JP2821331B2 - 熱可塑性樹脂発泡性溶融物の熟成装置 - Google Patents

熱可塑性樹脂発泡性溶融物の熟成装置

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JP2821331B2 JP5085307A JP8530793A JP2821331B2 JP 2821331 B2 JP2821331 B2 JP 2821331B2 JP 5085307 A JP5085307 A JP 5085307A JP 8530793 A JP8530793 A JP 8530793A JP 2821331 B2 JP2821331 B2 JP 2821331B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、熱可塑性樹脂の発泡
性溶融物の熟成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱可塑性樹脂の発泡体を作るには幾つか
の方法が知られている。そのうちで最も多く用いられて
いるのは、押出発泡の方法である。その方法は、押出機
内で熱可塑性樹脂を溶融し、溶融した樹脂に揮発性発泡
剤を圧入して発泡性溶融物を作り、これを口金から押し
出して発泡体とする方法である。この方法では、発泡剤
の圧入時には樹脂を高温に加熱して溶融する必要があ
り、口金から押し出すときには、発泡に適した粘度にま
で樹脂を冷却する必要があり、従って口金に至るまでに
樹脂の加熱と冷却とを行う必要がある。
【０００３】熱可塑性樹脂発泡体の中でも、低密度の発
泡体、とりわけ大型の発泡体を作るには、発泡性溶融物
の温度管理がことのほか重要だとされた。その理由は、
大型の発泡体を作るには、発泡性溶融物を大きな断面を
持った塊として一様に流動させなければならず、大きな
断面の塊となると部分的に温度のバラツキを生じ易く、
温度のバラツキがあると、発泡性溶融物は僅かな温度差
で発泡倍率を大きく変えることとなり、従って均一な発
泡体が得られなくなるからである。とくに押出発泡で
は、発泡剤の圧入から口金での押し出しまでの一連の工
程中に、樹脂溶融までの加熱と発泡適性温度までの冷却
とを引き続いて行わなければならないので、一層温度の
バラツキを生じ易いからである。そのために発泡性溶融
物を発泡適性温度まで冷却するための装置には色々と工
夫が凝らされた。
【０００４】特公昭５９−６２１７号公報は、押出機内
で加熱された発泡性溶融物を発泡適性温度まで一様に冷
却するための装置を提案している。この装置は、発泡性
溶融物を流すための筒内にトルピードを設け、初め発泡
性溶融物を断面円柱状に流し、途中でトルピードに衝突
させて断面を一旦円環状にし、トルピードの存在しない
ところで再び断面円柱状にして流し、その間にトルピー
ドを支える目皿を通過させ、この目皿を冷却することに
よって溶融物を発泡適性温度にまで冷却し、その後直ち
に口金へ送って押出発泡させることとしている。
【０００５】特開昭６３−１９１８４２号公報は、押出
発泡によりポリスチレン系樹脂の低密度発泡体を作る方
法を提案している。この公報は、特定のメルトインデッ
クスを持ったポリスチレン系樹脂を選び、この樹脂に対
して特定の溶解度パラメーターを持った発泡剤を用いる
こととして、押出機内で一定の割合で樹脂に発泡剤を注
入し、得られた発泡性溶融物を混練したのち、直ちにこ
れを口金へ送って押出発泡させることを必要だとしてい
る。
【０００６】特開平２−１７５２２２号公報は、無架橋
のポリオレフィン系樹脂を押出発泡させて、微細気泡の
発泡体を作る方法を提案している。その方法は、ポリオ
レフィン系樹脂と発泡剤とを接触させてからこの混合物
を２０分以上高温高圧下の密封系内に置き、押出剪断速
度を５００／秒以上とし、発泡角を４５度以下にして押
し出すことを必要としている。
【０００７】このように、熱可塑性樹脂を一様に高倍率
に発泡させようとして色々な提案がなされた。例えば、
熱可塑性樹脂として特定のものを選択したり、発泡剤を
特定のものに限定したり、冷却装置に特別の工夫を加え
たり、押出速度、発泡角度などの押出操作を工夫するな
ど色々な提案がなされた。しかし、これらの提案は何れ
も一長一短があって、低密度の発泡体を製造する方法及
び装置として満足なものではなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、熱可塑性
樹脂を材料とし、高倍率に均一に発泡した発泡体、とく
に大型の発泡体を容易に製造できる装置を提供しようと
するものである。
【０００９】
【課題解決のための手段】この発明者は、押出発泡によ
って高倍率に一様に発泡した発泡体を得ようとして色々
と検討した。その結果、高倍率に一様に発泡させるに
は、発泡性溶融物を発泡適性温度にまで冷却したのち直
ちにこれを口金に入れないで、発泡性溶融物を発泡適性
温度に維持したまま或る時間熟成させ、その後に口金へ
送って口金から押し出す必要があることに気付いた。
【００１０】特開平２−１７５２２２号公報は、樹脂と
発泡剤とを接触させてから２０分以上の間、高温高圧下
の密封系内に置くことを教示しているが、発泡性溶融物
を熟成させることを教えていない。なぜならば、上記公
報の実施例を見ると、２０分以上という時間は、発泡性
溶融物を冷却し続けることに消費されているからであ
る。云いかえると、この公報は２０分以上かけて発泡適
性温度にまで冷却することを教えているに過ぎないから
である。
【００１１】押出発泡においては、発泡性溶融物を熟成
する際に、貯蔵槽を設けて静止した状態に置くことは許
されない。云いかえると淀みなく流動する状態で熟成さ
せなければならない。また、発泡性溶融物は、外界より
は高温にあるから、熟成中に冷却されて発泡適性温度以
下に低下しないように注意しなければならない。このた
めに熟成中は保温の必要があり、場合によっては加熱が
必要とされる。さらに熟成中に発泡性溶融物が部分的に
停滞することのないように、一様に流動させなければな
らない。
【００１２】このような考えに立脚して、この発明者は
押出機の先に冷却装置を付設して、発泡性溶融物を発泡
適性温度にまで従来どおり冷却し、その後これを新たに
熟成装置に入れて発泡性溶融物を熟成することとした。
その場合、熟成装置内では次のような処置を施すことと
した。
【００１３】すなわち、熟成装置の中で発泡性溶融物を
冷却するのではなくて、発泡性溶融物を発泡適性温度に
維持するために却って加熱することとした。また、熟成
装置内で機械的に撹拌すると、部分的に発熱し温度の不
均衡を生じるので、熟成装置内ではこれまでの推進力で
自然流動させることとした。また熟成装置内では大量の
溶融物を溜めなければならず、そのために流路を直径方
向に大きく拡大したが、そこでは流れの不均衡を生じる
おそれがあるので、そこに整流機構を設けることとし
た。整流機構としては、例えば流路にトルピードや目皿
を付設し、これに溶融物を衝突させて断面の中央部がと
くに流れ易くなるのを避けて、これによって溶融物の流
れを均一化することとした。こうして発泡性溶融物を熟
成装置内に例えば５分以上貯蔵することとした。する
と、一様に高倍率に発泡した低密度の発泡体が得られ
た。この発明は、このような知見に基づいて完成された
ものである。
【００１４】この発明は、押出機内で熱可塑性樹脂に発
泡剤を含ませて作った発泡性溶融物を発泡適性温度にま
で冷却後、その温度を維持しながら自然流動させて口金
へ導き、その間に熟成を行うための装置であって、外面
に加熱機構を備え、内部に貫通する溶融物通路を設け、
該溶融物通路の壁面は常に円形をなし進行方向でその内
径を変化させており、入口がわで小径となり中央部で大
径となり出口がわで小径となり、中央部の内部には上記
装置の入口と出口とを結ぶ方向に軸線を有する円筒状の
目皿が付設されて中央部を円筒内と円筒外とに２分して
おり、上記目皿にはその全面にわたって多数の小孔が穿
設されてその半径方向に貫通しており、さらに目皿の真
ん中にはトルピードが取り付けられて、目皿の内腔を完
全に塞いで入口がわと出口がわとに区分し、かつ上記ト
ルピードの円錐軸上の頂部は目皿の両端より内方に位置
して、その間に形成される円筒内室は溶融物の熟成を行
うのに充分な容量を有することを特徴とする、熱可塑性
樹脂発泡性溶融物の熟成装置を要旨とするものである。
また、この装置においてトルピードの外周には、中央部
の円筒外部分を塞ぐ方向に目皿が付設されている熱可塑
性樹脂発泡性溶融物の熟成装置を要旨とするものであ
る。
【００１５】
【実施例】この発明装置を図面に基づき説明すると、次
のとおりである。図１は、この発明の熟成装置を組み込
んだ熱可塑性樹脂発泡体の製造装置を模型的に例示した
ものであり、図２は、この発明の熟成装置の他の例を示
す断面図である。
【００１６】図１において１は押出機であり、２は冷却
装置であり、３は熟成装置であり、４は口金である。熱
可塑性樹脂は押出機１のホッパー１１に投入され、スク
リュー１２によってバレル１３内を進行せしめられる。
その間に樹脂はバレル１３の外周に付設された加熱機構
１４によって加熱溶融され、圧入口１５から圧入される
揮発性発泡剤を含浸せしめられ、混練部１６で発泡剤と
よく混練されて発泡性溶融物となる。こうして作られた
発泡性溶融物は流動性に富んでいるので、発泡に適した
粘度を持っていない。
【００１７】押出機１から押し出された発泡性溶融物
は、連結機構１７を経て冷却装置２へ送られる。連結機
構１７は、発泡性溶融物を均一に流すために整流機構１
８を備えているが、整流機構１８は必ずしも必要とされ
ない。
【００１８】冷却装置２は、発泡性溶融物を冷却するた
めの機構と発泡性溶融物を撹拌するための機構とを備え
ている。図１に例示した冷却装置２は、冷却機構として
シリンダー２１と、この中に付設された冷媒通路２２と
からなるものを用い、撹拌機構としてシリンダー２１内
で回転するスクリュー２３を用いている。従って、図１
の冷却装置２は、一種の押出機であることになるが、冷
却装置２では加熱が全く行われない点で、押出機１と異
なっている。なお、冷媒通路２２は、シリンダー２１内
を囲繞旋回しており、冷媒は入口２４から入り、出口２
５から出て行くこととされている。２６はスクリュー２
３を冷却するための冷媒の入口であり、２７はその出口
である。
【００１９】この発明に係る熟成装置３は、外面に加熱
機構３７を備え、その内部に貫通する溶融物通路３０を
備えている。通路３０は、壁面が周囲方向すなわち入口
と出口とを結ぶ直線に垂直な平面内では常に円形をなし
ているが、進行方向すなわち入口と出口とを結ぶ直線方
向ではその内径が変化し、入口がわ３１で小径となり、
中央部３２で大径となって、出口がわ３３で再び小径と
なっている。その内径の変動は徐々に行われ、溶融物の
停滞がないようにされている。中央部３２の内部には円
筒状の目皿３４が付設され、目皿３４はその全面にわた
って多数の小孔３５が半径方向に貫通するように穿設さ
れている。また、目皿３４の真ん中にはトルピード３６
が付設され、トルピード３６は目皿３４の内腔を完全に
塞いでおり、入口がわと出口がわとに区分している。こ
のトルピード３６の円錐軸上の頂部は目皿３４の両端部
より内方に位置し、その間に形成された２つの円筒内室
３８、３８の容量は大きくされて、その内部を流動する
溶融物の熟成が充分に行われるように設定されている。
【００２０】口金４は、熟成装置３の出口がわ３３の通
路に連なり、その開放端の開口は所望の形状とされてい
る。口金４は、従来のものと変わりがない。
【００２１】図１に示した装置では、次のようにして熱
可塑性樹脂低密度発泡体が製造される。押出機１内で熱
可塑性樹脂に揮発性発泡剤を含ませて発泡性溶融物を作
り、これをまず冷却装置２に入れて、発泡性溶融物をス
クリュー２３により機械的に撹拌しながら、冷媒によっ
て冷却して発泡適性温度にして熟成装置３へ送る。熟成
装置３内では発泡適性温度にされた発泡性溶融物をこれ
までの推進力で自然に流動させている。また、発泡性溶
融物が周囲から冷却されて発泡適性温度以下に低下しな
いように、必要なとき加熱機構３７により加熱する。
【００２２】さらに熟成装置３の内部では、流動して来
る発泡性溶融物をトルピード３６に衝突させて、円柱状
の流れを円環状の流れに変え、円環状の流れとして貯え
る。この途中で溶融物の目皿３４に衝突させて、小孔３
５を通って中央部３２へ導入することとして、溶融物の
流れを均整化させる。また、溶融物が中央部３２から出
口がわ３３へ流れるときも、同様に目皿３４の小孔３５
を通るようにして、溶融物の流れを均整化する。このた
めに、中央部３２の内径が大きくなって中央部３２内に
大量の溶融物が貯えられても、溶融物の流れは一様にな
って口金４へ送られる。こうして、発泡適性温度にある
発泡性溶融物を５分以上貯蔵し、熟成させたのちに口金
４へ送ることができる。
【００２３】図２に示した熟成装置５は他の例を示し、
目皿５１が中央部３２に余分に付設されている点で、図
１に示した熟成装置３と異なっている。目皿５１は多数
の小孔５２が穿設されていて、中央部３２内を押出方向
に流れる溶融物をさらに整流している。
【００２４】図１に示した方法に従って実際に行った事
例を示すと次のとおりである。以下で単に部というのは
重量部の意味である。樹脂としてはポリスチレン（ビカ
ット軟化点１０３℃、メルトインデックス値４．５）１
００重量部に微粉末タルク（粒径２〜４μ）１．１部、
ステアリン酸モノグリセライド０．１部、ヘキサブロモ
シクロドデカン１．８部を均一に混合し、この混合物を
直径９０ｍｍの押出機１に１時間あたり２００Ｋｇの割
合で供給した。この混合物を２２０℃で加熱溶融し、圧
入口１５から発泡剤としてモノクロロジフロロエタンと
メチルクロライドとをそれぞれ６部ずつ圧入した。樹脂
と発泡剤とは混練部１６及び連結機構１７を通過する間
に混練されて均一な発泡性溶融物を形成した。
【００２５】冷却押出機２は直径１５０ｍｍのものが用
いられ、冷媒通路２２には約６０℃の温水を通して冷却
し、冷却装置２の出口で発泡性溶融物の温度が１２５℃
になるようにして、熟成装置３へ送った。
【００２６】熟成装置３は、外から１２８℃に加熱さ
れ、その中の樹脂通路３０は外径が４１０ｍｍ、入口か
ら出口までの全長が６３０ｍｍとされた。通路３０は入
口がわ通路３１が直径８０ｍｍ、それに連なる円錐軸は
外径２００ｍｍ、入口から出口までの全長は２６０ｍｍ
とされた。
【００２７】目皿３４は入口がわと出口がわとに分かれ
ており、それぞれは厚さが５０ｍｍ、内径が２００ｍ
ｍ、長さが２００ｍｍの円筒になっており、それぞれの
目皿は入口がわと出口がわの全面に直径１２ｍｍの小孔
が円筒の外周方向に３６個ずつ２列に合計７２個穿設さ
れ、またそれぞれの目皿は中央部がわの全面に直径１０
ｍｍの小孔が同じく外周方向に３６個ずつ１２列に合計
４３２個穿設された。この熟成装置３の内径は冷却装置
の内径の２．７倍であり、容積が約７５リットルである
ため、発泡性溶融物は約２２分かけてゆっくりと流動し
て口金へ供給された。
【００２８】口金４としては出口がわに厚さ２ｍｍ、幅
３００ｍｍの細隙のあるものを用いた。この細隙から発
泡性溶融物が大気中に押し出され、内面に弗素樹脂を貼
りつけた２枚の成形具で厚さ５５ｍｍ、幅６５０ｍｍの
板状発泡体を得た。
【００２９】得られた発泡板から片面２．５ｍｍずつ皮
を剥ぎ、厚さ５０ｍｍの良質の発泡板を得た。この発泡
板の密度は０．０３５ｇ／ｃｃで、全体にわたって均一
に発泡しており、その気泡の平均直径は０．２−０．３
ｍｍであった。ＪＩＳ Ａ９５１１に準拠して測定した
圧縮強度は３．８Ｋｇ／ｃｍ2 、熱伝導率は０．０２３
Ｋｃａｌ／ｍ ｈｒ℃であった。
【００３０】比較のために熟成装置３を使用しないで、
冷却装置２に直接口金４を取り付けて同じ条件で押し出
したところ、得られた発泡体は密度が０．０３７ｇ／ｃ
ｃ気泡の形状は厚み方向に不均一となって、中心部の気
泡直径が０．５〜１ｍｍであり、圧縮強度は４．０Ｋｇ
／ｃｍ2 であり、熱伝導率は０．０２９Ｋｃａｌ／ｍｈ
ｒ℃であった。そこで、１時間あたりの樹脂供給量を１
５０Ｋｇに下げたところ、熟成装置３を用いた場合に近
い発泡体を得た。
【００３１】
【発明の効果】この発明に係る熟成装置によれば、機械
的撹拌により発泡適性温度まで冷却された発泡性溶融物
は、これまでの推進力で自然に流動され、従って強制撹
拌による発熱もなく、また発泡適性温度に維持するため
に必要に応じて加熱できるので、熟成に適した状態に置
かれている。また、熟成装置内でトルピード及び目皿と
の衝突によって溶融物の流れが整流されるので、溶融物
は一様な流れとなって口金へ入る。こうして熟成装置内
で発泡性溶融物を発泡適性温度に例えば約５分以上かけ
て流動させ、その間に充分な熟成を行うことができるの
で、口金を出た樹脂は均一微細に発泡し良好な低密度発
泡体を得ることができる。また熟成装置の中央部の内径
を、これに前設される冷却装置の２倍以上に拡大するこ
とにより大量の発泡性溶融物を貯えることができ、従っ
て押出方向の装置の長さを延ばさないで、溶融物の滞留
時間を長くし、熟成を充分に行うことができ、これによ
って容易に低密度発泡体を製造することができる。この
発明は、このような利益を与えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の熟成装置を含む熱可塑性樹脂発泡体
の製造装置を模型的に例示したものである。
【図２】この発明の熟成装置の他の例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 押出機 ２ 冷却装置 ３ 熟成装置 ４ 口金 ５ 熟成装置 １１ ホッパー １２ スクリュー １３ バレル １４ 加熱機構 １５ 圧入口 １６ 混練部 １７ 連結機構 １８ 整流機構 ２１ シリンダー ２２ 冷媒通路 ２３ スクリュー ２４ 冷媒入口 ２６ 冷媒入口 ２５ 冷媒出口 ２７ 冷媒出口 ３０ 発泡性溶融物の通路 ３１ 入口がわ通路 ３２ 中央部 ３３ 出口がわ通路 ３４ 目皿 ３５ 小孔 ３６ トルピード ３７ 加熱機構 ３８ 円筒内室 ５１ 目皿 ５２ 小孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−30765（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−27334（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−238763（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−235018（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−36432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−46227（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−6217（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭39−18983（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B29C 47/00 - 47/96

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 押出機内で熱可塑性樹脂に発泡剤を含ま
    せて作った発泡性溶融物を発泡適性温度にまで冷却後、
    その温度を維持しながら自然流動させて口金へ導き、そ
    の間に熟成を行うための装置であって、外面に加熱機構
    ３７を備え、内部に貫通する溶融物通路３０を設け、該
    溶融物通路３０の壁面は常に円形をなし進行方向ではそ
    の内径を変化させており、入口がわ３１で小径となり中
    央部３２で大径となり出口がわで小径となり、中央部３
    ２の内部には上記装置の入口と出口とを結ぶ方向に軸線
    を有する円筒状の目皿３４が付設されて中央部３２を円
    筒内と円筒外とに２分しており、上記目皿３４にはその
    全面にわたって多数の小孔３５が穿設されて半径方向に
    貫通しており、さらに目皿３４の真ん中にはトルピード
    ３６が取り付けられて、目皿３４の内腔を完全に塞いで
    入口がわと出口がわとに区分し、かつ上記トルピード３
    ６の円錐軸上の頂部は目皿３４の両端部より内方に位置
    して、その間に形成される円筒内室３８、３８は溶融物
    の熟成を行うのに充分な容量を有することを特徴とす
    る、熱可塑性樹脂発泡性溶融物の熟成装置。
  2. 【請求項２】 トルピード３６の外周には中央部３２の
    円筒外部分を塞ぐ方向に目皿５１が付設されている請求
    項１に記載の熱可塑性樹脂発泡性溶融物の熟成装置。
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