JP2020075402A - 発泡成形体の外観評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な発泡成形体の外観評価方法を提供すること。【解決手段】発泡成形体の外観評価方法は、樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料を発泡させて成形された発泡成形体の外観評価方法であって、前記樹脂材料を発泡させることなく成形された基準成形体を得る工程と、前記基準成形体の表面の平均高さを求める工程と、前記発泡成形体の表面の特定領域における平均面を定める工程と、前記平均面に平行し、前記平均面よりも前記基準成形体の表面の平均高さの分だけ低い面を基準面と定める工程と、前記発泡成形体の表面の特定領域における前記基準面よりも低い領域の面積を求める工程と、前記発泡成形体の表面の特定領域の面積に占める前記基準面よりも低い領域の面積の割合を求める工程と、を有する。【選択図】なし

Description

本発明は、発泡成形体の外観評価方法に関する。

ポリプロピレン系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂等の熱可塑性樹脂の射出発泡成形体は、軽量であり剛性に優れる観点から、自動車用の部材として使用されている。
射出発泡成形方法の一つとして、コアバック法がある。コアバック法とは、発泡剤を含む熱可塑性樹脂組成物を射出成形して金型内に熱可塑性樹脂組成物を充填させた後、可動側金型の位置をスライドさせることによりキャビティ容積を拡大させ、高倍率の成形品を得る方法である。この成形方法を用いれば、成形体の表層が非発泡層になり、成形体の内部が均一な高倍率の発泡層になる（例えば、特許文献等１参照。）。
射出発泡成形体がコンソールボックス、ドアトリム、デッキサイドトリム、バックドアトリム、インスツルメントパネル等の自動車内装部品として使用される場合、射出発泡成形体には、軽量、薄肉であり、かつ外観の良さが要求される。
しかしながら、射出発泡成形体の表面には、円形状又は楕円状の小さなくぼみ（以下、「アバタ」と称することがある。）が発生しやすく外観上問題となる場合があった。

特開２０１４−１２１７９３号公報

アバタの発生する原因の一つとして、発明者等は、発泡成形の際に金型内で発生したガス溜まりに起因すると推測している。そのため、熱可塑性樹脂組成物の材料物性がアバタの発生にどのように寄与するかを把握する必要がある。しかしながら、発泡成形体の表面に生じたアバタの発生の程度を客観的に評価する手法が確立できていない。現状の評価方法は、各人の目視による官能評価のみであり、定性的な評価でしかない。そのため、定量的で信頼性の高いアバタの評価方法を確立する必要があった。
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、新規な発泡成形体の外観評価方法を提供することを目的とする。

前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
＜１＞ 樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料を発泡させて成形された発泡成形体の外観評価方法であって、
前記樹脂材料を発泡させることなく成形された基準成形体を得る工程と、
前記基準成形体の表面の平均高さを求める工程と、
前記発泡成形体の表面の特定領域における平均面を定める工程と、
前記平均面に平行し、前記平均面よりも前記基準成形体の表面の平均高さの分だけ低い面を基準面と定める工程と、
前記発泡成形体の表面の特定領域における前記基準面よりも低い領域の面積を求める工程と、
前記発泡成形体の表面の特定領域の面積に占める前記基準面よりも低い領域の面積の割合を求める工程と、
を有する発泡成形体の外観評価方法。

本発明によれば、新規な発泡成形体の外観評価方法を提供することができる。

金型を備える成形装置の概略を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。

＜発泡成形体の外観評価方法＞
本開示の発泡成形体の外観評価方法は、樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料を発泡させて成形された発泡成形体の外観評価方法であって、前記樹脂材料を発泡させることなく成形された基準成形体を得る工程と、前記基準成形体の表面の平均高さを求める工程と、前記発泡成形体の表面の特定領域における平均面を定める工程と、前記平均面に平行し、前記平均面よりも前記基準成形体の表面の平均高さの分だけ低い面を基準面と定める工程と、前記発泡成形体の表面の特定領域における前記基準面よりも低い領域の面積を求める工程と、前記発泡成形体の表面の特定領域の面積に占める前記基準面よりも低い領域の面積の割合を求める工程と、を有する。
本開示によれば、新規な発泡成形体の外観評価方法が提供される。本開示の発泡成形体の外観評価方法は、特に、発泡成形体の表面に発生したアバタを定量的に評価する場合に有効である。

本発明者等は、同じ金型を用いて成形された発泡成形体から、目視によりアバタの発生程度が多い、少ない、その中間の３種類を選定し、アバタ部分の形状を観察した。その結果、アバタの発生頻度の多少に関わらずアバタ各々の形状は略同等であり、アバタの発生頻度が少なくなるに従って、アバタの発生個数が減少している傾向があることを見いだした。本発明者等の観察によれば、アバタの大きさは最大で直径９ｍｍで、通常でも直径５ｍｍ〜６ｍｍ程度であり、アバタ１個あたりの面積はアバタ各々で略同等であった。
これらのことは、単位面積当たりのアバタの数とアバタの面積とが比例することを示唆する。本発明者等は、単位面積に占めるアバタの面積（アバタの面積率）が、アバタの定量的な評価に有効であるとの考えに至った。算出したアバタの面積率を用いれば、目視による観察と高い相関のあるデータ取得が可能である。
以下、本開示の発泡成形体の外観評価方法について、詳細に説明する。

−評価対象−
本開示の発泡成形体の外観評価方法で外観を評価される発泡成形体は、樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料を発泡させて成形されたものである。
樹脂材料に用いる樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂（ＰＰ）、複合ポリプロピレン系樹脂（ＰＰＣ）、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アイオノマー系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）及びポリカーボネート系樹脂からなる群より選択される少なくとも１種が挙げられる。この中でも、ポリプロピレン系樹脂（ＰＰ）、複合ポリプロピレン系樹脂（ＰＰＣ）及びアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合系樹脂（ＡＢＳ）からなる群より選択される少なくとも１種が好ましい。

また、発泡剤としては、アゾジカルボンアミド等の有機発泡剤、炭酸水素ナトリウム（別名、重炭酸ナトリウム、重曹）等の無機発泡剤などが挙げられる。現在、自動車用内装部品の発泡成形では、発泡剤として無機系の炭酸水素ナトリウムが主に用いられているが、塗膜性能（耐温水性等）の向上の観点からは、有機発泡剤が好ましい。

有機発泡剤としては、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、Ｎ，Ｎ−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）、４，４’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）、ヒドラゾジカルボンアミド（ＨＤＣＡ）等が挙げられ、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）が好ましい。特に、外装塗装品を製造する場合は、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）を用いることが好ましい。
アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）を使用することにより、耐温水性等が向上し、温水試験でのブリスターの発生が抑制される傾向にある。ブリスターとは、発泡成形体の表面（スキン層）に残存する未反応の発泡剤と水との反応により発生したガスが、発泡成形体の表面を押し上げる不具合をいう。

発泡剤の総量中のアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）の含有率は、５０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましく、９５質量％以上であることが特に好ましい。

発泡剤の分解温度は、５０℃〜２５０℃であることが好ましく、５０℃〜２２０℃であることがより好ましい。使用形態によって、発泡剤の分解温度は、１３０℃〜２５０℃であってもよい。

樹脂材料中の発泡剤の含有率は、発泡剤の種類等に応じて適宜設定することが好ましい。例えば、発泡剤としてアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）を用いる場合、発泡性、成形性及び塗膜性能の観点から、樹脂材料中のアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）の含有率は、０．０５質量％〜０．５質量％の範囲内であることが好ましく、０．１質量％〜０．４質量％の範囲内であることがより好ましい。尚、ＡＤＣＡの含有率は、後述する射出機のシリンダ投入前の混合物（組成物）での割合を意味する。

発泡成形体は、固定側金型と、固定側金型に対して開閉方向に移動可能とされ、固定側金型との間に空隙であるキャビティを形成する可動側金型とで構成される一組の金型におけるキャビティ内に発泡剤を含有する樹脂材料を射出する工程と、キャビティ内を樹脂材料で充填した後、金型を構成する固定側金型から可動側金型を開放方向に移動させて前記キャビティ内の容積を拡張する工程と、を経て製造することができるが、発泡成形体の製造工程は上記方法に限定されるものではない。

図１に、発泡成形体の製造に適用可能な成形装置の概略構成図を示す。図１に示される成形装置１６は、固定側金型１７と、固定側金型１７に対して開閉方向に移動可能とされ、固定側金型１７との間に空隙であるキャビティ１８を形成する可動側金型１９と、を備えている。

また、成形装置１６は、キャビティ１８まで固定側金型１７を貫通するゲート２１と、ゲート２１を通じてキャビティ１８に溶融状態の樹脂材料Ｒを射出充填する射出機２２と、を備えている。射出機２２は、図示しないホッパ（供給部）と図示しないシリンダとを備えている。この射出機２２では、樹脂、発泡剤、及び必要に応じて用いられる添加剤等を含有する混合物がホッパ（供給部）からシリンダに供給され、シリンダ内にてスクリュー等で撹拌されて樹脂材料Ｒとして調製され、所定の圧力でゲート２１を通じて樹脂材料Ｒをキャビティ１８内に射出充填する。なお、射出機２２は、ゲート２１を通じてキャビティ１８に溶融状態の樹脂材料Ｒを射出充填できれば、上記構成に限定されるものではない。

樹脂材料Ｒが熱可塑性樹脂を含む場合、樹脂材料Ｒは加熱して流動化させてキャビティ１８内に供給される。

次いで、可動側金型１９を固定側金型１７に対して開放方向（型開き方向）に所定量開き（コアバック）、固化していない樹脂材料Ｒを発泡させて発泡成形体内に発泡層を形成する。その後、固定側金型１７と可動側金型１９を型開きし、発泡成形体を可動側金型１９から取り外すことで、発泡成形体が得られる。

−基準成形体を得る工程−
本開示の発泡成形体の外観評価方法は、樹脂材料を発泡させることなく成形された基準成形体を得る工程を有する。
基準成形体は、樹脂材料を発泡させることなく成形されるものであることから、基準成形体の内部には発泡層が形成されないか、又は、基準成形体の内部に発泡層が形成されたとしてもその量がごく僅かである。そのため、金型内で発生したガス溜まりに起因すると推測されるアバタが基準成形体の表面に生じにくく、基準成形体の表面を、アバタの生じていない発泡成形体の表面と見なすことができる。仮に基準成形体の表面に凹凸が生じていた場合、この凹凸は金型の表面に存在する凹凸に由来すると考えられる。金型の表面に存在する凹凸に由来する基準成形体の表面に生じうる凹凸は、アバタとは見なされない。

基準成形体は、例えば、発泡成形体の成形において、樹脂材料Ｒを加熱して流動化させてキャビティ１８内に供給した後、可動側金型１９を固定側金型１７に対して開放方向（型開き方向）にコアバックすることなく成形を完了したものであってもよい。また、発泡剤を含まない樹脂材料Ｒを用いて発泡成形体と同様にして基準成形体を得ることもできる。

基準成形体の成形に用いる金型の種類は限定されない。金型由来の凹凸の影響を排除するため、評価対象となる発泡成形体と同じ金型を基準成形体の成形に用いることが好ましい。

−平均高さを求める工程−
本開示の発泡成形体の外観評価方法は、基準成形体の表面の平均高さを求める工程を有する。
基準成形体の表面の平均高さを求める方法は特に限定されるものではない。三角測距原理に基づく方法等を実装した測定装置を用いて基準成形体の表面の平均高さを求めてもよい。三角測距原理に基づく方法を実装した測定装置としては、例えば、株式会社キーエンス製、３Ｄ形状測定機、ＶＲ−３２００等が挙げられる。ＶＲ−３２００の高さ測定の分解能は０．１μｍである。
ＶＲ−３２００等の３Ｄ形状測定機は、測定対象の表面にスリット光を当ててできる段差を三角測量で測定する光切断法を用いていることから、高精度な３Ｄ測定が可能である。

基準成形体の表面の平均高さは、算術平均粗さ（Ｓａ）であってもよい。ここで、Ｓａとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１(２０１３)に規定される二次元の算術平均粗さ（Ｒａ）を３次元に拡張したものであり、測定対象領域における表面形状曲面と平均面とで囲まれた空間の体積を測定面積で割ったものである。
平均面とは、二次元の場合の平均線に対応する概念で、測定対象領域における凸部の体積と凹部の体積とが同じとなる面をいう。
平均面をＸＹ面，縦方向をＺ軸とし、測定された表面形状曲線をＺ＝ｆ（ｘ，ｙ）とすると、算術平均粗さ（Ｓａ）は、次式で定義される。

上記式において、Ｌｘは、測定領域におけるｘ方向の長さを示し、Ｌｙは、測定領域におけるｙ方向の長さを示す。

基準成形体の表面には、基準成形体の表面の平均高さを求める際の障害となる、表面の反り、波打ち等が生じている場合がある。基準成形体の表面の平均高さを測定する際には、表面の反り、波打ち等を打ち消すための補正を行ってもよい。補正の方法としては、カットオフを応用したうねり除去、最小二乗傾き補正、曲率補正等が挙げられる。

基準成形体の表面の平均高さは、成形体の内部に発泡層が形成されないか、又は、成形体の内部に発泡層が形成されたとしてもその量がごく僅かである状態の成形体についての、表面の凹凸の程度を示す。基準成形体の表面の平均高さを基準として、発泡成形体の表面の凹凸の程度を評価することで、定量的なアバタの評価が可能となる。

基準成形体の表面の平均高さを求める場所は特に限定されるものではなく、基準成形体の表面のいずれの場所の平均高さを求めてもよい。金型由来の凹凸の影響を排除するため、測定対象となる発泡成形体と同じ金型を用いて基準成形体を成形し、且つ、発泡成形体の表面の特定領域に相当する基準成形体の表面についての平均高さを求めることが好ましい。

−平均面を定める工程−
本開示の発泡成形体の外観評価方法は、発泡成形体の表面の特定領域における平均面を定める工程を有する。発泡成形体の表面の特定領域における平均面は、上述した算術平均粗さ（Ｓａ）を求める際の基準となる表面形状の平均面であってもよい。
発泡成形体の表面の特定領域における平均面は、基準成形体の表面の平均高さを求める際に用いられる装置を用いて測定することができる。

本開示において「発泡成形体の表面の特定領域」とは、発泡成形体の表面のうち、アバタの評価が実施される領域をいう。特定領域は、発泡成形体の全面であってもよいし、一部の領域であってもよい。特定領域は、アバタの生じやすい箇所として経験的に知られている箇所であってもよい。

−基準面を定める工程−
本開示の発泡成形体の外観評価方法は、発泡成形体の表面の特定領域における平均面に平行し、平均面よりも基準成形体の表面の平均高さの分だけ低い面を基準面と定める工程を有する。
基準面は、基準成形体の表面の平均高さを求める際に用いられる装置を用いて定めることができる。
基準面を基準として当該基準面よりも低い領域を、発泡成形体の表面の特定領域におけるアバタが発生した領域と見なすことができる。

−基準面よりも低い領域の面積を求める工程−
本開示の発泡成形体の外観評価方法は、発泡成形体の表面の特定領域における基準面よりも低い領域の面積を求める工程を有する。
基準面よりも低い領域の面積は、基準成形体の表面の平均高さを求める際に用いられる装置を用いて定めることができる。
基準面よりも低い領域の面積は、発泡成形体の表面の特定領域におけるアバタの発生した領域の面積と見なすことができる。

−面積の割合を求める工程−
本開示の発泡成形体の外観評価方法は、発泡成形体の表面の特定領域の面積に占める基準面よりも低い領域の面積の割合を求める工程を有する。
基準面よりも低い領域の面積の割合は、基準成形体の表面の平均高さを求める際に用いられる装置を用いて求めることができる。
発泡成形体の表面の特定領域の面積に占める基準面よりも低い領域の面積の割合が多ければ、発泡成形体の表面の特定領域に多くのアバタが発生していると考えることができる。特定領域の面積に占める基準面よりも低い領域の面積の割合に基づいて、発泡成形体の表面の特定領域におけるアバタの発生の程度を、客観的に判断することが可能となる。

１６ 成形装置
１７ 固定側金型
１８ キャビティ
１９ 可動側金型
２１ ゲート
２２ 射出機

Claims (1)

1. 樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料を発泡させて成形された発泡成形体の外観評価方法であって、
   前記樹脂材料を発泡させることなく成形された基準成形体を得る工程と、
   前記基準成形体の表面の平均高さを求める工程と、
   前記発泡成形体の表面の特定領域における平均面を定める工程と、
   前記平均面に平行し、前記平均面よりも前記基準成形体の表面の平均高さの分だけ低い面を基準面と定める工程と、
   前記発泡成形体の表面の特定領域における前記基準面よりも低い領域の面積を求める工程と、
   前記発泡成形体の表面の特定領域の面積に占める前記基準面よりも低い領域の面積の割合を求める工程と、
   を有する発泡成形体の外観評価方法。