JP2006082473A - 熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法 - Google Patents
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- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
- B29C44/34—Auxiliary operations
- B29C44/3403—Foaming under special conditions, e.g. in sub-atmospheric pressure, in or on a liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
- B29C44/02—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of definite length, i.e. discrete articles
- B29C44/04—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of definite length, i.e. discrete articles consisting of at least two parts of chemically or physically different materials, e.g. having different densities
- B29C44/0461—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of definite length, i.e. discrete articles consisting of at least two parts of chemically or physically different materials, e.g. having different densities by having different chemical compositions in different places, e.g. having different concentrations of foaming agent, feeding one composition after the other
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Abstract
緩衝性および剛性に優れ、かつ厚みの厚い熱可塑性樹脂発泡成形品を得ることのできる熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法を提供する。
【解決手段】
それぞれの成形型の成形面より真空吸引可能な一対の成形型を用いて、両方の成形型の成形面より真空吸引を行い熱可塑性樹脂発泡シートを真空成形する方法であって、前記真空成形に用いる熱可塑性樹脂発泡シートが、発泡倍率Xaが2〜20倍、厚みTaが2〜20mm、目付量Raが600〜3000g/m2の発泡層Aと、発泡倍率Xbが4〜40倍、厚みTbが2〜12mm、目付量Rbが100〜600g/m2であって、Ra/Rb=2〜30である発泡層Bを有する熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法。
【選択図】 図3
Description
熱可塑性樹脂発泡成形品を上記のような用途として用いる場合には、緩衝性と剛性が求められることが多い。このような発泡成形品として、密度が高い発泡シートの片面に密度が低い発泡シートを積層した、厚さ3〜5mmの積層ポリプロピレン系樹脂発泡シートが知られている(例えば特許文献1参照)。
本発明は、緩衝性および剛性に優れ、かつ厚みの厚い熱可塑性樹脂発泡成形品を得ることのできる熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法を提供するものである。
熱可塑性樹脂発泡シートは、前記発泡層A、B以外に非発泡層を有していてもよい。
分岐度指数[A]が0.20≦[A]≦0.98を満たす長鎖分岐プロピレン系樹脂の例としては、バゼル社製のプロピレンPF−814が挙げられる。
分岐度指数 [A] =〔η〕Br/〔η〕Lin
ここで〔η〕Brは、長鎖分岐を有するプロピレン系樹脂の固有粘度であり、〔η〕Linは、該長鎖分岐を有するプロピレン系樹脂と同じモノマー単位および同じ重量平均分子量を有する、直鎖プロピレン系樹脂の固有粘度である。
固有粘度は極限粘度数とも呼ばれ、重合体の溶液粘度を増強する能力の尺度である。固有粘度は特にポリマー分子の分子量と、分岐度に依存する。したがって、長鎖分岐を有するポリマーの固有粘度と、該長鎖分岐を有するポリマーと同じ重量平均分子量の直鎖ポリマーの固有粘度とを比較することにより、該長鎖分岐を有するポリマーの分岐度の尺度とすることができる。プロピレン系樹脂の固有粘度の測定方法は、エリオット等[J.Appl.Polym.Sci.,14,2947−2963(1970)]により開示されているような従来知られている方法により測定することができ、例えば、プロピレン系樹脂をテトラリン又はオルトジクロロベンゼンに溶解し、135℃で固有粘度を測定することが可能である。
プロピレン系樹脂の重量平均分子量(Mw)は、通常用いられる種々の方法で測定できるが、M.L.McConnelによって、American Laboratory,May,63−75(1978)に発表されている方法、即ち、低角度レーザー光散乱強度測定法が特に好ましく用いられる。
重量平均分子量が1×105以上の高分子量プロピレン系樹脂を重合する方法の例としては、特開平11−228629号公報に記載されたように、まず高分子量成分を重合した後に続いて低分子量成分を重合する方法などがあげられる。
また成形型は、ヒーターや熱媒などにより温度調整可能な構造であることが好ましい。発泡シートとの滑り性を高める観点や、成形完了前に発泡シートが冷却されてしまうことを防止する観点から、成形型の成形面を30〜80℃とすることが好ましく、50〜60℃とすることがさらに好ましい。
気密性保持部を有する成形型としては、例えば少なくとも一方の成形型の成形面外縁部が、対向する成形型方向に可動である成形型が挙げられる。このような成形型の場合、型閉め時は該可動部が成形面外縁部と同じ平面上となるよう、可動部が成形型に収納可能である構造が好ましい。このような成形型は、型を開くに従い可動部が突出するため、後述する型開き工程においてキャビティ内の真空度が維持しやすくなる。
各成形型から真空吸引を開始するタイミングは、内部構造が均一な成形品を得るためには同時であることが好ましいが、発泡シートが冷却されない時間内であれば時間差をつけることも可能である。一方の成形型から真空吸引を開始した後に他方の成形型から真空吸引を開始する場合には、開始時間の差が3秒以内であることが好ましい。
(4’)工程(3)におけるクリアランスが、加熱軟化された熱可塑性樹脂発泡シートの厚み以下になった任意の時点または所定の厚みになったのち、両方の成形型の成形面より真空吸引を開始する工程
(4’’)真空吸引を継続しつつ、成形面間の前記シートが所望の成形品厚みになるまで型開きして賦形する工程
該真空成形方法の概略図を図4に示した。図4−(1)〜(4)および(6)は、図3−(1)〜(5)と同じである。図4−(5)は、真空吸引を継続しつつ、成形面間の前記シートが所望の成形品厚みになるまで型開きした状態を示す。型開きは真空吸引を継続しながら行う。型開きの速度や真空度は、発泡シ−トが所望の成形品形状に賦形されるように調整すればよい。
(熱可塑性樹脂発泡シートA’の製造方法)
(発泡層用材料)
特開平11−228629号公報に開示された方法により得た、下記の物性を有するプロピレン系重合体粉末100重量部に対して、ステアリン酸カルシウム0.1重量部、フェノール系酸化防止剤(商品名:イルガノックス1010、チバスペシャルティケミカルズ社製)0.05重量部、フェノール系酸化防止剤(商品名:スミライザーBHT、住友化学工業(株)製)0.2重量部を加えて混合し、230℃で溶融混練して、プロピレン系重合体ペレット(i)を得た。プロピレン系重合体ペレット(i)のJIS K6758で測定されるメルトフローレート(MFR)は12g/10min(230℃ 2.16kgf)であった。該プロピレン系重合体ペレット(i)を発泡層用材料とした。
プロピレン系重合体の物性
成分(A)(特開平11−228629に開示された方法で得られたプロピレン系重合体に含まれる2成分のうちの高分子量成分)の極限粘度([η]A)=8dl/g、成分(A)中のエチレン由来の構成単位含量(C2inA)=0%、成分(B)の極限粘度([η]B)=1.2dl/g、成分(B)(特開平11−228629に開示された方法で得られたプロピレン系重合体に含まれる2成分のうちの低分子量成分)中のエチレン由来の構成単位含量(C2inB)=0%。レオメトリックス社製一軸伸張粘度測定装置を用いて測定した180℃、0.1sec-1におけるη5=71000Pa・s、η0.1=2400Pa・s。
上記のプロピレン系重合体ペレット(i)を使用し、ポリプロピレン(ii)(住友化学工業(株)製ポリプロピレン AW191 MFR11g/10min(230℃ 2.16kgf))、ポリエチレン(iii)(住友化学工業(株)製エチレン CX3502 MFR4g/10min(190℃ 2.16kgf))、を(i)/(ii)/(iii)=70/15/15重量比でブレンドし発泡層用材料とした。
発泡層用材料100重量部に対し、アゾジカルボンアミド/炭酸水素ナトリウム/酸化亜鉛=5/90/5重量比からなる発泡剤を1.4重量部配合したものを発泡シート製造装置に投入した。
発泡シート製造装置は先端にギアポンプを設けた120mmφ単軸押出機を使用し、出口流路幅が1500mmで180℃に温調したシングルマニホールドタイプの単層Tダイを使用した
発泡シート製造装置に投入した発泡層用材料は160kg/hrでTダイより押出し、直径300mmで60℃に温調した引取りロールからなる冷却成形機により平滑な発泡シート形状に成形した。冷却成形機の下流側に端部トリミング装置を設け、発泡シートを500mm幅にトリミングした後、引取り機によって引き取り、発泡倍率3倍、厚み3mm、幅500mm、目付量900g/m2の熱可塑性樹脂発泡シートA’を得た。
熱可塑性樹脂発泡シートA’の発泡層用材料として用いたものと同様のプロピレン重合体ペレット(i)を発泡層用材料とした。
(非発泡層用材料)
ポリプロピレン(iv)(住友化学工業(株)製ホモポリプロピレン FS2011DG2 MFR 2.5g/10min(230℃ 2.16kgf))、ポリプロピレン(v)(バゼル社製長鎖分岐型ホモポリプロピレン PF814 MFR 3g/10min(230℃ 2.16kgf))、ポリプロピレン(vi)(住友化学工業(株)製プロピレン−エチレンランダム共重合体 W151 エチレン由来の構成単位含量4.5% MFR 8g/10min(230℃ 2.16kgf))、タルクマスターバッチ(vii)(住友化学工業(株)製ブロックポリプロピレンベースタルクマスターバッチ MF110 タルク含有量70wt%)、チタンマスターバッチ(viii)(東京インキ(株)製チタンマスターバッチ PPM2924 チタン含有量60wt% ランダムポリプロピレンベース MFR 30g/10min(230℃ 2.16kgf))を、(iv)/(v)/(vi)/(vii)/(viii)=12/30/15/43/5の重量比でドライブレンドし、非発泡層用材料とした。
前記発泡層用材料、非発泡層用材料を使用し、図1および図2に示すような、発泡層押出用の50mmφ2軸押出機(2)と、非発泡層押出用の32mmφ単軸押出機(3)、に90mmφサーキュラーダイ(4)を取り付けた装置(1)により押出成形を行い、以下のようにして熱可塑性樹脂発泡シートB’を得た。
非発泡層用材料は32mmφ単軸押出機(3)により溶融混練してサーキュラーダイ(4)に供給した。
非発泡層用材料は32mmφ単軸押出機(3)のヘッド(8)よりダイ内部に導入され、流路(10a)と(10b)に分割された後、流路(9a)の両面に積層するように供給されながらダイ出口方向に送られ、(11a)において積層化された。流路(10a)と(10b)に供給された非発泡層用材料は、その途中でパスPに類似した分割流路(図示せず)により分岐され流路(10c)、(10d)に送られた後、流路(9b)の両面に積層するように供給されながらダイ出口方向に送られ、(11b)において積層化された。
(11a)、(11b)において二種三層構造の円筒状となった溶融樹脂は、サーキュラーダイ(4)の出口(12)から押出され、この大気圧への開放により、発泡層用材料に含浸された炭酸ガスが膨張し、気泡が形成されて発泡層が形成された。
上記熱可塑性樹脂発泡シートA’と熱可塑性樹脂発泡シートB’を使用し、1対の成形工具として幅500mm、直径150mmの金属製ロールを用いて以下の方法で積層化を行った。ロールの表面温度は、ロールに加熱したオイルを循環させることにより調整した。
上記熱可塑性樹脂発泡シートA’と熱可塑性樹脂発泡シートB’を対向させTD方向の中心を合わせて重ねた状態とし、ライン速度0.5m/minで回転するロール間に通し、ロールで加圧した。
ロール圧着点とエアナイフ送風口との距離が75mmとなるようにエアナイフを設置し、エアナイフ送風口から10mm地点での温度が210℃となるように風速10m/sで熱風を送り、上記熱可塑性樹脂発泡シートA’と熱可塑性樹脂発泡シートB’のそれぞれの貼合面を該熱風で加熱しながらロールで加圧して貼合し、積層化した熱可塑性樹脂発泡シートCを得た。ロールの間隔は4.3mm、圧縮エアーによるロール加圧圧力は3kgf/cm2とした。
熱可塑性樹脂発泡シートC(13)をクランプ枠(14)で固定し、シート表面が160℃になるように赤外ヒーター(15)により加熱軟化させた。加熱軟化した発泡シート(ウ)の厚みは4.5mmであった。
加熱軟化させた発泡シートをクランプ枠に固定したまま、成形型(16)及び成形型(17)の間に供給した。
成形型(16)と成形型(17)のパーティング面間のクリアランスが4mmとなるまで両成形型を接近させて両成形型を閉じた。型閉め完了と同時に両方の成形型から真空度−0.09MPaで10秒間真空吸引を行った。
真空吸引を停止して成形型を開き、成形品を取り出した。得られた成形品の評価結果を表1に示す。
水中置換式密度計((株)東洋精機製作所製 自動比重計 型式D−H100)を使用し、20mm×20mmにサンプリングした製品の比重を測定し、製品を構成する各材料の密度を用いて発泡倍率を計算した。
測定するシートを幅50mm(TD方向)、長さ150mm(MD方向)にサンプリングし、スパン100mmに調整したオートグラフ(島津製作所製 型式AGS−500D)の曲げ測定用支持台の上にサンプルと支持台の中心を合わせてサンプルをセットした。先端が曲率半径5の形状の棒状押し治具をサンプル中心部に当て、10mm/minでサンプルを曲げながら、変位(cm)と荷重(N)の相関曲線を作成し、最初に現れる勾配の傾き(N/cm)を曲げ剛性として評価した。
英弘精機(株)製熱伝導率測定装置(AUTO−Λシリーズ HC−074)にて、JIS A1412に基づき熱伝導率を測定し、得られた結果を元に熱貫流率を算出した。(低温プレート温度20℃、高温プレート温度30℃、Temperature Equilirium 0.2℃、Between Block HEM Equil 49μV、HFM Percent Change 2.0%、Min Number of Block 4、Calculation Blocks 3) 熱貫流率が小さいほど断熱性に優れるといえる。
測定はJIS K−6767に準拠して実施した。
測定するシートを50mm角にサンプリングし、オートグラフ(島津製作所製 型式AGS−500D)の平坦なステージの上に、厚さが25mm程度になるよう、サンプルの目付量の小さい発泡シートを測定面側にして、数枚重ねてセットした。サンプル中心を圧縮治具により10mm/minで圧縮し、圧縮前の厚さから25%圧縮し、20秒経過したときの荷重(N)を測定し、サンプル表面積(2500mm2)で割り戻した値を求めた。
2 50mmφ2軸押出機
3 32mmφ単軸押出機
4 サーキュラーダイ
5 炭酸ガス供給用ポンプ
6 マンドレル
7 50mmφ2軸押出機のヘッド
8 32mmφ単軸押出機のヘッド
9a 流路
9b 流路
10a 流路
10b 流路
10c 流路
10d 流路
11a 流路
11b 流路
12 サーキュラーダイ出口
13 熱可塑性樹脂発泡シート
14 クリップ部材
15 赤外ヒーター
16 成形型
17 成形型
Claims (3)
- それぞれの成形型の成形面より真空吸引可能な一対の成形型を用いて、両方の成形型の成形面より真空吸引を行い熱可塑性樹脂発泡シートを真空成形する方法であって、前記真空成形に用いる熱可塑性樹脂発泡シートが、発泡倍率Xaが2〜20倍、厚みTaが2〜20mm、目付量Raが600〜3000g/m2の発泡層Aと、発泡倍率Xbが4〜40倍、厚みTbが2〜12mm、目付量Rbが100〜600g/m2であって、Ra/Rb=2〜30である発泡層Bを有する熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法。
- それぞれの成形型の成形面より真空吸引可能な一対の成形型を用いた、以下の(1)〜(5)の工程を含む請求項1に記載の熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法。
(1)熱可塑性樹脂発泡シートを加熱軟化させる工程
(2)成形型間に、工程(1)で得られる熱可塑性樹脂発泡シートを供給する工程
(3)加熱軟化された熱可塑性樹脂発泡シートを成形型間で挟持しつつ、成形面外縁部における両成形型間のクリアランスが、該シートの厚み以下となるまで両成形型を閉じる工程
(4)工程(3)におけるクリアランスが、加熱軟化された熱可塑性樹脂発泡シートの厚み以下になった任意の時点または所定の厚みになったのち、両方の成形型の成形面より真空吸引を開始し所望の成形品形状に賦形する工程
(5)真空吸引を停止して成形型を開き、成形品を取り出す工程 - 請求項2の真空成形方法において、工程(4)に代えて以下の工程(4’)および(4’’)を含む熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法
(4’)工程(3)におけるクリアランスが、加熱軟化された熱可塑性樹脂発泡シートの厚み以下になった任意の時点または所定の厚みになったのち、両方の成形型の成形面より真空吸引を開始する工程
(4’’)真空吸引を継続しつつ、成形面間の前記シートが所望の成形品厚みになるまで型開きして賦形する工程
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