JP2010012613A - 射出発泡樹脂成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】射出発泡成形方法で得られ、軽量でリサイクル性に富み、自動車の内装材等として用いた場合においても高い曲げ強度を有する射出発泡樹脂成形品を提供することを目的としている。
【解決手段】発泡層の厚み方向両面に非発泡層が設けられた発泡部を少なくとも備える射出発泡樹脂成形品において、前記発泡部の発泡層が、独立した多数の発泡セルを備え、発泡層を厚み方向に三等分に分割したとき、発泡層の中央に位置する分割部の密度が前記非発泡層の０．１倍以上０．３倍以下で、残りの分割部の密度が前記非発泡層の０．３３倍以上 ０．５倍以下であるとともに、前記発泡部全体の密度が非発泡層の０．２８倍以上 ０．５６倍以下であることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車の内装材、建物の内装材（例えば壁材、天井材等）、食品保管・輸送用容器などに使用される射出発泡樹脂成形品に関する。

樹脂成形品の軽量化を図る方法としては、成形品を薄型化する方法あるいは発泡体とする方法がある。
しかし、樹脂は、厚みを薄くすると、曲げに対する強さ（曲げ弾性勾配）が、厚みの累乗で低下、さらに低温での衝撃強度も大きく低下する。例えば、ポリプロピレン製成形品の場合、厚みを３ｍｍから１．５ｍｍまで低下すると曲げ弾性勾配は、８０Ｎ／ｃｍから２０Ｎ／cmまで低下する。したがって、薄型化して、十分な剛性を持たせようとすると、どうしても部分的に補強用リブ等を設けなければならず、軽量化にも限界がある。

一方、発泡体の場合、発泡倍率を高くすると、それだけ軽量化を図れるのであるが、強度的に弱いものになるとともに、表面の平滑性の点で問題を生じる。
そこで、発泡体からなる芯層の表面に芯層とは異なる材質からなる表層、例えば、ガラス繊維等の繊維強化樹脂からなる表層を貼り付けたり、同時成形したりして積層成形品とすることによって、軽く、高い曲げ弾性勾配を有するものとする方法（特許文献１参照）があるが、芯層と表層との材質が異なるため、リサイクル性に劣るとともに、表層を繊維強化樹脂によって形成しているため、製造コストが高くなるという問題がある。

他方、発泡性熱可塑性樹脂組成物を金型内に射出充填したのち、移動型をコアバックさせて、キャビティ空間を拡げることによって、表面に非発泡層（スキン層）を有し、内部に発泡層を備えた発泡成形品を成形する射出発泡成形方法が提案されている（特許文献２参照）。
すなわち、この方法によれば、全体が均一な樹脂で形成されているので、リサイクル性やコストの問題が解消される。

しかしながら、上記射出発泡成形方法においては、より軽量化を図るため発泡層の発泡倍率を上げようとすると、セル壁が薄くなって発泡層の強度が低下し、ひいては成形体の曲げ強度が低下するおそれがある。したがって、自動車の内装材、建物の内装材（例えば壁材、天井材等）、食品保管・輸送用容器などにおいては、発泡倍率１．６倍以下のものしか実用性がなく、十分な軽量化を図ることができないのが現状である。

特開平７−６８６８９号公報 特開２００７−２４５４５０号公報

本発明は、上記事情に鑑みて、射出発泡成形方法で得られ、軽量でリサイクル性に富み、自動車の内装材等として用いた場合においても高い曲げ強度を有する射出発泡樹脂成形品を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の発明者らは研究を重ね、上記射出発泡成形方法においても、平均発泡倍率が同じでも、発泡層内でその厚み方向で発泡倍率を変化させると、曲げ強度が変化することがわかり、更に鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明にかかる射出発泡樹脂成形品は、発泡層の厚み方向両面に非発泡層が設けられた発泡部を少なくとも備える射出発泡樹脂成形品において、前記発泡部の発泡層が、独立した多数の発泡セルを備え、発泡層を厚み方向に三等分に分割したとき、発泡層の中央に位置する分割部の密度が前記非発泡層の０．１倍以上０．３倍以下で、残りの分割部の密度が前記非発泡層の０．３３倍以上 ０．５倍以下であるとともに、前記発泡部全体の密度が非発泡層の０．２８倍以上 ０．５６倍以下であることを特徴としている。

本発明にかかる射出発泡樹脂成形品は、上記発泡部以外に、例えば、金型の一部をコアバックさせずに形成した非発泡層のみからなるリブ等を一体に備えたものも含まれる。
上記発泡部の厚みは、特に限定されないが、２ｍｍ〜３ｍｍが好適である。

上記発泡部において、発泡層の中央に位置する分割部中に含まれる発泡セルの大きさは、特に限定されないが、断面の最大内径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
すなわち、断面の最大内径が０．５ｍｍ未満では、中心に位置する分割部の密度が前記非発泡部の０．３倍以上を達成することが難しくなり、１ｍｍを越えると、衝撃に対する割れの起点となりやすくなる。

上記発泡部において、非発泡層の厚みは、特に限定されないが、０．２ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であることが好ましい。すなわち、非発泡層の厚みが、０．２ｍｍ未満であると、曲げに対する抵抗が低くなって曲げ弾性勾配が小さくなり、０．３５ｍｍを越えると、発泡層の厚みが薄くなり、中心部に位置する発泡層の厚みが相対的に薄くなって本発明の効果が小さくなるおそれがある。
なお、本発明において、上記非発泡層及び発泡層の厚みは、成形品の発泡部を３０〜５０ｍｍ間隔で厚さ方向に切断し、その切断面をそれぞれマイクロスコープにて５０倍に拡大して実測した実測値を平均（ｎ数１０以上）して求める。
また、発泡セルの平均的な内径は、発泡部を厚さ方向に切断し、切断面各部の寸法を市販のデジタルマイクロスコープあるいはレーザー顕微鏡により測定し、積分する方法により求めることができる。

本発明の熱可塑性樹脂発泡成形品は、少なくとも熱可塑性樹脂と発泡剤とを含む発泡性熱可塑性樹脂組成物を金型キャビティ内に射出充填したのち、移動型をコアバックさせて発泡させることによって得られる。

移動型のコアバック開始のタイミングは、発泡性熱可塑性樹脂組成物の射出充填完了から０．２〜２秒後とされることが好ましい。
すなわち、コアバック開始のタイミングが早すぎるとスキン層の形成が不十分で、必要なスキン層厚みが確保できなくなって、得られる成形品に強度的な問題が生じ、コアバック開始のタイミングが遅すぎるとスキン層の厚さが厚くなりすぎて、発泡が不十分となり、所望の厚みが確保できなくなるおそれがある。

キャビティ内へのポリプロピレン系樹脂組成物の射出充填速度は、１．５秒以内に射出充填を完了できる速度とすることが好ましい。
すなわち、射出充填に時間がかかりすぎると、金型と接触しているスキン層厚みの成長に場所的なバラツキが生じることになる。具体的には、ゲート近傍のスキン層は、金型との接触時間が長くなってスキン層が厚くなり、ゲート遠方のスキン層は、金型との接触時間が短くなってスキン層は薄くなる。その結果、発泡層の厚みも大きく変動することになって、発泡成形品の物性、外観に差異が発生する。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、たとえば、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ＡＢＳ樹脂などが挙げられ、中でもポリプロピレン系樹脂が好適である。
ポリプロピレン系樹脂としては、特に限定されず、ホモポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、ブロックポリプロピレン等が挙げられるが、特にランダムポリプロピレン、ブロックポリプロピレンが好適である。

発泡剤としては、たとえば、炭酸水素ナトリウム、アゾジカルボンアミド等の化学発泡剤が挙げられる。
発泡剤の配合量としては、コアバック前の金型キャビティ容積分の熱可塑性樹脂が発泡部の所定の発泡倍率で発泡したときの発泡セルの総体積の１．２〜１．５倍のガス量を発生する量の発泡剤を配合することが好ましい。すなわち、発泡剤が少なすぎると、発泡層の中央に位置する分割部に大きな発泡セルが存在しにくくなり、発泡剤が多すぎると、余分なガスが中心部に集中して大きなボイドを形成するおそれがある。

さらに、上記発泡性熱可塑性樹脂組成物中には、熱可塑性樹脂、発泡剤以外に、本発明の目的を阻害しない範囲で、公知の各種充填材、顔料、帯電防止剤等を添加してもよい。

上記のように、本発明にかかる射出発泡樹脂成形品は、発泡層と、この発泡層の厚み方向両面に非発泡層が設けられた発泡部を備える熱可塑性樹脂発泡成形品において、前記発泡層が、独立した多数の発泡セルを備え、発泡層を厚み方向に三等分に分割したとき、発泡層の中央に位置する分割部の密度が前記非発泡層の０．１倍以上０．３倍以下で、残りの分割部の密度が前記非発泡層の０．３３倍以上 ０．５倍以下であるとともに、前記発泡部全体の密度が非発泡層の０．２８倍以上 ０．５６倍以下であるので、曲げに対する剛性を大幅アップできる。また、中央層に大きな独立したセルを設けたことでクッション性を大幅にアップでき、耐衝撃性に優れたものとなる。
しかも、表面に非発泡層を備えているので、外観が良好で、単一の樹脂組成物が射出発泡成形されているだけであるので、リサイクル性も問題がない。

さらに、非発泡層の厚みを、０．２ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下とすれば、より表面外観が良好で、強度的にも安定したものとすることができる。

以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる射出発泡樹脂成形品の１つの実施の形態をあらわしている。

図１に示すように、この射出発泡樹脂成形品１は、ポリプロピレン系樹脂からなり、少なくとも一部に発泡部１０を備えている。発泡部１０は、厚み方向の中間位置に多数の独立した発泡セル１１からなる発泡層１ａを有し、この発泡層１ａを挟むように、射出発泡樹脂成形品１の表裏面層となる非発泡層１ｂを備え、全体の密度が、非発泡層１ｂ、すなわち、ポリプロピレン系樹脂の密度の０．２８倍以上 ０．５６倍以下の密度（発泡倍率換算で１．８倍〜２．４倍）となっている。

また、発泡層１ａは、厚さ方向に３等分したとき、中央部の分割部１２が非発泡層１ｂの密度の０．１倍以上０．３倍以下の密度で、その他の分割部である成形品の表面層側分割部（以下、「表分割部」と記す）１３と，成形品の裏面層側分割部（以下、「裏分割部」と記す）１４がそれぞれ非発泡層１ｂの密度の０．３３倍以上 ０．５倍以下の密度となっている。
すなわち、発泡層１ａは、厚み方向の中央部に厚み方向の両側よりも大きな発泡セル１１が存在している。

この射出発泡樹脂成形品１は、図２（ａ）に示すように、コアバックする前の金型キャビティＫの容積分のポリプロピレン系樹脂組成物２全体が、得ようとする発泡部１０の発泡倍率で発泡したときに、形成される発泡セルの総体積の１．２〜１．５倍のガス量を発生する量の化学発泡剤を含むポリプロピレン系樹脂組成物２を型閉め状態の金型Ａの金型キャビティＫ内に充填したのち、図２（ｂ）に示すように、肉厚方向の中央部に未冷却部（発泡可能部分）２１を残した状態まで冷却する。その後、図２（ｃ）に示すように、移動型Ａ２をコアバックして未冷却部（発泡可能部分）２１を発泡させたのち、冷却固化することによって得られる。

以下に、本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
ポリプロピレン（日本ポリプロ社製ＢＣ３ＬＳ、密度０．９ｇ／ｃｍ³）１００重量部に対し、発泡剤（永和化成工業社製ポリスレンＥＥ２７５Ｆ、樹脂温度２００℃での１ｇあたりのガス発生量３５ｃｍ³／ｇ）３．１８重量部（発泡成形品の体積がコアバック前のキャビティ容積の２倍となるために必要な理論発泡剤量の１．２倍量に相当する）を混合した発泡性熱可塑性樹脂組成物を、縦４００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚み１．５ｍｍの金型キャビティ内に射出充填し、射出完了後に移動型を１．５ｍｍコアバックさせて縦４００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚み３．０ｍｍ、重量２７０ｇで発泡倍率２倍の平板状をした発泡成形品を得た。

（実施例２）
発泡性熱可塑性樹脂組成物中の発泡剤の配合量をポリプロピレン１００重量部に対し、４．７５重量部（発泡成形品の体積がコアバック前のキャビティ容積の２倍となるために必要な理論発泡剤量の１．５倍量に相当する）とした以外は、実施例１と同様にして発泡倍率２倍の平板状をした発泡成形品を得た。

（実施例３）
発泡性熱可塑性樹脂組成物を、縦４００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚み１．５ｍｍの金型キャビティ内に射出充填し、射出完了後に移動型を２．１ｍｍコアバックさせた以外は、実施例１と同様にして縦４００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚み３．６ｍｍ、発泡倍率２．４倍の平板状をした発泡成形品を得た。

（比較例１）
発泡性熱可塑性樹脂組成物中の発泡剤の配合量をポリプロピレン１００重量部に対し、２．６５重量部（発泡成形品の体積がコアバック前のキャビティ容積の２倍となるために必要な理論発泡剤量の１．０倍量に相当する）とした以外は、実施例１と同様にして発泡倍率２倍の平板状をした発泡成形品を得た。

（比較例２）
発泡性熱可塑性樹脂組成物中の発泡剤の配合量をポリプロピレン１００重量部に対し、４．７７重量部（発泡成形品の体積がコアバック前のキャビティ容積の２倍となるために必要な理論発泡剤量の１．８倍量に相当する）とした以外は、実施例１と同様にして発泡倍率２倍の平板状をした発泡成形品を得た。

（比較例３）
発泡性熱可塑性樹脂組成物中の発泡剤の配合量をポリプロピレン１００重量部に対し、４．２４重量部（発泡成形品の体積がコアバック前のキャビティ容積の２倍となるために必要な理論発泡剤量の１．６倍量に相当する）とした以外は、実施例１と同様にして発泡倍率２倍の平板状をした発泡成形品を得た。

（比較例４）
発泡性熱可塑性樹脂組成物を、縦４００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚み１．５ｍｍの金型キャビティ内に射出充填し、射出完了後に移動型を２．４ｍｍコアバックさせた以外は、実施例１と同様にして縦４００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚み３．９ｍｍ、発泡倍率２．６倍の平板状をした発泡成形品を得た。

上記実施例１〜３及び比較例１〜４で得られた発泡成形品について、非発泡層の厚さ、発泡層の中間分割部と、その他の分割部の密度、曲げ強度、耐衝撃性について、以下に示す方法で調べ、その結果を表１に示した。
〔密度〕
各分割部の重量を測定し、分割部の見かけの体積で除した。
〔曲げ強度〕
得られた発泡成形品を縦１５０ｍｍ、横２５ｍｍに切断した試験片を１００ｍｍ間隔で設けた２つの支点に掛け渡し、２つの支点の中央位置で上方から試験片に荷重をかけていき、試験片が１０ｍｍ撓むときの荷重を測定した。
〔耐衝撃性〕
−３０℃の恒温室内で得られた発泡成形品の上方から５００ｇの鉄球を落下させたときに、発泡成形品が割れない最大高さを求めた。

（実施例４）
製品投影面積０．４５ｍ²、金型キャビティの発泡前（コアバック前）の発泡部の厚さ１．５ｍｍの金型キャビティ内に、ポリプロピレン（プライムポリマー社製プライムポリプロＪ７７０、密度０．９ｇ／ｃｍ³）１００重量部に対し、発泡剤（三協化成社製セルマイク３２７４、樹脂温度２００℃での１ｇあたりのガス発生量３７ｃｍ³／ｇ）３．０５重量部（発泡成形品の体積がコアバック前のキャビティ容積の２倍となるために必要な理論発泡剤量の１．２倍量に相当する）を混合した発泡性熱可塑性樹脂組成物を、射出充填し、射出完了後に移動型を１．５ｍｍコアバックさせて、発泡部の厚さ３ｍｍ（発泡部の発泡倍率２倍）の発泡成形品としての重量７００ｇのバックドア用トリム材を得た。

（実施例５）
発泡性熱可塑性樹脂組成物中の発泡剤の配合量をポリプロピレン１００重量部に対し、３．８１重量部（発泡成形品の体積がコアバック前のキャビティ容積の２倍となるために必要な理論発泡剤量の１．５倍量に相当する）とした以外は、実施例４と同様にして発泡部の厚さ３ｍｍ（発泡部の発泡倍率２倍）の発泡成形品としての重量７００ｇのバックドア用トリム材を得た。

（比較例５）
発泡性熱可塑性樹脂組成物中の発泡剤の配合量をポリプロピレン１００重量部に対し、２．５４重量部（発泡成形品の体積がコアバック前のキャビティ容積の２倍となるために必要な理論発泡剤量の１．０倍量に相当する）とした以外は、実施例４と同様にして発泡部の厚さ３ｍｍ（発泡部の発泡倍率２倍）の発泡成形品としての重量７００ｇのバックドア用トリム材を得た。

（比較例６）
発泡性熱可塑性樹脂組成物中の発泡剤の配合量をポリプロピレン１００重量部に対し、４．５８重量部（発泡成形品の体積がコアバック前のキャビティ容積の２倍となるために必要な理論発泡剤量の１．８倍量に相当する）とした以外は、実施例４と同様にして発泡部の厚さ３ｍｍ（発泡部の発泡倍率２倍）の発泡成形品としての重量７００ｇのバックドア用トリム材を得た。

上記実施例４，５及び比較例５，６で得られた発泡成形品について、非発泡層の厚さ、発泡層の中間分割部と、その他の分割部の密度、曲げ強度、耐衝撃性について、上記実施例１〜３及び比較例１〜４で得られた射出発泡成形品と同様の方法で調べ、その結果を表２に示した。

本発明にかかる発泡成形品の用途としては、軽量かつ外観品質が厳しくさらに曲げ弾性率や衝撃強度が必要な成形品で、たとえば、自動車の内装材、建物の内装材（例えば壁材、天井材等）、食品保管・輸送用容器などが挙げられる。

本発明にかかる射出発泡樹脂成形品の一例の要部断面図である。 本発明にかかる射出発泡樹脂成形品の製造工程を説明する説明図である。

符号の説明

１ 射出発泡樹脂成形品
１a 発泡層
１ｂ 非発泡層
１０ 発泡部
１１ 発泡セル
１２ 中央分割部
１３ 表分割部（他の分割部）
１４ 裏分割部（他の分割部）
２ 発泡性熱可塑性樹脂組成物

Claims (2)

1. 発泡層の厚み方向両面に非発泡層が設けられた発泡部を少なくとも備える射出発泡樹脂成形品において、
   前記発泡部の発泡層が、独立した多数の発泡セルを備え、発泡層を厚み方向に三等分に分割したとき、発泡層の中央に位置する分割部の密度が前記非発泡層の０．１倍以上０．３倍以下で、残りの分割部の密度が前記非発泡層の０．３３倍以上 ０．５倍以下であるとともに、前記発泡部全体の密度が非発泡層の０．２８倍以上 ０．５６倍以下であることを特徴とする射出発泡樹脂成形品。
2. 発泡部の非発泡層の厚みが０．２ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である請求項１に記載の射出発泡樹脂成形品。

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