の寸法:460mm
キャビティの成形品8cのL2部に対する部分の寸法:250mm
キャビティの成形品8cのL3部に対する部分の寸法:80mm
成形品重量 750g
成形品肉厚:2.1mm
コア層樹脂が全樹脂の33重量%である以外は、実施例5と同様の成形条件で図7に示すようなコンテナ形状の成形品8cを成形した。
(比較例7)
コア層樹脂が全樹脂の20重量%である以外は、実施例5と同様の成形条件で図7に示すようなコンテナ形状の成形品8cを成形した。
(比較例8)
コア層樹脂が全樹脂の10重量%である以外は、実施例5と同様の成形条件で図7に示すようなコンテナ形状の成形品8cを成形した。
(比較例9)
単一層樹脂からなる図7に示すようなコンテナ形状の成形品8cを以下のような成形条件で成形した。
射出成形機:東芝機械社製 450トン射出成形機(機種IS450E)
金型:1点ゲート(コンテナ底面中心位置) コールドランナー方式
射出樹脂:ポリプロピレン(三井住友ポリオレフィン社製 三井住友ポリ
プロAW564 MFR=9g/10分
マスターバッチはブルー)
樹脂温度:230℃
射出時間:6秒
冷却時間:25秒
成形サイクル:45秒
金型冷却温度:18℃
上記実施例5,6および比較例7〜9で得られた成形品8cのそれぞれについて、射出
成形直後、1時間後、1日後、1日経過後50℃の恒温室で3時間保管後、1日経過後−20℃の恒温室で3時間保管後に、図7のL2部寸法を測定し、その結果を表3に示した
。なお、比較例9の成形品については、変化量比較のため、成形直後から1時間後まで、矯正治具による矯正を実施した。
上記表3から実施例5、6の成形品は、成形直後から1時間経過したのちには、その寸法変化が1日後、1日経過後50℃の恒温室で3時間保管後、1日経過後−20℃の恒温室で3時間保管後のいずれの場合も、その変化量が0.5mm以下の少ない変化量である
ことがわかる。すなわち、コア層樹脂の量を30重量%以上にすれば、矯正治具を用いなくても規定の寸法を余裕をもって維持できることがよくわかる。
コア層樹脂が全樹脂の40重量%である図8および図9に示すような、底面に4つの脚
部89を備えるコンテナ形状の成形品8dを以下のような成形条件で成形した。
射出成形機:東芝機械社製850トン射出成形機に東芝機械社製の
射出ユニットを増設
樹脂合流部:ノズル部にてスキン樹脂とコア樹脂とを合流させる
(東芝機械プラスチックスエンジニアリング社製)
金型:1点ゲート(コンテナ底面の中心位置でホットチップ方式)
スキン層樹脂:ポリプロピレン(日本ポリケム社製BC03、
MFR=10g/10分)
コア層樹脂:リサイクル樹脂(使用済コンテナ回収材、MFR=8g/10分)
成形条件
射出時間:6秒(うちコア層樹脂射出時間2秒)
冷却時間:20秒
金型冷却温度:30℃
キャビティの成形品8dのL1部に対する部分の寸法:360mm
キャビティの成形品8dのL2部に対する部分の寸法:360mm
キャビティの成形品8dのL3部に対する部分の寸法:130mm
キャビティの成形品8dのL4部に対する部分の寸法:120mm
キャビティの成形品8dのL5部に対する部分の寸法:80mm
キャビティの成形品8dのL6部に対する部分の寸法:120mm
キャビティの成形品8dのL7部に対する部分の寸法:120mm
キャビティの成形品8dのL8部に対する部分の寸法:80mm
キャビティの成形品8dのL9部に対する部分の寸法:120mm
キャビティの成形品8dのL10部に対する部分の寸法:8mm
コア層樹脂が全体の30重量%である以外は実施例7と同様の成形条件で図8および図9に示すようなコンテナ形状の成形品8dを成形した。
(比較例10)
コア層樹脂が全体の20重量%である以外は実施例7と同様の成形条件で図8および図9に示すようなコンテナ形状の成形品8dを成形した。
(比較例11)
コア層樹脂が全体の10重量%である以外は実施例7と同様の成形条件で図8および図9に示すようなコンテナ形状の成形品8dを成形した。
(比較例12)
スキン層樹脂のみで実施例7と同様形状の成形品8dを成形した。
上記実施例7,8および比較例10〜12で得られた成形品8dのそれぞれについて、射出成形直後、1時間後、1日後、1日経過後50℃の恒温室で3時間保管後、1日経過後−20℃の恒温室で3時間保管後に、成形品8dを脚部89側を下にして水平な床面上に載せ、横方向に並ぶ2つの脚部89のうち、一方の脚部89の外縁側(成形品8dの側面側)を床面に確実に接触させた状態としたときに、他方の脚部の床面との最大隙間を調べ、その結果を表4に示した。
上記表4から実施例7のように、コア層樹脂の比率を40重量%にすれば、成形直後から1時間経過後、成形から1日経過後50℃の恒温室で3時間保管した後、1日経過後−20℃の恒温室で3時間保管した後のいずれの場合も、隙間がなく、また、実施例8のようにコア層樹脂の比率を30重量%にしても、隙間が0.2mmと矯正治具を用いなくても規定の寸法を余裕をもって維持できることがよくわかる。
一方、コア層樹脂の比率が30重量%を下回ると、成形直後から1時間経過後、成形から1日経過後50℃の恒温室で3時間保管した後、1日経過後−20℃の恒温室で3時間保管した後のいずれの場合においても、そりが大きくなり、隙間が大きくなることがわかる。
さらに、実施例7および実施例8の成形品8d場合、脚部89の下面が略平面状で安定よく床面に受けられたのに対し、比較例10〜12の成形品8dの場合、いずれも脚部89の内縁側のみが床面に受けられ安定性が悪かった。特に、比較例12の成形品8dにおいては、脚部89の下面が全体的に曲面形状になっていた。
本発明にかかるサンドイッチ射出成形品の1例であるコンテナの斜視図である。 図1のA−A線断面図である。 図1のコンテナを製造するのに用いる成形装置の1例を模式的にあらわす断面図である。 図1のコンテナの樹脂射出タイミングを説明する説明図である。 実施例1,2および比較例1〜3で成形したコンテナをあらわす斜視図である。 実施例3,4および比較例4〜6で成形したコンテナをあらわす斜視図である。 実施例5,6および比較例7〜9で成形したコンテナをあらわす斜視図である。 実施例7,8および比較例10〜12で成形したコンテナを上方から見た斜視図である。 実施例7,8および比較例10〜12で成形したコンテナを底面側から見た斜視図である。
符号の説明
1 コンテナ(サンドイッチ射出成形品)
2 本体
3 リブ
5 スキン層
6 コア層
61 コア層樹脂(コア層を構成するポリオレフィン系樹脂)

Claims (2)

  1. ポリオレフィン系樹脂からなるスキン層と、ポリオレフィン系樹脂からなるコア層とを備えるサンドイッチ射出成形品において、
    コア層を構成するポリオレフィン系樹脂が、成形品を構成する全樹脂の30重量%以上であることを特徴とするサンドイッチ射出成形品。
  2. 容器形状をした本体と、この本体の外壁面に設けられたリブとを備えている請求項1に記載のサンドイッチ射出成形品。
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