JP2006082473A - 熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法 - Google Patents

熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
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

本発明は熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法に関する。
熱可塑性樹脂発泡成形品は、軽量性、リサイクル性、断熱性などに優れることから、自動車部品材料、建築材料、包装材料等、種々の用途に用いられている。
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)。
特開平8−174737号公報
しかしながら前記積層ポリプロピレン系樹脂発泡シートは厚みが5mm以下と薄いため、このような積層ポリプロピレン系樹脂発泡シートを二次成形して得られる発泡成形品は、厚みが薄く、緩衝性や剛性が不十分であることがあった。
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。
すなわち本発明は、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である。
本発明の熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法によれば、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製造することができる。
本発明で真空成形に用いる熱可塑性樹脂発泡シートは、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、かつRa/Rb=2〜30である発泡層Bを有する。このような熱可塑性樹脂発泡シートを用いて後述するような方法で真空成形すると、発泡層Aよりも発泡層Bの方が大きく膨張する。そのため発泡層Aにより剛性を付与し、発泡層Bにより緩衝性を付与することができるため、剛性と緩衝性に優れた成形品が得られる。
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。
熱可塑性樹脂発泡シートを構成する樹脂としては、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン等の炭素数が6以下のオレフィンホモポリマー、あるいは炭素数が2〜10のオレフィンから選択される2種類以上のモノマーを共重合させたオレフィン共重合体などのオレフィン系樹脂、エチレン−ビニルエステル共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エステル系樹脂、アミド系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、アイオノマー樹脂などがあげられる。これらの樹脂は単独で使用してもよいし複数の樹脂のブレンド物として用いることもできる。これらの樹脂の中でも、成形性、耐油性、コストなどの観点からオレフィン系樹脂が好ましく用いられ、得られる成形品の剛性、耐熱性などの観点からプロピレン系樹脂が特に好ましく用いられる。
プロピレン系樹脂製の発泡シートを使用する場合、発泡層を構成するプロピレン系樹脂としては、プロピレンホモポリマーや、プロピレン由来のモノマー単位を50モル%以上含むプロピレン系共重合体をあげることができる。共重合体は、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体のいずれでもよい。好ましく用いられるプロピレン系共重合体の例としては、エチレンまたは炭素数4〜10のα−オレフィンとプロピレンとの共重合体を挙げることができる。炭素数4〜10のα−オレフィンとしては、例えば、1−ブテン、4−メチルペンテン−1、1−ヘキセンおよび1−オクテンが挙げられる。プロピレン系共重合体中のプロピレン以外のモノマー単位の含有量は、エチレンについては15モル%以下、炭素数4〜10のα−オレフィンについては30モル%以下であることが好ましい。プロピレン系樹脂は1種類でもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。
またプロピレン系樹脂の中でも、長鎖分岐プロピレン系樹脂や重量平均分子量が1×105以上の高分子量プロピレン系樹脂を、発泡層を構成する熱可塑性樹脂の50重量%以上用いることにより、より微細な気泡を有するプロピレン系樹脂発泡シートを得ることができる。さらにこのようなプロピレン系樹脂の中でも、シートリサイクル時にゲルを生じにくいことから非架橋のプロピレン系樹脂が好ましく使用される。
ここで長鎖分岐プロピレン系樹脂とは、分岐度指数[A]が0.20≦[A]≦0.98を満たすプロピレン系樹脂を指す。
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。
分岐度指数とは、重合体における長鎖分岐の程度を示すものであり、下記の式において定義される数値である。
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。
長鎖分岐プロピレン系樹脂または高分子量プロピレン系樹脂の中でも、融点+30℃付近において下記の条件で測定した一軸溶融伸張粘度比η5/η0.1が5以上であるプロピレン系樹脂が好ましく、より好ましくは10以上の樹脂である。一軸溶融伸張粘度比とは、伸張ひずみ速度1sec-1で、一軸伸張粘度測定装置(例としてレオメトリックス社製一軸伸張粘度測定装置などがあげられる)などの装置を用いて測定される値であり、歪み開始から0.1秒後の一軸溶融伸長粘度をη0.1とし、5秒後の一軸溶融伸張粘度をη5とする。
発泡シートを形成するために使用される発泡剤は、いわゆる化学発泡剤および物理発泡剤のいずれでもよく、これらを併用してもよい。上記化学発泡剤としては、例えば分解されて窒素ガスを発生する熱分解型発泡剤(アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、p−トルエンスルホニルヒドラジド、p,p’−オキシ−ビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)など)、分解されて炭酸ガスを発生する熱分解型無機発泡剤(炭酸水素ナトリウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムなど)など公知の熱分解型発泡性化合物が挙げられる。物理発泡剤としては、具体的にはプロパン、ブタン、水、炭酸ガス等があげられる。上記例示の発泡剤のうち、シートが真空成形時の加熱において2次発泡による変形を生じにくいことや、高温条件や、火に対して不活性な物質であることから、水や炭酸ガス等が好適に用いられる。発泡剤の使用量は所望の発泡倍率が得られるように、用いる発泡剤や樹脂の種類に応じて適宜選択されるものであり、通常熱可塑性樹脂100重量に対して発泡剤0.5〜20重量部である。
本発明で用いる熱可塑性樹脂発泡シートの製造方法は特に限定するものではなく、フラットダイ(Tダイ)やサーキュラーダイを用いた共押出し法により発泡層Aと発泡層Bを有する熱可塑性樹脂発泡シートを製造してもよく、発泡層Aと発泡層Bとをドライラミネーション、サンドラミネーション、熱ロール貼合、熱風貼合などにより貼り合わせてもよい。
熱可塑性樹脂発泡シートは、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマーなどの樹脂、ゴム、麻などの天然繊維、けい酸カルシウムなどの鉱物、合成紙、アルミニウムや鉄等の金属薄板や金属箔から構成される層を有していてもよい。
本発明で用いる熱可塑性樹脂発泡シートは、添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、充填剤(フィラー)、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、帯電防止剤、着色剤、剥離剤、流動性付与剤、滑剤などがあげられる。上記充填剤の例としては、具体的にはガラス繊維、カーボン繊維等の無機繊維、タルク、クレー、シリカ、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸マグネシウム等の無機粒子等があげられる。
本発明の真空成形方法は、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前記したような熱可塑性樹脂発泡シートを真空成形する方法である。以下にその一例を図3に基づいて詳細に説明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。
本発明では、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る。使用する成形型としては、一方が雄型、他方が雌型の成形型や、雌型同士の成形型、一対の板状の成形型などが例示できる。
それぞれの成形型の成形面より真空吸引可能な成形型としては、その成形面の少なくとも一部が焼結合金から構成される型や、成形面の少なくとも一部に孔が設けられた型などが例示される。成形型に設けられる前期孔の数や位置、孔径は特に限定されるものではなく、該孔を通じて真空吸引することにより、成形型間に供給された熱可塑性樹脂発泡シートを成形型成形面状に賦形することができるものであればよい。
成形型の材質は特に限定されるものではないが、通常寸法安定性、耐久性、熱伝導性などの観点から金属製であり、コストや軽量性などの面からアルミ製であることが好ましい。
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。
一方または両方の成形型に、気密性保持部を有する成形型を用いることが好ましい。このような成形型を用いた場合、真空吸引した際にキャビティ内の真空度を維持しやすくなり、きわめてひけの小さい成形品を得ることができる。
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。
気密性保持部を有する成形型の他の例としては、少なくとも一方の成形型の成形面外縁部に緩衝材を有する成形型が挙げられる。通常発泡シートは、表面に微小な凹凸を有している。緩衝材を有する成形型の場合には、型閉めにより緩衝材が微小な凹凸のある発泡シート表面と密着するため、真空吸引した場合にキャビティ内の真空度を維持しやすい。緩衝材としては、ゴムや発泡体等が挙げられる。また、型閉めしたときに一方の成形型の外周に設けられた気密性保持部によって、他方の成形型が覆われるような構成の一対の成形型を用いることもできる。
成形型の成形面および/または成形面外縁部には、発泡シートを固定する部材が設けられていてもよい。例えば成形面および/または成形面外縁部の一部あるいは全面に粘着材を設けたり、ピン、フック、クリップ、スリットなどを設けてもよい。このような成形型を用いることにより、発泡シートを成形面状に賦形することが容易となる。
成形型は、型閉めしたときに形成されるキャビティの高さが、工程(1)で得られる発泡シート厚みの0.8〜2倍程度の成形型を用いることが好ましい。キャビティの高さとは、成形型間に供給した発泡シートの厚み方向に対応する成形型成形面間の距離である。キャビティ高さは一定である必要はなく、所望の成形品の形状に対応したキャビティであればよい。キャビティの高さが低すぎると型閉め時に発泡シートの気泡をつぶしてしまうことがあり、高すぎると後述するように真空吸引しても成形型の成形面と発泡シート表面とを接触させて賦形することが困難となり、接触させた場合でも破泡が生じやすくなる。
図3−(1)は、熱可塑性樹脂発泡シートを加熱軟化させる工程(1)を示している。工程(1)では、通常クランプ枠で発泡シートを挟み、遠赤外ヒーター、近赤外ヒーター、接触式熱板などの公知の加熱装置で発泡シートを加熱する。短時間で効率的に加熱できることから、遠赤外ヒーターを用いることが好ましい。加熱処理は、発泡シートの表面温度が、発泡シートを構成する樹脂が結晶性樹脂であれば該樹脂の融点付近、非晶性樹脂であればガラス転移温度付近となるように加熱することが好ましい。
図3−(2)は、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間に、工程(1)で得られる熱可塑性樹脂発泡シートを供給した状態を示している。
図3−(3)は、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た状態を示している。型閉めは一方の成形型のみを他方の成形型方向に移動させてもよいし、両方の成形型を接近させてもよい。
図3−(4)は、両方の成形型の成形面より真空吸引を行った状態を示している。真空吸引は、成形面外縁部における両成形型間のクリアランスが、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に開始する。例えば成形面外縁部における両成形型間のクリアランスが、加熱軟化された熱可塑性樹脂発泡シートの厚みと同じになった時点から真空吸引を開始し、真空吸引しながら所定の厚みまでさらに型を閉じてもよいし、クリアランスが所定の厚みになると同時、または所定の厚みとなったのちに真空吸引を開始してもよい。所定の厚みとなったのちに真空吸引を行う場合には、発泡シートが冷却される前、所定の厚みとなった時点から通常3秒以内に真空吸引を行うことが好ましい。
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。
真空吸引の程度は特に限定されるものではないが、キャビティの真空度が−0.05〜−0.1MPaになるように真空吸引することが好ましい。真空度とは、大気圧に対するキャビティ内の圧である。すなわち「真空度が−0.05MPa」とは、キャビティ内の圧力が0.95MPaであることを示す。真空度が高いほど成形型に発泡シートが強く押し付けられるため、発泡シートをキャビティ形状どおりに賦形することが可能になる。キャビティの真空度とは、真空吸引する孔のキャビティ側口で測定される値である。
発泡シートを十分冷却したのち、真空吸引を停止して成形型を開き、成形品を取り出す。図3−(5)は、成形品を取り出すため成形型(図示せず)を開いた状態を示している。
本発明において、一方あるいは両方の成形型の成形面に、予め表皮材を載置しておいてもよい。表皮材としては、該表皮材を通して真空吸引を行うことにより発泡シートを成形面状に賦形可能なものであればその材料や厚みは特に限定されるものではなく、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマーなどの樹脂、ゴム、麻などの天然繊維、けい酸カルシウムなどの鉱物などがあり、その形態はフィルム、シート、不織布、織布などが例としてあげられる。その他にも紙、プロピレン系樹脂やスチレン系樹脂などからなる合成紙、アルミニウムや鉄等の金属薄板や金属箔などを使用することができる。表皮材は単層でも多層でもよく、シボなどの凹凸模様や印刷や染色などが施されたものでもよい。
また緩衝性および剛性に優れ、かつ厚みの厚み熱可塑性樹脂発泡成形品を得る方法としては、前記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も挙げられる。
(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。
本発明の真空成形方法により得られる成形品は、緩衝性および剛性に優れ、かつ厚みの厚い成形品であることから、食品容器などの包装材料や、自動車内装部品、建築材料、家電製品などに使用することができる。自動車内装部品の例としてはドアトリム、天井、トランクサイドなどが挙げることができ、このような部材として本発明で得られる成形品を用いた場合には、例えば車内の温度を調整した場合に、その温度を長時間保つことができるなどの効果が得られる。本発明の成形方法により自動車内装材を成形する場合には、熱可塑性樹脂製のシートや不織布、毛織物や麻などの天然繊維からなる層を表面に有する成形品とすることが好ましい。また本発明の真空成形方法により得られる成形品を食品容器として使用する場合には、カップ、トレイ、ボウルなどの様々な形状に賦形した成形品を使用することができ、断熱性に優れることから、高温に加熱した汁物充填用や、電子レンジで調理する食品容器用として好ましく用いられる。本発明の成形方法により食品容器を成形する場合には、エチレン-ビニルアルコール共重合体からなる層を有する単層または多層のガスバリア性フィルム層やCPPフィルム層を表面に有する成形品とすることが好ましい。
以下、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。
[実施例1]
(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。
以下に示す方法により、発泡層Bの両面に非発泡層が積層された、発泡層Bを有する二種三層の熱可塑性樹脂発泡シートB’を作製した。
(発泡層用材料)
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。
(熱可塑性樹脂発泡シートB’の製造方法)
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。
発泡層用材料100重量部に対して核剤(三共化成製MB1023)0.1重量部をブレンドした原料を50mmφ2軸押出機(2)のホッパーに投入し、180℃に加熱したシリンダー内で混練した。
50mmφ2軸押出機(2)中で、発泡層用材料と核剤とが十分に溶融混練されて相溶し、核剤が熱により分解発泡した時点で、液化炭酸ガスボンベに接続したポンプ(5)より物理発泡剤として炭酸ガス1.3重量部を注入した。炭酸ガス注入後、さらに混練して炭酸ガスを含浸させた後、これらをサーキュラーダイ(4)に供給した。
非発泡層用材料は32mmφ単軸押出機(3)により溶融混練してサーキュラーダイ(4)に供給した。
発泡層用材料は50mmφ2軸押出機のヘッド(7)よりサーキュラーダイ(4)の内部に導入され、流路(9a)によりダイ出口方向に送られ、その途中でパスPを通過して分岐され流路(9b)にも送られた。
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。
ダイより押出された二種三層の発泡シートを最大径700mmのマンドレル(6)に沿わせながらチューブ状に引取り、拡大と冷却を行った。得られたチューブ状発泡シートの円周上の2ヶ所でシートを切開することで幅1080mmの2枚の平坦なシートとし、引取ロールにより引取り、さらに幅方向にトリミングを行うことで、発泡倍率5倍、厚さ1.5mm、幅500mm、目付量270g/m2の熱可塑性樹脂発泡シートB’を得た。
(熱可塑性樹脂発泡シートCの製造方法)
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。
上記の方法により得られた熱可塑性樹脂発泡シートCを使用し、真空成形機(佐藤鉄工製VAIM0301)を用いて図3に示すようにして真空成形を実施した。成形型16、17は、いずれもエポキシ樹脂製であって、底面が300mm×300mmの正方形であり、側面が300mm×2mmである成形面を有し、該成形面外縁に幅15mmのパーティング面を有する雌型を用いた。各成形型は、成形面底面を構成する各辺に直径1mmの真空吸引孔を10cm間隔で4個ずつ有していた。また成形時の型の温度は60℃に調整した。
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。
(発泡倍率測定)
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。
(曲げ剛性)
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。
(熱貫流率評価)
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。
(緩衝性)
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。
Figure 2006082473
熱可塑性樹脂発泡シートB’を製造する装置の例を示した図 熱可塑性樹脂発泡シートB’を製造する際に用いるサーキュラーダイの断面形状の例を示した図 本発明の熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法の一態様の概略図 本発明の熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法の一態様の概略図
符号の説明
1 熱可塑性樹脂発泡シートB’を製造する装置
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)

  1. 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。
  2. 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
  3. 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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