JP2005144750A - 射出発泡成形方法及び発泡成形品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】射出発泡成形方法は、(A)樹脂可塑化・溶融手段によって、熱可塑性樹脂を可塑化・溶融し、溶融熱可塑性樹脂にガスを溶解させ、且つ、溶融熱可塑性樹脂を計量した後、(B)キャビティ内に該溶融熱可塑性樹脂を射出し、次いで、(C)キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることによって、溶融熱可塑性樹脂中におけるガスの発泡を抑制し、又は、溶融熱可塑性樹脂中で発泡したガスを該溶融熱可塑性樹脂中に再溶解させ、その後、(D)キャビティ内の熱可塑性樹脂の冷却・固化に伴う体積減少によるキャビティ内の熱可塑性樹脂における圧力低下に基づきガスを発泡させ、(E)固定金型部と可動金型部を型開きし、発泡成形品を取り出す、各工程を具備する。
【選択図】 なし
Description
(a)熱可塑性樹脂を可塑化・溶融するための樹脂可塑化・溶融手段、並びに、
(b)固定金型部と可動金型部とから成り、固定金型部と可動金型部とを型締めすることによって形成されるキャビティ、該キャビティに開口した溶融樹脂射出部、及び、該溶融樹脂射出部と樹脂可塑化・溶融手段とを結ぶ溶融樹脂流路を有する金型組立体、
を備えた射出成形装置を用いた射出発泡成形方法であって、
(A)樹脂可塑化・溶融手段によって、熱可塑性樹脂を可塑化・溶融し、溶融熱可塑性樹脂にガスを溶解させ、且つ、溶融熱可塑性樹脂を計量する工程と、
(B)樹脂可塑化・溶融手段から、溶融樹脂流路及び溶融樹脂射出部を経由して、固定金型部と可動金型部とを型締めすることによって形成されたキャビティ内に、該計量された溶融熱可塑性樹脂を射出する工程と、
(C)キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることによって、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂中におけるガスの発泡を抑制し、又は、キャビティ内に射出された溶融熱可塑性樹脂中で発泡したガスをキャビティ内の該溶融熱可塑性樹脂中に再溶解させる工程と、
(D)キャビティ内の熱可塑性樹脂の冷却・固化に伴う体積減少に起因したキャビティ内の熱可塑性樹脂における圧力低下に基づきガスを発泡させる工程と、
(E)固定金型部と可動金型部を型開きし、発泡成形品を取り出す工程、
を具備することを特徴とする。
臨界温度 臨界圧力
二酸化炭素ガス 31.1゜C 7.38×106Pa
窒素ガス −147 ゜C 3.42×106Pa
(1)保圧操作の停止によって、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止する構成、
(2)溶融樹脂射出部内における溶融熱可塑性樹脂の固化によって、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止する構成、
(3)溶融樹脂射出部を機械的に閉鎖することによって、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止する構成、
(4)溶融樹脂流路を機械的に閉鎖することによって、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止する構成、
(5)樹脂可塑化・溶融手段を機械的に閉鎖することによって、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止する構成、
のいずれか1つ、あるいは、これらの(1)〜(5)の構成の任意の組合せを採用することが、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂が減圧状態となってキャビティ内で確実に発泡が生じるといった観点から好ましい。
0.003×(1−ρ0/ρ1)<V1/V0<1.0×(1−ρ0/ρ1) (1’)
0.005×(1−ρ0/ρ1)<V1/V0<0.8×(1−ρ0/ρ1) (1”)
V0:発泡成形品の体積
V1:発泡成形品内に存在する気泡の体積合計
ρ0:溶融熱可塑性樹脂の密度(ガス溶解前の溶融熱可塑性樹脂の密度)
ρ1:使用した熱可塑性樹脂の密度(発泡成形品の密度ではない)
である。
ρthick<0.97×ρthin (2’)
ρthick<0.95×ρthin (2”)
ρbase<0.97×ρ1 (3’)
ρbase<0.95×ρ1 (3”)
先ず、樹脂可塑化・溶融手段10によって、熱可塑性樹脂を可塑化・溶融し、溶融熱可塑性樹脂にガスを溶解させ、且つ、溶融熱可塑性樹脂を計量した。実施例1にあっては、溶融熱可塑性樹脂にガスを溶解させた後、ガス溶解状態にある溶融熱可塑性樹脂を計量した。具体的には、ホッパ16から加熱シリンダー11とスクリュー12との間に投入された熱可塑性樹脂を、加熱シリンダー11及びスクリュー12によって加熱、可塑化、溶融し、更には、ガス導入部20から導入されたガスを加熱シリンダー11内の溶融熱可塑性樹脂に溶解させた後、ガス溶解状態にある溶融熱可塑性樹脂を計量し、加熱シリンダー11の先端部(ノズルヘッド部13)とスクリュー12の先端部との間に形成された空隙13Aに蓄えた。尚、ガス溶解状態にある溶融熱可塑性樹脂を計量するとき、溶融熱可塑性樹脂の圧力(樹脂計量背圧)を5×106Pa以上とした。また、溶融熱可塑性樹脂にガスを溶解させたとき、ガスは超臨界状態にある。樹脂温度(可塑化・溶融された樹脂の温度)、ガスの溶解条件、ガスの概算溶解量、樹脂計量背圧の値を表2に示すとおりとした。
次に、樹脂可塑化・溶融手段10から、溶融樹脂流路33及び溶融樹脂射出部34を経由して、固定金型部31と可動金型部32とを型締めすることによって形成されたキャビティ35内に、計量された溶融熱可塑性樹脂を射出した。具体的には、樹脂可塑化・溶融手段である射出用シリンダー10を構成するスクリュー12の後端には射出ラム17が取り付けられており、射出ラム17には射出用油圧シリンダー18によって圧力が加えられる。射出用油圧シリンダー18によって射出ラム17に圧力を加えることにより、スクリュー12が前方に押し出され、溶融熱可塑性樹脂に圧力が加わる結果、空隙13Aに蓄えられたガス溶解状態にある溶融熱可塑性樹脂は、ノズルヘッド部13から高速にて押し出され、溶融樹脂流路33を経由して溶融樹脂射出部34からキャビティ35へと射出される。尚、射出時金型温度及び射出時間を表2に示すとおりとした。また、ガス溶解状態にある溶融熱可塑性樹脂の射出量は、キャビティ35を未発泡状態の(ガス溶解状態にある)溶融熱可塑性樹脂で完全に充満するに足る量とした。更には、射出完了時においても空隙13Aに溶融熱可塑性樹脂がクッション量として残存する量とした。
その後、キャビティ35内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることによって、キャビティ35内の溶融熱可塑性樹脂中におけるガスの発泡を抑制し、又は、キャビティ35内に射出された溶融熱可塑性樹脂中で発泡したガスをキャビティ35内の該溶融熱可塑性樹脂中に再溶解させた。具体的には、保圧操作によって、キャビティ35内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えた。即ち、射出用油圧シリンダー18によって射出ラム17に圧力を加えることにより、スクリュー12が前方に押し出され、空隙13Aに残された溶融熱可塑性樹脂に圧力が加わり、係る圧力が、溶融樹脂流路33及び溶融樹脂射出部34内の溶融熱可塑性樹脂を介してキャビティ35内の溶融熱可塑性樹脂に伝えられた。発泡抑制加圧値(保圧圧力)を80MPa、発泡抑制加圧時間(保圧時間)を2.0秒とした。また、金型温度を射出時金型温度とした。
射出開始から2.7秒後に、キャビティ35内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止した。具体的には、保圧操作を停止することによって(即ち、射出用油圧シリンダー18によって射出ラム17に圧力を加えることを停止することで)、キャビティ35内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止した。そして、キャビティ35内の熱可塑性樹脂の冷却・固化に伴う体積減少に起因したキャビティ35内の熱可塑性樹脂における圧力低下に基づきガスを発泡させた。尚、金型温度を、表2に示す冷却時金型温度とした。
射出開始から62.7秒まで、キャビティ35内の熱可塑性樹脂を冷却・固化させた後、即ち、冷却時間を60秒とし、その後、固定金型部31と可動金型部32を型開きし、発泡成形品を取り出した。冷却中、金型温度を表2に示す冷却時金型温度に保持した。
V1/V0:0.003
ρ0 :1.34g/cm3
ρ1 :1.43g/cm3
ρthick :1.36g/cm3
ρthin :1.43g/cm3
ρbase :1.34g/cm3
比較例1においては、実施例1の[工程−100]と同様の工程において溶融熱可塑性樹脂にガスを溶解させない点、及び、実施例1の[工程−120]と同様の工程における保圧圧力及び保圧時間を変更した点を除き、実施例1の[工程−100]〜[工程−140]と同様の工程を実行した。尚、成形条件を表2に示す。
比較例2においては、実施例1の[工程−120]と同様の工程において発泡抑制加圧時間(保圧時間)を0.1秒とした点を除き、実施例1の[工程−100]〜[工程−140]と同様の工程を実行した。尚、成形条件を表2に示す。
Claims (24)
- (a)熱可塑性樹脂を可塑化・溶融するための樹脂可塑化・溶融手段、並びに、
(b)固定金型部と可動金型部とから成り、固定金型部と可動金型部とを型締めすることによって形成されるキャビティ、該キャビティに開口した溶融樹脂射出部、及び、該溶融樹脂射出部と樹脂可塑化・溶融手段とを結ぶ溶融樹脂流路を有する金型組立体、
を備えた射出成形装置を用いた射出発泡成形方法であって、
(A)樹脂可塑化・溶融手段によって、熱可塑性樹脂を可塑化・溶融し、溶融熱可塑性樹脂にガスを溶解させ、且つ、溶融熱可塑性樹脂を計量する工程と、
(B)樹脂可塑化・溶融手段から、溶融樹脂流路及び溶融樹脂射出部を経由して、固定金型部と可動金型部とを型締めすることによって形成されたキャビティ内に、該計量された溶融熱可塑性樹脂を射出する工程と、
(C)キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることによって、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂中におけるガスの発泡を抑制し、又は、キャビティ内に射出された溶融熱可塑性樹脂中で発泡したガスをキャビティ内の該溶融熱可塑性樹脂中に再溶解させる工程と、
(D)キャビティ内の熱可塑性樹脂の冷却・固化に伴う体積減少に起因したキャビティ内の熱可塑性樹脂における圧力低下に基づきガスを発泡させる工程と、
(E)固定金型部と可動金型部を型開きし、発泡成形品を取り出す工程、
を具備することを特徴とする射出発泡成形方法。 - 前記工程(A)において溶融熱可塑性樹脂にガスを溶解させたとき、ガスは超臨界状態又は亜臨界状態にあることを特徴とする請求項1に記載の射出発泡成形方法。
- ガスは、二酸化炭素ガス、窒素ガス、又は、二酸化炭素と窒素の混合ガスであることを特徴とする請求項1乃又は請求項2に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(A)において溶融熱可塑性樹脂を計量するとき、溶融熱可塑性樹脂の圧力を5×106Pa以上とすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(B)において計量された溶融熱可塑性樹脂をキャビティ内に射出する前に、予め、キャビティ内に加圧流体を充填しておくことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(C)において、保圧操作によってキャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(D)において、キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止し、キャビティ内の熱可塑性樹脂の冷却・固化に伴う体積減少に起因したキャビティ内の熱可塑性樹脂における圧力低下に基づきガスを発泡させることを特徴とする請求項6に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(D)において、保圧操作の停止によってキャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止することを特徴とする請求項7に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(D)において、溶融樹脂射出部内における溶融熱可塑性樹脂の固化によってキャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止することを特徴とする請求項7に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(D)において、溶融樹脂射出部を機械的に閉鎖することによってキャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止することを特徴とする請求項7に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(D)において、溶融樹脂流路を機械的に閉鎖することによってキャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止することを特徴とする請求項7に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(D)において、樹脂可塑化・溶融手段を機械的に閉鎖することによってキャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを中止することを特徴とする請求項7に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(C)において、キャビティの体積を減少させることによってキャビティ内の溶融熱可塑性樹脂に圧力を加えることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の射出発泡成形方法。
- キャビティを構成する金型面の少なくとも一部は、熱伝導率が13(W・m-1・K-1)以下の入れ子から構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載の射出発泡成形方法。
- 入れ子はセラミックス材料から作製されていることを特徴とする請求項14に記載の射出発泡成形方法。
- 入れ子はジルコニアから作製されていることを特徴とする請求項15に記載の射出発泡成形方法。
- 熱可塑性樹脂は非晶性熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1乃至請求項16のいずれか1項に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(B)及び工程(C)において、キャビティを構成する金型面の温度を、使用する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上とし、前記工程(D)において、キャビティを構成する金型面の温度を、使用する熱可塑性樹脂のガラス転移温度未満とすることを特徴とする請求項17に記載の射出発泡成形方法。
- 熱可塑性樹脂は結晶性熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1乃至請求項16のいずれか1項に記載の射出発泡成形方法。
- 前記工程(B)及び工程(C)において、キャビティを構成する金型面の温度を、使用する熱可塑性樹脂の融点以上とし、前記工程(D)において、キャビティを構成する金型面の温度を、使用する熱可塑性樹脂の結晶化開始温度以下とすることを特徴とする請求項19に記載の射出発泡成形方法。
- 請求項1乃至請求項20のいずれか1項に記載の射出発泡成形方法によって成形された熱可塑性樹脂製の発泡成形品であって、発泡成形品の体積をV0、発泡成形品内に存在する気泡の体積合計をV1、溶融熱可塑性樹脂の密度をρ0、使用した熱可塑性樹脂の密度をρ1としたとき、以下の式(1)を満足していることを特徴とする発泡成形品。
0.001×(1−ρ0/ρ1)<V1/V0<1.2×(1−ρ0/ρ1) (1) - 厚肉部と薄肉部とを有し、
厚肉部の密度ρthick及び薄肉部の密度ρthinが、以下の式(2)を満足していることを特徴とする請求項21に記載の発泡成形品。
ρthick<0.99×ρthin (2) - リブ部あるいはボス部を有し、
リブ部あるいはボス部の付け根部の密度ρbase及び使用した熱可塑性樹脂の密度ρ1が、以下の式(3)を満足していることを特徴とする請求項21に記載の発泡成形品。
ρbase<0.99×ρ1 (3) - 表面から少なくとも20μmの深さの所までは気泡が存在していないことを特徴とする請求項21乃至請求項23のいずれか1項に記載の発泡成形品。
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