JP2008213359A - 樹脂発泡シート製造装置用プラグ及び樹脂発泡シート製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡シートの引き取り抵抗が小さくなり、切断回数が少なくなり、メンテナンスが簡略化でき、低倍で引き取り速度の高い発泡シートも安定して製造が可能となるプラグの提供。
【解決手段】押出機内で溶融混合された樹脂と発泡剤との溶融混合物を、前記押出機に取り付けたダイを通して低圧領域に押出して発泡させ、前記発泡により得られた発泡中間体を、プラグの外周面に沿わせて延伸させて樹脂発泡シートを製造する樹脂発泡シート製造装置に用いるプラグにおいて、プラグ外面にセラミック材料が溶射されてなるセラミック溶射部が形成されていることを特徴とする樹脂発泡シート製造装置用プラグ。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂発泡シート製造装置用プラグ及びこのプラグを備えた製造装置を用いる樹脂発泡シート製造方法に関するものである。

樹脂発泡シートの製造方法の１つとして、押出発泡成形法が適用されている。この押出発泡成形法について簡単に説明すると、該方法は、押出機内で熱可塑性樹脂を発泡剤と共に溶融混合し、この溶融混合物（以下、「樹脂溶融物」とする。）を、押出機の先端部に取り付けた、アウトリングとコアよりなるダイの、アウトリングとコアにより形成される円環状の隙間（以下、「樹脂流路」とする。）から外部の低圧領域に押出し、この押出された発泡中間体を、冷却された円筒状のプラグ（サイジングドラムあるいはクーリングカンなどとも呼ばれる）の外周面に、プラグの軸方向に沿わせることにより、上記発泡中間体を延伸して環状の発泡体を形成し、この発泡体をカッターにより切り開いて発泡シートを得る方法である。このプラグは、表面平滑性及び熱伝導率の良好な、例えばアルミニウムのような金属材料を、ダイの樹脂流路の径より大きな径を有した円筒状に形成したものを用いる。

このように、軽量で加工性に優れたアルミニウムを用いた従来のプラグは、一般的な樹脂発泡体（ポリスチレン系樹脂発泡シートやポリプロピレン系樹脂発泡シートなど）に広く使用されている。しかしながら、ポリプロピレン系樹脂発泡シートなどの結晶性樹脂では、結晶化がプラグ上で進行するために比容積が小さくなる結果、発泡シートの収縮率が加わり、引取り抵抗が強くなる現象が見られた。また、ポリエチレンテレフタレート樹脂の低倍発泡シートにおいては、アルミとのすべり性が悪く、摩擦抵抗が大きいため、結果、引取り抵抗が大きいため、シートが切断するなどの問題や品質上の問題（横シマ、蛇行等）が発生する。

プラグからの樹脂シートの引取り抵抗を低減させるため、従来のアルミニウムを用いたプラグの表面にアルマイトやフッ素樹脂加工を施して摩擦抵抗を低減させたり、プラグ上での寸法収縮を予想し、押出方向にプラグの径を徐々に小さくしたものが使用されていた（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２５４９５５号公報

しかしながら、プラグ表面にアルマイトやフッ素樹脂加工などの表面処理をしたものは使用を重ねると共に表面処理層が剥がれ、使用回数と共に効果が薄れてくる傾向があり、定期的なメンテナンスが必要である。また、アルマイト表面処理したものでは、摩擦抵抗低減効果が十分でない場合がある。
また、プラグの径を徐々に小さくしたものでは、発泡シートの発泡倍率や密度又は単位時間当たりの押出量によって、発泡シートの収縮率に差があるため、ある特定条件下では良好な発泡シートが得られても、同じプラグで異なる性状の発泡シートを製造しようとすると、収縮率が大きく、引取り抵抗が高かったり、逆に収縮率が小さく、プラグ後半で発泡シートが浮いてしまうといった状態となり、安定した製品巾が得られなかったり、冷却が不均一となって表面平滑なシートが得られない場合がある。

本発明は前記事情に鑑みてなされ、発泡シートの引き取り抵抗が小さくなり、シートの切断回数が少なくなり、メンテナンスが簡略化でき、低倍で引き取り速度の高い発泡シートも安定して製造が可能となるプラグの提供を目的としている。

前記目的を達成するため、本発明は、押出機内で溶融混合された樹脂と発泡剤との溶融混合物を、前記押出機に取り付けたダイを通して低圧領域に押出して発泡させ、前記発泡により得られた発泡中間体を、プラグの外周面に沿わせて延伸させて樹脂発泡シートを製造する樹脂発泡シート製造装置に用いるプラグにおいて、
プラグ外面にセラミック材料が溶射されてなるセラミック溶射部が形成されていることを特徴とする樹脂発泡シート製造装置用プラグを提供する。

本発明の樹脂発泡シート製造装置用プラグにおいて、セラミック材料が、アルミニウムとニッケルとＡｌ_２Ｏ_３とを含むサーメットであることが好ましい。

本発明の樹脂発泡シート製造装置用プラグにおいて、セラミック溶射部に、さらにフッ素樹脂皮膜を形成したことが好ましい。

また本発明は、押出機内で溶融混合された樹脂と発泡剤との溶融混合物を、前記押出機に取り付けているダイを通して低圧領域に押出して発泡させ、前記発泡により得られた発泡中間体を、プラグの外周面に沿わせて延伸させて樹脂発泡シートを製造する樹脂発泡シート製造方法において、プラグ外面にセラミック材料が溶射されてなるセラミック溶射部が形成されたプラグを用いることを特徴とする樹脂発泡シート製造方法を提供する。

本発明の樹脂発泡シート製造方法において、セラミック材料が、アルミニウムとニッケルとＡｌ_２Ｏ_３とを含むサーメットであることが好ましい。

本発明の樹脂発泡シート製造方法において、セラミック溶射部に、さらにフッ素樹脂皮膜を形成したことが好ましい。

本発明の樹脂発泡シート製造装置用プラグは、プラグ外面にセラミック材料が溶射されてなるセラミック溶射部が形成された構成としたので、発泡シートの引き取り抵抗が小さくなり、シートの切断回数が少なくなり、メンテナンスが簡略化でき、低倍で引き取り速度の高い発泡シートも安定して製造が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１及び図２は、本発明の樹脂発泡シート製造装置用プラグ（以下、プラグと記す。）の一実施形態を示す図であり、図１はプラグの側面図、図２はその要部断面図である。これらの図中、符号１はプラグ、２はセラミック溶射部、３は冷却用水路である。

本実施形態のプラグ１は、押出機内で溶融混合された樹脂と発泡剤との溶融混合物を、前記押出機に取り付けたダイを通して低圧領域に押出して発泡させ、前記発泡により得られた発泡中間体を、プラグ１の外周面に沿わせて延伸させて樹脂発泡シートを製造する樹脂発泡シート製造装置に用いるプラグ１であり、プラグ外面にセラミック材料が溶射されてなるセラミック溶射部２が形成されていることを特徴としている。セラミック溶射部２は、プラグ１の外面のうち、一部又は全部に設けることができるが、少なくとも発泡シートが最初にプラグに接触する部分からプラグの最大直径に達する部分に設けられる。

本実施形態のプラグ１は、主要部がアルミニウムなどの金属製の円筒からなり、その筒内部には冷却用水路３が配設されている。プラグ１の製品流れ方向前部には、発泡シートを平滑部へ円滑に導くために、上流側に向けて曲面状に窄まったＲ部が設けられている。Ｒ部の曲率半径は、５〜８０ｍｍとされていることが好ましい。

プラグ１外面に溶射するセラミック材料としては、非酸化物系セラミックス、酸化物系セラミックスおよびそれらと金属材料との混合物であるサーメットが挙げられる。
非酸化物系セラミックスとしては、Ｃｒ_３Ｃ_２，ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＷＣ，ＷＴｉＣ_２，Ｂ_４ＣおよびＮｂＣのなどの炭化物またはＣｒＢ_２，ＴｉＢ_２およびＺｒＢ_２などの硼化物が挙げられ、酸化物系セラミックスとしては、Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，Ｃｒ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２，ＣａＯ，Ｙ_２Ｏ_３，ＭｇＯやこれらの複合化合物等を挙げることができる。
それらセラミックスと混合してサーメットとする金属材料としては、ニッケル、アルミニウム、クロム、鉄、コバルト、チタン、タングステンなどが挙げられる。

本発明で用いられるセラミック材料としては、プラグ１の母材であるアルミニウムとの溶着性に優れることから、サーメットを用いることが好ましい。サーメットは前記酸化物系セラミックスを２体積％以上含むものとすることが好ましい。さらに、溶着性と樹脂発泡体との滑り性に優れることから、金属材料がアルミニウム、ニッケルを主体とするものと、セラミックスが前記酸化物系セラミックスを主体とするサーメットが好ましく、アルミニウム、ニッケルとＡｌ_２Ｏ_３を主体とするサーメットがより好ましい。アルミニウム、ニッケルおよびＡｌ_２Ｏ_３の成分の総量が、サーメットの５０体積％以上を占めることが特に好ましい。

このセラミック溶射部２の作製方法は、通常行われている方法を用いることができる（例えば特開２００６−２８９８８８号公報参照。）
例えば、燃焼炎或いは電気エネルギーなどの熱源を用いてセラミック材料を加熱し、溶融又はそれに近い状態にしたセラミック材料粒子を金属表面に吹き付けて皮膜を形成する方法である。この方法は、一般にプラズマ溶射と呼ばれる溶射方法である。

このセラミック溶射部２の溶射厚みは、１０〜８００μｍの範囲が好ましく、８０〜１２０μｍがより好ましい。この溶射厚みが１０μｍ未満であると、母材とセラミック溶射部２との接着強度が低く、また、セラミック溶射部２自身の強度も低いため、経時とともに層間剥離や溶射部割れが発生する可能性がある。一方、溶射厚みが８００μｍを超えると、セラミック溶射部はアルミニウムと比較して、熱伝導性が低いため、発泡シートの冷却能力が低下し、また、セラミック溶射コストも高価となり、現実的ではない。

このセラミック溶射部２の外面には、溶射後のサーメット材料の酸化防止のために、フッ素樹脂をコーティングすることが好ましい。このフッ素樹脂としては、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）などの１種又は二種以上を用いることができる。

前記フッ素樹脂コーティングの厚みは、２０〜５００μｍの範囲が好ましく、５０〜１００μｍの範囲がより好ましい。この厚みが２０μｍ未満であると、セラミック溶射部２表面の凹凸内部にフッ素樹脂が入り込みにくく、セラミック溶射部２表面との密着性が低くなり、経時とともに剥がれやすい。一方、この厚みが５００μｍを超えると、フッ素樹脂の熱伝導性が低いため、発泡シートの冷却能力が低下する。

図３は、本発明に係る樹脂発泡シート製造方法を実施するための製造装置の一例を示す構成図である。本例の発泡シート製造装置は、２段に連結された第１押出機１０と第２押出機１１と、後段の第２押出機１１の先端部に取り付けられた環状ダイ１３と、この環状ダイ１３に近接して配置された前記プラグ１とを備えて構成されている。

本発明に係る樹脂発泡シート製造方法は、各種の熱可塑性樹脂からなる樹脂発泡シートの製造において適用することができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン系樹脂やポリエチレン系樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル系樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。また、製造する樹脂発泡シートの厚みや発泡倍数は、製造する樹脂発泡シートの要求に応じて適宜調整可能である。

この発泡シート製造装置を用いて樹脂発泡シートを製造するには、原料の熱可塑性樹脂を、必要に応じて添加される添加剤と共に、ホッパー１２から第１押出機１０内に供給する。添加剤としては、例えば、気泡調整剤、酸化防止剤、金属不活性剤、難燃剤、紫外線吸収剤、架橋剤、連鎖移動剤、滑剤、可塑剤、充填材、強化材、顔料、染料、帯電防止剤などが挙げられる。

ホッパー１２から第１押出機１０内に供給された樹脂と添加剤は、第１押出機１０内で溶融混合されて樹脂溶融物となり、この樹脂溶融物に図示していない発泡剤圧入ポンプを経て発泡剤が圧入されて、樹脂溶融物と混合される。使用される発泡剤としては、例えば、プロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素類、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素類、クロロジフルオロメタン、クロロエタン、ジクロロトリフルオロエタンなどのハロゲン化炭化水素類、窒素、炭酸ガス、空気などの無機ガスなどの１種又は２種以上が挙げられる。

次いでこの混合物は、第２押出機１１に移送され、さらに混練され、発泡に適した温度に冷却された後、第２押出機１１の吐出口に取り付けられた環状ダイ１３の樹脂流路に導かれる。そして、環状ダイ１３の樹脂流路に導かれた溶融混合物は、環状ダイ１３の出口（樹脂流路の出口）から任意の押出量で大気中に円筒状に押出され、そして押出されると同時に発泡する。

この発泡により得られた円筒状の発泡中間体は、冷却用のプラグ１で冷却された後、所定箇所がカッターによって切り裂かれ、平面状に展開されて発泡シート１４となる。発泡シート１４は引取りロール１５で引っ張られ、ロール状に巻き取られて、発泡シートロール１６となる。

本実施形態のプラグ１は、プラグ外面にセラミック材料が溶射されてなるセラミック溶射部２が形成された構成としたので、発泡シート１４の引き取り抵抗が小さくなり、発泡シート１４の切断回数が少なくなり、メンテナンスが簡略化でき、低倍で引き取り速度の高い発泡シート１４も安定して製造が可能となる。
以下、実施例により本発明の効果を実証する。

本発明に係るプラグＡと、従来のプラグＢを作製し、これらを発泡シート製造装置に組み込んで、ポリスチレン系樹脂発泡シートの製造をそれぞれ実施した。

［プラグＡ］
図１において、寸法Ｄ１＝６７２ｍｍ，Ｄ２＝７００ｍｍである円筒形状のアルミニウム製プラグを基にし、その発泡シート接触部全面にセラミック材料を溶射してセラミック溶射部を形成した。
セラミック溶射部２は、アルミニウム、ニッケルを主成分とする金属材料とＡｌ_２Ｏ_３を主成分とする酸化物系セラミックスとを混合したサーメットを、一般的にプラズマ溶射と呼ばれる方式でプラグ外面に溶射して形成した。セラミック溶射部の厚みは、約１００μｍである。さらに、セラミック溶射部の酸化防止のために、セラミック溶射部の表面にフッ素樹脂コーティング（厚み８０μｍ）を実施した。

［プラグＢ］
図１において、符号Ｄ１及びＤ２は前記プラグＡと同様であり、溶射は施工してないアルミニウム製のプラグを用いた。

［実施例１］
前記プラグＡを図３に示すように製造装置に組み込んだ。
口径が９０ｍｍの第１押出機１０の先端に口径１１５ｍｍの第２押出機１１を接続してなるタンデム押出機において、第１押出機１０に、ポリスチレン樹脂樹脂（東洋スチレン製 商品名［ＨＲＭ１２」）１００質量部、気泡調整剤としてキハラ化成社製の「ＳＭＡ−０１」を０．８質量部供給し、溶融混練した上で、第１押出機１０内に発泡剤としてブタン（ノルマンブタン／イソブタン（質量比）＝６５／３５）２．０質量部を圧入して更に溶融混練した後、約１６５℃まで冷却し、第２押出機１１の先端に接続されている環状ダイ１３に供給して円筒状に１８０ｋｇ／時間の押出量で押出発泡させた。得られた円筒状発泡体をその内外面にエアーを吹き付けることにより冷却しつつ、プラグＡ上を沿わせ拡径、固化させた後、円筒状発泡体をプラグの後部でその押出方向に連続的に内外周面間に亘って切断して切り開くことによって、連続シートとしてロール状に巻き取った。
その結果、坪量２４０ｇ／ｍ^２、厚み１．１５ｍｍのポリスチレン系樹脂発泡シートを安定して得ることができた。引取り抵抗は、引取り機のモーター負荷により評価した。なお、引取り抵抗は、張力などの力の単位で表現することが望ましいが、この力は引取り機の駆動トルクとして代用できるので、引取り機のモーターの負荷として比較できる。実施例１においてモーター負荷は８Ａであった。得られた発泡シートは、波うちがなくほぼフラットであった。

［比較例１］
プラグＡに代えてプラグＢを用いたこと以外は、実施例１と同様にしてポリスチレン発泡シートを製造した。その結果、坪量２４０ｇ／ｍ^２、厚み１．１５ｍｍのポリスチレン系樹脂発泡シートを得たが、モーター負荷が１４Ａと高くなり、得られた波法シートは、両端部に波うちがあった。

本発明のプラグの一実施形態を示す側面図である。 図１のプラグの要部断面図である。 樹脂発泡シート製造装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

１…プラグ、２…セラミック溶射部、３…冷却用水路、１０…第１押出機、１１…第２押出機、１２…ホッパー、１３…環状ダイ、１４…発泡シート、１５…引取りロール、１６…発泡シートロール。

Claims (6)

1. 押出機内で溶融混合された樹脂と発泡剤との溶融混合物を、前記押出機に取り付けたダイを通して低圧領域に押出して発泡させ、前記発泡により得られた発泡中間体を、プラグの外周面に沿わせて延伸させて樹脂発泡シートを製造する樹脂発泡シート製造装置に用いるプラグにおいて、
   プラグ外面にセラミック材料が溶射されてなるセラミック溶射部が形成されていることを特徴とする樹脂発泡シート製造装置用プラグ。
2. セラミック材料が、アルミニウムとニッケルとＡｌ_２Ｏ_３とを含むサーメットであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂発泡シート製造装置用プラグ。
3. セラミック溶射部に、さらにフッ素樹脂皮膜を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂発泡シート製造装置用プラグ。
4. 押出機内で溶融混合された樹脂と発泡剤との溶融混合物を、前記押出機に取り付けているダイを通して低圧領域に押出して発泡させ、前記発泡により得られた発泡中間体を、プラグの外周面に沿わせて延伸させて樹脂発泡シートを製造する樹脂発泡シート製造方法において、プラグ外面にセラミック材料が溶射されてなるセラミック溶射部が形成されたプラグを用いることを特徴とする樹脂発泡シート製造方法。
5. セラミック材料が、アルミニウムとニッケルとＡｌ_２Ｏ_３とを含むサーメットであることを特徴とする請求項４に記載の樹脂発泡シート製造方法。
6. セラミック溶射部に、さらにフッ素樹脂皮膜を形成したことを特徴とする請求項４又は５に記載の樹脂発泡シート製造方法。

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