JP2020076000A - 発泡成形体及び発泡成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アバタに由来する外観上の問題が抑制された発泡成形体を提供すること。【解決手段】発泡層と、前記発泡層を被覆するスキン層と、前記スキン層の表面上の少なくとも一部に形成された無発泡層と、を備え、前記発泡層は樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料が発泡してなる層であり、前記スキン層は前記樹脂材料が固化した層である発泡成形体。【選択図】なし

Description

本発明は、発泡成形体及び発泡成形体の製造方法に関する。

ポリプロピレン系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合系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、可動金型の位置をスライドさせた後、さらに発泡成形をする成形方法である。この成形方法を用いれば、成形体の表層が発泡層よりも発泡率の低いスキン層になり、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１参照。）。

特開２０１４−１２１７９３号公報

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、フェンダー、サイドシル、バンパー、バックドアアウタ等の自動車外装部品など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る。このため、発泡成形体のアバタに由来する外観上の問題を抑制することが望まれている。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、アバタに由来する外観上の問題が抑制された発泡成形体及びその製造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＞ 発泡層と、前記発泡層を被覆するスキン層と、前記スキン層の表面上の少なくとも一部に形成された無発泡層と、を備え、前記発泡層は樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料が発泡してなる層であり、前記スキン層は前記樹脂材料が固化した層である発泡成形体。
＜２＞ 前記無発泡層の厚さは、０．１ｍｍ〜１ｍｍである＜１＞に記載の発泡成形体。
＜３＞ 前記発泡層の空隙率は、２％以上である＜１＞又は＜２＞に記載の発泡成形体。
＜４＞ 前記無発泡層は、意匠面側に少なくとも形成されている＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の発泡成形体。
＜５＞ 前記無発泡層は、前記樹脂を含む＜１＞〜＜４＞のいずれか１つに記載の発泡成形体。
＜６＞ ＜１＞〜＜５＞のいずれか１つに記載の発泡成形体を製造する発泡成形体の製造方法であって、金型内にて前記樹脂材料を発泡させることにより、前記発泡層及び前記スキン層を成形する工程と、前記スキン層の表面上の少なくとも一部に前記無発泡層を形成する工程と、を含む発泡成形体の製造方法。
＜７＞ 前記無発泡層を形成する工程では、前記スキン層の表面上の少なくとも一部に前記樹脂を付与して前記無発泡層を形成する＜６＞に記載の発泡成形体の製造方法。

本発明によれば、アバタに由来する外観上の問題が抑制された発泡成形体及びその製造方法を提供することができる。

本開示の発泡成形体の層構成を示す断面図である。 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。
本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
なお、本開示において、発泡成形体、発泡層、スキン層及び無発泡層の厚さは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）又は偏向顕微鏡を用いて発泡成形体の断面を観察し、厚さがそれぞれ最大となる部分を指す。

＜発泡成形体＞
本開示の発泡成形体は、発泡層と、前記発泡層を被覆するスキン層と、前記スキン層の表面上の少なくとも一部に形成された無発泡層と、を備え、前記発泡層は樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料が発泡してなる層であり、前記スキン層は前記樹脂材料が固化した層である。

通常、発泡層及び発泡層を被覆するスキン層を備える発泡成形体は、樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料を発泡させることにより発泡層が形成され、かつこの樹脂材料を固化させることによりスキン層が形成されることにより得られる。このような発泡成形体は、スキン層の表面にアバタが発生しやすく、外観上の問題が生じやすい。一方、本開示の発泡成形体は、スキン層の表面上の少なくとも一部に無発泡層が形成されているため、無発泡層が発生したアバタを覆うことでアバタを隠すことができる。これにより、本開示の発泡成形体では、アバタに由来する外観上の問題が抑制される。

（発泡層及びスキン層）
本開示の発泡成形体は、発泡層と、発泡層を被覆するスキン層を備え、発泡層は樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料が発泡してなる層であり、スキン層はこの樹脂材料が固化した層である。

発泡層は、金型内に充填された樹脂材料を発泡成形することにより形成される層である。また、スキン層は、樹脂材料が冷却固化して形成され、発泡層よりも発泡率が低い層である。

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）、ポリカーボネート系樹脂及びポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）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。

樹脂材料は、前述の樹脂及び後述する発泡剤以外の成分を含んでいてもよい。例えば、樹脂材料は、フィラー充填材、ガラス繊維、炭素繊維等を含んでいてもよい。

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、自動車用外装部品の発泡成形では、環境試験性能に優れる点から、発泡剤として有機発泡剤を用いることが好ましい。

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、外装品を製造する場合は、分解物に水がほぼ含まれないアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）を用いることが好ましい。

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、１００℃〜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、発泡性及び成形性の観点から、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。

発泡層の厚さは、特に限定されず、０．０１ｍｍ〜５．９ｍｍであることが好ましく、１．０ｍｍ〜５．０ｍｍであることがより好ましく、１．７ｍｍ〜２．９ｍｍであることが更に好ましい。

発泡層の空隙率は、２％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましく、２０％以上であることが更に好ましい。発泡層の空隙率が１０％以上であることにより、発泡成形体の軽量化の点から有利である一方、スキン層の表面にアバタが生じやすくなるという問題がある。しかし、本開示の発泡成形体では、スキン層の表面上の少なくとも一部に無発泡層が形成されているため、発泡層の空隙率を大きくした場合であっても軽量化とアバタの抑制との両立を図ることができる。
なお、空隙率は、以下の式（１）に示すように発泡成形体のある断面の断面積に対するこの断面に存在する各気泡の合計面積の比率を意味する。
空隙率＝（各気泡の合計面積／発泡成形体の断面積）×１００・・・（１）

スキン層の厚さは、特に限定されず、０．０５ｍｍ〜２．９９５ｍｍであることが好ましく、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであることがより好ましく、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍであることが更に好ましい。

発泡層の厚さ、スキン層の厚さ及び発泡層の発泡率は、樹脂材料が充填された金型のコアバックの程度、発泡剤の種類、含有量等、溶融状態の樹脂材料の供給条件、供給温度等、金型の温度などによって適宜調節することができる。

（無発泡層）
本開示の発泡成形体は、スキン層の表面上の少なくとも一部に形成された無発泡層を備える。無発泡層は、例えば、スキン層の表面上の少なくとも一部に前述の樹脂を付与することにより形成できる。また、無発泡層を形成する樹脂は、前述の樹脂材料に含まれる樹脂と同じであってもよく、異なっていてもよい。

無発泡層は、実質的に外観上問題となるアバタを抑制する点から、発泡成形体の意匠面側に少なくとも形成されていることが好ましい。意匠面側とは、製品としたとき、製品に発泡成形体を組み込んだとき等に認識される面側を意味する。

無発泡層の厚さは、特に限定されず、０．１ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましく、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍであることがより好ましく、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることが更に好ましい。無発泡層の厚さは、発泡層による軽量化の効果が得られる範囲の厚さ以下であることが好ましい。

発泡成形体の厚さに対する無発泡層の厚さの比率（無発泡層の厚さ／発泡成形体の厚さ）は、外観上問題となるアバタを好適に抑制する点から、０．０３以上であることが好ましく、０．０４以上であることがより好ましい。また、発泡成形体の厚さに対する無発泡層の厚さの比率は、軽量化を図る点から、０．２以下であることが好ましく、０．１６以下であることがより好ましく、０．１４以下であることが更に好ましい。

図１は、本開示の発泡成形体の層構成を示す断面図である。本開示の発泡成形体１０は、発泡層１と、発泡層１を被覆するスキン層２と、スキン層２の表面上に形成された無発泡層３と、を備える。無発泡層３は、発泡成形体１０の意匠面側に形成されている。これにより、意匠面側のスキン層２の表面に発生したアバタを無発泡層３で覆うことでアバタを隠すことができ、発泡成形体１０では、アバタに由来する外観上の問題が抑制される。

＜発泡成形体の製造方法＞
本開示の発泡成形体の製造方法は、前述の本開示の発泡成形体を製造する発泡成形体の製造方法であって、金型内にて前記樹脂材料を発泡させることにより、前記発泡層及び前記スキン層を成形する工程と、前記スキン層の表面上の少なくとも一部に前記無発泡層を形成する工程と、を含む。本開示の発泡成形体の製造方法では、アバタに由来する外観上の問題が抑制された発泡成形体を得ることができる。以下、本開示の発泡成形体の製造方法の各工程について説明する。

本開示の発泡成形体の製造方法は、樹脂材料を発泡させることにより、発泡層及びスキン層を成形する工程を含む。例えば、発泡層及びスキン層を備える発泡成形体は、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樹脂と発泡剤とを含む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、を経た方法により成形することができる。なお、発泡層及びスキン層を成形する工程は、上記方法に限定されるものではない。

本開示の発泡成形体の製造方法は、スキン層の表面上の少なくとも一部に無発泡層を形成する工程を含む。例えば、無発泡層を形成する工程では、スキン層の表面上の少なくとも一部に樹脂を付与して前記無発泡層を形成することが好ましい。

スキン層の表面上の少なくとも一部に樹脂を付与する方法としては、特に限定されず、ディッピング、スプレーコート、バーコート、スリットコート、アプリケータ等によりスキン層の表面上の少なくとも一部に樹脂を塗布する方法、スクリーン印刷、インクジェット法、ディスペンサー法等によりスキン層の表面上の少なくとも一部に樹脂を印刷する方法、インサート成形等により金型を用いてスキン層の表面上の少なくとも一部に樹脂を供給する方法などが挙げられる。

図２に、発泡層及びスキン層を備える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２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む混合物がホッパ（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。

また、固定側金型１７及び可動側金型１９は、通常、溶融状態の樹脂材料Ｒよりも低い温度となっている。そのため、樹脂材料Ｒがキャビティ１８内へ充填されることで、固定側金型１７及び可動側金型１９に接した部分から、樹脂材料Ｒの固化が始まり、スキン層が形成される。

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、発泡層及びスキン層を備える発泡成形体を可動側金型１９から取り外すことで、発泡層及びスキン層を備える発泡成形体が得られる。

前述のようにして得られた発泡層及びスキン層を備える発泡成形体について、スキン層の表面上の少なくとも一部に樹脂を付与することにより、無発泡層が形成された発泡成形体が得られる。

１ 発泡層
２ スキン層
３ 無発泡層
１０ 発泡成形体
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 (7)

1. 発泡層と、
   前記発泡層を被覆するスキン層と、
   前記スキン層の表面上の少なくとも一部に形成された無発泡層と、
   を備え、前記発泡層は樹脂と発泡剤とを含む樹脂材料が発泡してなる層であり、前記スキン層は前記樹脂材料が固化した層である発泡成形体。
2. 前記無発泡層の厚さは、０．１ｍｍ〜１ｍｍである請求項１に記載の発泡成形体。
3. 前記発泡層の空隙率は、２％以上である請求項１又は請求項２に記載の発泡成形体。
4. 前記無発泡層は、意匠面側に少なくとも形成されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発泡成形体。
5. 前記無発泡層は、前記樹脂を含む請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発泡成形体。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発泡成形体を製造する発泡成形体の製造方法であって、
   金型内にて前記樹脂材料を発泡させることにより、前記発泡層及び前記スキン層を成形する工程と、
   前記スキン層の表面上の少なくとも一部に前記無発泡層を形成する工程と、
   を含む発泡成形体の製造方法。
7. 前記無発泡層を形成する工程では、前記スキン層の表面上の少なくとも一部に前記樹脂を付与して前記無発泡層を形成する請求項６に記載の発泡成形体の製造方法。