JP2008100428A - 樹脂成形体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の用途への展開が期待できる新しい構造の樹脂成形体及を提供する。
【解決手段】樹脂成形体１０は、成形型のキャビティ内に射出充填した発泡層形成物質入り熱可塑性樹脂材料が固化する過程でキャビティ容積を拡大させて熱可塑性樹脂材料を発泡させることにより、両側表面のそれぞれに空隙を有しないスキン層１１が形成されると共に、両側表面のスキン層１１間に発泡層１２が形成されたものである。発泡層１２は、キャビティ容積拡大方向中間部に形成されスキン層１１よりも樹脂密度の小さい中間層１２ａと、中間層１２ａのキャビティ容積拡大方向両側それぞれのスキン層１１との間に形成されほとんど樹脂を有しない空洞層１２ｂと、で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、両側表面のそれぞれに空隙を有しないスキン層が形成されると共に、それらのスキン層間に発泡層が形成された樹脂成形体及びその製造方法に関する。

樹脂成形体として、両側表面のそれぞれに空隙を有しないスキン層が形成されると共に、それらのスキン層間に発泡層が形成されたものは公知である。このような樹脂成形体は、成形型のキャビティ内に射出充填した発泡層形成物質入り熱可塑性樹脂材料が固化する過程でキャビティ容積を拡大させて熱可塑性樹脂材料を発泡させることにより製造することができる。

特許文献１には、平均繊維長が１ｍｍ以上に保持された強化繊維を含む熱可塑性樹脂成形体であって、その厚み方向における断面構造として、空隙を殆ど有しないスキン層、１０〜５０容量％の空隙率を有する発泡または膨張層、および該発泡または膨張層よりも高い空隙率を有し、強化繊維同士が絡み合い、その接点付近で熱可塑性樹脂により固定された梁構造層を有するものが開示されている。
特開２００２−１８９１６号公報

本発明の目的は、種々の用途への展開が期待できる新しい構造の樹脂成形体及びその製造方法を提供することである。

上記の目的を達成する本願の請求項１に係る発明は、成形型のキャビティ内に射出充填した発泡層形成物質入り熱可塑性樹脂材料が固化する過程でキャビティ容積を拡大させて上記熱可塑性樹脂材料を発泡させることにより、両側表面のそれぞれに空隙を有しないスキン層が形成されると共に、該両側表面のスキン層間に発泡層が形成された樹脂成形体であって、
上記発泡層は、上記キャビティ容積拡大方向中間部に形成され上記スキン層よりも樹脂密度の小さい中間層と、該中間層のキャビティ容積拡大方向両側それぞれの上記スキン層との間に形成されほとんど樹脂を有しない空洞層と、で構成されていることを特徴とする。

上記構成の樹脂成形体は、発泡層が中間層とその両側の空洞層とで構成された従来に無い新しい構造のものであり、中間層の両側の空洞層による遮音効果や断熱効果から種々の用途への展開を期待することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載された樹脂成形体において、
上記スキン層を貫通して上記空洞層に達し且つ上記中間層を貫通しない開口部が上記キャビティ容積拡大方向の少なくとも一方側に形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、キャビティ容積拡大方向の少なくとも一方側に開口部が形成されているので、空洞層による吸音効果が向上する。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載された樹脂成形体において、
上記中間層の樹脂密度が０．２〜０．４ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする。

上記の構成によれば、中間層の樹脂密度が０．２〜０．４ｇ／ｃｍ^３であるので、中間層による遮音性能が高く、その結果、特に優れた遮音効果を得ることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載された樹脂成形体の製造方法であって、
キャビティ内に射出充填した熱可塑性樹脂材料のキャビティ容積拡大方向において、その略中央部と成形型の成形面との間に、該略中央部よりも温度が高い部分が存在するときに、キャビティ容積を拡大することを特徴とする。

上記のようにすれば、本発明の樹脂成形体を容易に製造することができる。

本発明の樹脂成形体は、発泡層が中間層とその両側の空洞層とで構成された従来に無い新しい構造のものであり、中間層の両側に空洞層を有するので、その遮音効果や断熱効果から種々の用途への展開を期待することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る樹脂成形体１０を示す。

この樹脂成形体１０は、発泡層形成物質及び補強用繊維入り熱可塑性樹脂材料により、例えば厚さ４．０〜８．０ｍｍの板状体に形成されたものである。

熱可塑性樹脂材料の主成分を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン−ポリエチレンブロック共重合体樹脂等のポリオレフィン樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂の含有量は例えば５５〜７７質量％である。

熱可塑性樹脂材料に含まれる発泡層形性物質としては、例えば、化学反応によりガスを発生する化学的発泡材や二酸化炭素ガス及び窒素ガス等の不活性ガスを含有する物理的発泡材等が挙げられる。発泡層形成物質の含有量は例えば３．０〜５．０質量％である。

熱可塑性樹脂材料に含まれる補強用繊維としては、例えば、ガラス繊維やアラミド繊維等が挙げられる。補強用繊維の繊維長は例えば１．０〜４．０ｍｍである。補強用繊維の含有量は例えば２０〜４０質量％である。

この樹脂成形体１０は、両側表面のそれぞれに形成されたスキン層１１と、両スキン層１１の間に形成された発泡層１２と、を有する。

スキン層１１は、空隙を有さない高密度固層に構成されている。スキン層１１の樹脂密度は例えば１．１０〜１．１２ｇ／ｃｍ^３である。スキン層１１の厚さは例えば０．３〜０．７ｍｍである。

発泡層１２は、厚み方向（キャビティ容積拡大方向）の中間部に形成された中間層１２ａと、その中間層１２ａの両側それぞれのスキン層１１との間に形成された空洞層１２ｂと、で構成されている。

中間層１２ａは、スキン層１１よりも樹脂密度の小さい低密度多孔層に構成されている。中間層１２ａの樹脂密度は例えば０．２〜０．４ｇ／ｃｍ^３である。中間層１２ａの厚さは例えば０．２〜０．５ｍｍである。

各空洞層１２ｂは、ほとんど樹脂を有しない空隙に構成されている。各空洞層１２ｂの樹脂密度は例えば０．１〜０．２ｇ／ｃｍ^３である。各空洞層１２ｂの厚さは例えば１．６〜３．１ｍｍである。

このような構造の樹脂成形体１０は、発泡層１２が中間層１２ａとその両側の空洞層１２ｂとで構成された従来に無い新しい構造のものであり、中間層１２ａの両側に空洞層１２ｂを有する多層構造であるため、その遮音効果や断熱効果から種々の用途への展開を期待することができる。具体的には、例えば、高温度で且つ高騒音の自動車のエンジンルームと静寂性を含む快適性が要求される車室とを仕切る仕切部材（ダッシュボード）、住宅用建材等に好適に用いることができる。

次に、上記樹脂成形体１０の製造方法について図２（ａ）〜（ｃ）並びに図３及び４を用いて説明する。

樹脂成形体１０の製造に用いる成形型２０は、図２（ａ）に示すように、固定型２１と可動型２２とを備え、固定型２１の内側略中央部に平板状の凸部２１ａが形成されている一方、可動型２２の内側略中央部に浅底の凹部２２ａが形成され、固定型２１の凸部２１ａと可動型２２の凹部２２ａとが嵌合して内部に板状体成形用のキャビティＣが構成されたものである。また、この成形型２０は、固定型２１の凸部２１ａが可動型２２の凹部２２ａに対して摺動してキャビティＣの厚み方向の間隔が変化してキャビティ容積が可変となるように、図２（ａ）の矢印で示す方向に可動型２２が固定型２１に対して可動に構成されている。さらに、この成形型２０は、可動型２２が図示しない射出成形機に取り付けられ、射出成形機からの溶融した熱可塑性樹脂材料３０が可動型２２に形成された溶融樹脂通路２２ｂを介してキャビティＣの端部に供給されるように構成されている。

上記樹脂成形体１０の製造に際しては、まず、成形型２０を型締めし、キャビティＣの厚み方向の間隔を所定値に設定する。この際、キャビティＣの厚み方向の間隔は１．８〜２．５ｍｍとすることが好ましい。

次いで、図２（ｂ）に示すように、射出成形機から溶融した熱可塑性樹脂材料３０を可動型２２に形成された溶融樹脂通路２２ｂを介してキャビティＣの端部に供給する。このとき、図３に示すように、熱可塑性樹脂材料３０はキャビティＣの一端から広がるように流動するが、その厚み方向の温度分布は図４に示すようなものとなる。つまり、このときの温度分布は、成形型２０の成型面との接触部分が最も温度が低く、次に略中央部Ｂ、その次が略中央部Ｂと成形型２０の成形面との間のＡ部分の順に温度が高くなるものとなる。成形型２０の成型面との接触部分が最も温度が低くなるのは、成形型２０の温度（例えば５０℃）が、熱可塑性樹脂材料３０の温度（例えば２００℃）より低く、熱可塑性樹脂材料３０が成形型２０によって冷却されるためである。略中央部Ｂと成形型２０の成形面との間のＡ部分の温度が最も高くなるのは、熱可塑性樹脂材料３０がキャビティＣ内を流動する際に、成形型２０の成形面による流動抵抗の大きい当該成形面近傍の熱可塑性樹脂材料３０の流速が、当該成形面の流動抵抗を受け難い略中央部Ｂの熱可塑性樹脂材料３０の流速よりも遅いため、この流速の差によりＡ部分が大きく剪断変形して剪断熱を発生するためであると考えられる。この際、熱可塑性樹脂材料３０の温度を１８０〜２２０℃とすることが好ましく、成形型２０の温度を４０〜６０℃とすることが好ましく、射出時間を０．８〜１．２秒とすることが好ましい。

続いて、図２（ｃ）に示すように、固定型２１に対して可動型２２を移動させてキャビティＣの厚み方向の間隔を拡大することによりキャビティ容積を拡大させる。このキャビティ容積の拡大は、成形型２０の成形面近傍の熱可塑性樹脂材料３０にスキン層１１が生成され且つ熱可塑性樹脂材料３０に上記温度分布が維持されているとき、つまり、熱可塑性樹脂材料３０の厚み方向（キャビティ容積拡大方向）において、略中央部Ｂと成形型２０の成形面との間に、略中央部Ｂよりも温度が高い部分が存在するときに行う。このとき、熱可塑性樹脂材料３０が内部で発泡して、その厚み方向（キャビティ容積拡大方向）において、相対的に温度が低い略中央部Ｂに対応して中間層１２ａが形成され、一方、相対的に温度が高い略中央部Ｂの両側のＡ部分に対応して空洞層１２ｂが形成され、それらによって発泡層１２が構成される。この際、キャビティＣの厚み方向（キャビティ容積拡大方向）の間隔を２．０〜４．０倍（発泡倍率）に拡大することが好ましい。

そして、しかる後、成形型２０を型開きし、内部から成形された樹脂成形体１０を取り出す。

（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る樹脂成形体１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。

この樹脂成形体１０では、厚み方向両側のそれぞれに、スキン層１１を貫通して空洞層１２ｂに達し且つ中間層１２ａを貫通しない開口部１３が複数形成されている。

その他の構成は実施形態１のものと同一である。

この樹脂成形体１０によれば、上記のように開口部１３を空洞層１２ｂに形成することなくスキン層１１のみに形成しているので、厚み方向の一方の開口部１３から一方の空洞層１２ｂに入った音が中間層１２ａを介して対向する他方の空洞層１２ｂに入り、他方の開口部１３から他方の空洞層１２ｂに入った音と干渉することがなく、樹脂成形体１０の厚み方向両側の吸音効果が向上する。従って、本実施形態２の樹脂成形体１０は、該樹脂成形体１０の両側の音を効果的に吸音することができる。なお、開口部１３は、厚み方向の一方側にのみ形成されていてもよい。

また、樹脂成形体１０の両側表面のスキン層１１に空洞層１２ｂに達し且つ中間層１２ａを貫通しない開口部１３を形成した上記の場合において、中間層１２ａの樹脂密度が０．２〜０．４ｇ／ｃｍ^３であれば、一方のスキン層１１から一方の空洞層１２ｂに入った音が中間層１２ａを透過して他方の空洞層１２ｂ側へ移動することがなく、該中間層１２ａによる吸音性能が高く、その結果、特に優れた吸音効果を得ることができる。

その他の作用効果は実施形態１と同一である。

なお、この樹脂成形体１０は、実施形態１における成形後に穿孔加工を施して開口部１３を形成することにより、或いは、樹脂成形体１０の成形過程において開口部１３を形成することにより製造することができる。

上記実施形態１と同様の構成の成形型を用いて板状の樹脂成形体を射出成形した。

熱可塑性樹脂材料として、繊維長２ｍｍのガラス繊維３０質量％と発泡剤（発泡層形成物質）４質量％とを含有するポリプロピレン樹脂材料を用いた。

熱可塑性樹脂材料の温度を２００℃、成形型の温度を５０℃、射出時間を１．０秒、及びキャビティのキャビティ容積拡大前の厚み方向（キャビティ容積拡大方向）の間隔を２．０ｍｍにそれぞれ設定した。また、キャビティ容積拡大によりキャビティの厚み方向（キャビティ容積拡大方向）の間隔を３．０倍（発泡倍率）に拡大した。従って、得られた樹脂成形品は、厚みが６．０ｍｍのものであった。

図６（ａ）は樹脂成形体の断面を示し、図６（ｂ）はその一部を拡大したものを示す。

これによれば、得られた樹脂成形体は、両側表面のそれぞれに空隙を有しないスキン層が形成されると共に、それらのスキン層間に発泡層が形成されており、そして、発泡層が、厚み方向中間部に形成された中間層と、その厚み方向両側それぞれのスキン層との間に形成された空洞層と、で構成されていることが分かる。

そして、この樹脂成形体の成形をモデルとし、熱可塑性樹脂材料の温度を２００℃、成形型の温度を５０℃、射出時間を１．０秒、及びキャビティの厚み方向の間隔を２．０ｍｍ、幅方向の寸法を３０ｍｍ、長さ方向の寸法を２００ｍｍとして、ＣＡＥ解析により、ゲートから２０ｍｍの地点における熱可塑性樹脂材料の厚み方向の温度分布を、樹脂充填終了直後及びキャビティ容積拡大直前のそれぞれについて算出した。なお、温度分布を求める位置をゲートから２０ｍｍの地点としたのは、熱可塑性樹脂材料が安定して流動を開始する位置だからである。

図７は、その温度分布を示す。なお、実線が樹脂充填終了直後の温度分布を示し、破線がキャビティ容積拡大直前の温度分布を示す。

これによれば、樹脂充填終了直後及びキャビティ容積拡大直前のいずれも、成形型の成型面との接触部分が最も温度が低く、次に略中央部Ｂ、その次が略中央部Ｂと成形型の成形面との間のＡ部分（略中央部Ｂの両側の部分）の順に温度が高くなっているのが分かる。

この結果に基づいて図１〜３を参照して考察すると、このような温度分布を有することにより、キャビティ容積を拡大した際に、相対的に温度が低い略中央部Ｂに対応して中間層１２ａが形成され、一方、相対的に温度が高い略中央部Ｂの両側のＡ部分に対応して空洞層１２ｂが形成され、それらによって発泡層１２が構成されるものと考えられる。つまり、このようなキャビティ容積拡大直前の温度分布を有する熱可塑性樹脂材料３０は、成形型２０の成形面近傍では固化が最も進行してスキン層１１が生成され、温度の低い略中央部ＢはＡ部分よりも固化が進行していて、このような状態のときキャビティ容積を拡大すると、上記スキン層１１より樹脂密度の小さい中間層１２ａが生成される一方、Ａ部分はまだ固化が進行せず溶融状態にあるため、当該Ａ部分の樹脂は中間層１２ａ側及びスキン層１１側に分断され、これによりＡ部分に空洞層１２ｂが生成されるものと考えられる。

また、樹脂充填終了直後からキャビティ容積拡大直前までの温度低下は、成形型２０の成形面との接触部分（ｔ_１）が最も大きく、次に略中央部Ｂの両側のＡ部分（ｔ_２）、その次が略中央部Ｂ（ｔ_３）の順に小さくなっている、つまり、時間の経過に伴って、略中央部Ｂとその両側のＡ部分の温度差が小さくなることが分かる。

従って、発泡層１２が中間層１２ａとその両側の空洞層１２ｂとで構成された上記構造を得るためには、略中央部Ｂとその両側のＡ部分との温度差が無くなる前にキャビティ容積を拡大する必要があると考えられる。

本発明は、両側表面のそれぞれに空隙を有しないスキン層が形成されると共に、それらのスキン層間に発泡層が形成された樹脂成形体及びその製造方法について有用である。

実施形態１の樹脂成形体の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は実施形態１の樹脂成形体の製造方法を示す説明図である。 キャビティ内の熱可塑性樹脂材料の流動を示す説明図である。 キャビティ内を流動する熱可塑性樹脂材料の厚み方向の温度分布を示す図である。 実施形態２の樹脂成形体の断面図である。 （ａ）は実施例の樹脂成形体の断面写真であり、（ｂ）はその一部の断面拡大写真である。 ＣＡＥ解析によるキャビティ内を流動する熱可塑性樹脂材料の厚み方向の温度分布を示す図である。

符号の説明

１０ 樹脂成形体
１１ スキン層
１２ 発泡層
１２ａ 中間層
１２ｂ 空洞層
１３ 開口部
２０ 成形型
２１ 固定型
２１ａ 凸部
２２ 可動型
２２ａ 凹部
２２ｂ 溶融樹脂通路
３０ 熱可塑性樹脂材料
Ｃ キャビティ

Claims (4)

1. 成形型のキャビティ内に射出充填した発泡層形成物質入り熱可塑性樹脂材料が固化する過程でキャビティ容積を拡大させて上記熱可塑性樹脂材料を発泡させることにより、両側表面のそれぞれに空隙を有しないスキン層が形成されると共に、該両側表面のスキン層間に発泡層が形成された樹脂成形体であって、
   上記発泡層は、上記キャビティ容積拡大方向中間部に形成され上記スキン層よりも樹脂密度の小さい中間層と、該中間層のキャビティ容積拡大方向両側それぞれの上記スキン層との間に形成されほとんど樹脂を有しない空洞層と、で構成されていることを特徴とする樹脂成形体。
2. 請求項１に記載された樹脂成形体において、
   上記スキン層を貫通して上記空洞層に達し且つ上記中間層を貫通しない開口部が上記キャビティ容積拡大方向の少なくとも一方側に形成されていることを特徴とする樹脂成形体。
3. 請求項２に記載された樹脂成形体において、
   上記中間層の樹脂密度が０．２〜０．４ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする樹脂成形体。
4. 請求項１に記載された樹脂成形体の製造方法であって、
   キャビティ内に射出充填した熱可塑性樹脂材料のキャビティ容積拡大方向において、その略中央部と成形型の成形面との間に、該略中央部よりも温度が高い部分が存在するときに、キャビティ容積を拡大することを特徴とする樹脂成形体の製造方法。