JP3316510B2 - ポリエチレンの射出延伸吹込成形方法 - Google Patents

ポリエチレンの射出延伸吹込成形方法

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JP3316510B2 JP05475194A JP5475194A JP3316510B2 JP 3316510 B2 JP3316510 B2 JP 3316510B2 JP 05475194 A JP05475194 A JP 05475194A JP 5475194 A JP5475194 A JP 5475194A JP 3316510 B2 JP3316510 B2 JP 3316510B2
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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、ポリエチレンを射出
延伸吹込成形により薄肉の容器などの中空成形品に成形
する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】射出金型に溶融樹脂を射出充填してプリ
フォームを成形し、そのプリフォームを吹込金型内にて
容器などの中空成形品に延伸吹込成形する成形法では、
熱可塑性樹脂の殆どを薄肉の中空成形品に成形すること
が可能とされている。しかし現状ではポリエチレンテレ
フタレート、ポリプロピレン、ポリカーボネート、塩化
ビニールなどに限られ、中空成形品としての需要が高い
ポリエチレンに関しては、ブロー成形を採用して行って
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】プリフォームの射出成
形から中空成形品への延伸吹込成形を連続して行う成形
法には、射出成形したプリフォームを冷却固化する前の
熱いうちに射出金型から離型し、その熱いプリフォーム
を温度調節してから吹込金型により中空成形品に延伸吹
込成形する方法と、特開平４−２１４３２２号公報に開
示されているように、プリフォームの温度調節を省略し
て、直ちに延伸吹込成形を行う方法とがある。
【０００４】このいずれの射出延伸吹込成形において
も、プリフォームの成形は、プリフォーム外側を形成す
るキャビティ型とプリフォーム内側を成形するコア型と
から構成された射出金型と、プリフォームの口部外側を
形成するリップ型とを使用し、キャビティ型と該キャビ
ティ型の開口部と型閉したリップ型を貫通して、キャビ
ティ型内に挿入した上記コア型との間のキャビティに、
溶融樹脂をキャビティ型底部から射出充填して行ってい
る。
【０００５】射出成形したプリフォームの射出金型から
の離型は、コア型とリップ型の両方を上方に移動して、
あるいはコア型を上方にキャビティ型を下方に移動して
行っており、離型後のプリフォームはリップ型に口部周
囲を保持されて吹込金型へと移送される。
【０００６】このようにプリフォームをコア型からも抜
き出して離型する理由は、冷却による収縮でコア型に強
く抱きついて密着した状態では、延伸ロッドによりプリ
フォームを軸方向に延伸することは極めて困難なことか
らで、リップ型を移送部材に兼用してプリフォームをキ
ャビティ型とコア型の両方から抜き出して吹込金型に移
送しているのである。
【０００７】通常、射出成形品の金型からの離型におい
て、コア型側からの射出成形品の抜き出しは、キャビテ
ィ型側からの抜き出しよりも困難とされている。これは
キャビティ側では射出成形品の冷却による収縮で、成形
品外側の表面がキャビティ面から離れるようになるのに
対し、コア型側では反対に収縮により成形品内側がコア
型に密着するようになるからである。
【０００８】延伸吹込成形が可能な柔軟状態の熱いプリ
フォームの強度は、冷却固化により全体に剛性を有する
通常の射出成形品とは異なって、内外側の表面のスキン
層によりプリフォームの形態が保たれる程度の強さしか
ないため、冷却固化した口部周囲をリップ型により保持
してコア型を引き抜く場合でも、密着したプリフォーム
内側のスキン層とコア型表面との縁切りに要する強さが
ないと、プリフォームはコア型に密着したままキャビテ
ィ型から引き抜かれ、固定状態にあるリップ型によりし
ごかれるようになって、あたかも提灯が縮まるように変
形してプリフォームの形態を失う。
【０００９】そこで射出延伸吹込成形では、延伸吹込成
形が可能でプリフォーム表面のスキン層がコア型の抜き
出し力に耐える固さになる温度までプリフォームを冷却
して離型を行うようにしている。この冷却温度は、プリ
フォームの肉厚やデザインにより異なってくるが、ブロ
ーアップ比がそれほどでもない広口容器のプリフォーム
の場合には、キャビティ型及びコア型の抜き勾配を大き
く設定きるので、収縮によるプリフォーム内側の密着力
を抜き勾配により緩和でき、また高温での離型も可能と
なるので冷却による収縮が少なくなるなどの相乗作用か
ら、細口容器に比べて離型が行い易い。
【００１０】しかし口径が小さくて丈が長く、ブローア
ップ比も大きく要求されるびん等の細口容器のプリフォ
ームの場合は、キャビティ型及びコア型の抜き勾配に制
限があり、その制限は丈が長くなるほど厳しいものとな
る。このため離型とその後の延伸吹込成形の両方を可能
とする両立温度までプリフォームを冷却して射出金型か
らの離型を行う必要がある。この両立温度に関してポリ
エチレンテレフタレートの場合は常温で６０°〜７０
℃、ポリプロピレンの場合には９０°〜１００℃であ
り、その温度範囲であれば離型と延伸吹込成形の両方が
成立する。
【００１１】しかしながら、ポリエチレンテレフタレー
トやポリプロピレンに比べて熱伝導率がよく、また成形
収縮も高いポリエチレンのプリフォームの場合には、抜
き出し可能な温度まで冷却すると、スキン層が必要以上
に厚く形成されて内部の高温領域が狭くなり、プリフォ
ームを直ちに吹込金型に移送して延伸吹込成形を行って
も空気圧により満足に膨らむことがない。また延伸吹込
成形が可能と推測される温度では、プリフォームがコア
型に密着したままであり、その状態でコア型の抜き出し
を行うと著しく変形したものとなる。
【００１２】したがって、ポリエチレンのプリフォーム
では離型とその後の延伸吹込成形の両方を可能とする両
立温度の設定が、ポリエチレンテレフタレート等の場合
よりも難しく、これまでに採用されている離型手段をそ
のまま用いて延伸吹込成形を行うことは、それが広口容
器の場合であっても極めて困難であった。
【００１３】また離型後のプリフォームを再加熱により
成形可能な温度まで戻してのち延伸吹込成形を行うこと
も考え得るが、この場合には経験と時間を要し、また温
度むらも生じ易いので、温度調整を採用した場合でもポ
リエチレンの射出延伸吹込成形には技術的な困難さがあ
る。
【００１４】ポリエチレンに関しては上記離型以外にも
プリフォームを延伸吹込成形するときの温度に難しさが
ある。ブロー成形におけるポリエチレンの成形時の樹脂
温度は１７５°〜２００℃である。しかし射出延伸吹込
成形では、そのような樹脂温度はプリフォームの成形温
度であり、自立できるまでに冷却されたプリフォームが
保有する温度は上記樹脂温度より極めて低いものであ
る。
【００１５】高温離型したプリフォームを、自己が保有
する内部熱により表面温度がピーク温度に達する前まで
に、びんなどの容器に延伸吹込成形する場合、ポリエチ
レンがピーク温度に達するまでの時間は、ポリエチレン
テレフタレートの場合よりも早めであり、延伸吹込成形
はポリエチレンテレフタレートに比べて難しく、ピーク
温度近くでは肉厚分布が良好な成形品は得難い。この延
伸吹込成形の困難さは、ポリエチレンテレフタレートや
ポリプロピレンよりも熱伝導率がよいので、離型後の内
部熱による表側のスキン層の加熱が比較的に早く、延伸
吹込成形に寄与する内部の高温部分が占める範囲が早期
に狭くなって、延伸吹込成形に必要な内部熱量が不足気
味となるからと推測される。このため細口容器に比較し
て離型が容易な広口容器の場合でも延伸吹込温度に関し
ては、その限られた時間内（温度範囲内）にて延伸吹込
成形を行わなければ、良好な成形品は得られないという
ことである。
【００１６】またピーク温度の到達は、プリフォームの
肉厚やデザイン，成形条件等によってある程度の差があ
り、それに応じて延伸吹込成形を行わなければ良品が得
られなくなるので、ポリエチレンの場合にはポリエチレ
ンテレフタレートよりもシビアーな成形操作が要求され
る。
【００１７】この発明は上記ポリエチレンの射出延伸吹
込成形における課題を解決するために考えられたもので
あって、その目的は、気体の圧力の利用によりコア型と
プリフォームとの縁切りを先行することによって、プリ
フォームの離型とその後の伸吹込成形の両方を行える表
面温度での離型を可能とするとともに、ポリエチレンと
して好適な温度範囲での延伸吹込成形を可能とする新た
な方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的によるこの発明
は、溶融ポリエチレンを射出金型に射出充填して所要の
プリフォームに成形し、そのプリフォームをリップ型に
より口部を保持して射出金型のキャビティ型とコア型と
から離型したのち、吹込金型に移送して薄肉の中空成形
品に延伸吹込成形するにあたり、上記射出金型のキャビ
ティ型の温度を９０°〜１０５℃、コア型の温度を８０
℃前後に設定し、その射出金型により成形した上記プリ
フォームを射出金型から離型する前に、コア型とプリフ
ォームとの境界に気体を圧入してプリフォーム内側をコ
ア型から縁切りし、しかるのちプリフォームの内部冷却
が未完で高温状態にあり、かつ常温で離型直後のプリフ
ォームの表面温度が８０°〜９０℃となる温度範囲にて
離型を行い、離型後の上記延伸吹込成形を表面温度がプ
リフォームの内部熱により上昇中で１２０℃に達する前
の時間内にて行う、というものである。
【００１９】上記プリフォームの成形時の溶融ポリエチ
レンの温度は、射出シリンダの前部温度で２００℃以上
を要する。この溶融ポリエチレンは９０°〜１０５℃に
温度設定されたキャビティ型と、８０℃前後に温度設定
されたコア型とにより形成された射出金型のキャビティ
に射出充填して、有底の上記プリフォームに成形され
る。
【００２０】溶融ポリエチレンの射出充填が完了する
と、射出圧力は充填に要した一次圧よりも低圧の二次圧
に切り替えられて保圧に移行し、さらに冷却に移行す
る。上記縁切り用の気体としては、経済的あるいは取り
扱い上の点から空気が最も好ましいが、場合によっては
窒素ガス等の不活性ガスを採用することもできる。また
圧入は射出充填の完了直後に開始してもプリフォームの
形態に何等影響を与えることはないが、保圧完了後に直
ちに圧入を開始することが最も好ましい。完了直前から
の圧入開始では、圧入気体による内圧の上昇によって充
填抵抗が生じ、所定量の溶融樹脂の充填が行えずにプリ
フォームの形態が損なわれる。
【００２１】上記気体の圧入は、コア型の根元または先
端部からコア型とプリフォームとの境界に気体を吹き込
むようにして行う。この圧入位置の選択はプリフォーム
の長さや厚さによって選択することができるが、長いプ
リフォームでは先端部から圧入するのが好ましい。また
気体の圧入目的がコア型とプリフォーム内側との縁切り
にあるので、圧入した気体はそのまま上記境界に所要時
間とどめ、プリフォーム内側をコア型表面から隔離して
離型可能な温度までプリフォームの冷却を行うが、圧入
（吹込）時間は少なくとも１秒間を要し、吹込圧力は６
〜１５kg／cm2の範囲、最も好ましくは９kg／cm2 前後
がよい。
【００２２】プリフォームの離型は上記温度範囲にて行
われるのであるが、延伸吹込成形はプリフォームの表面
温度が、離型時よりも２０°〜３０℃ほど上昇した温度
範囲で行い得る。表面温度１００℃以下では温度が低く
過ぎて気体の圧力による全体的な延び得られず、成形が
極めて困難となる。また上昇温度が３０℃以上ではピー
ク温度に近く、温度上昇も緩慢となってプリフォームに
対する温度状態が結晶化しやすい環境となる。このため
離型後の表面温度が１２０℃を越えると肉厚分布が良好
な成形品の延伸吹込成形が困難となる。
【００２３】このようなことから、延伸吹込成形を行う
際の最も好ましい表面温度は、離型時の表面温度より２
５℃ほど上昇した当たりの温度がよく、時間的には離型
後４〜７秒の範囲である。また離型時の表面温度が内部
の熱によりピークに達する温度は、肉厚によりある程度
の高低差は生ずるが、ピーク温度に達するまでの時間に
は大きな差は生じない。したがって肉厚分布を変えるこ
とによって内部熱量を調整し、プリフォームにブロー比
率に応じた伸びが生ずるようにして、良好な肉厚分布の
容器等を得る場合においても、肉厚差が極端な場合を除
いて、離型後の所定の経過時間内にて全体的に好ましい
温度範囲での延伸吹込成形が可能となる。
【００２４】延伸吹込成形時の空気の吹込圧力は、一次
と二次とに分けて段階的に行うことが好ましく、二次圧
は一次圧の２倍以上の圧力に設定するとよい。また延伸
は縦２倍程度、横３倍程度まで行うことが可能である。
【００２５】
【作 用】上記方法では、ポリエチレンのプリフォーム
の離型に際して、コア型とプリフォーム内側との境界に
気体を圧入し、プリフォーム内側の縁切りを行った状態
で冷却を行うので、コア型とプリフォーム内側との境界
に介在する気体により、プリフォーム内側の冷却が抑え
られて、内側スキン層が密着した場合よりも薄層に形成
されるようになり、その分だけプリフォーム内側の収縮
が少なく、密着も緩和される。
【００２６】反対にプリフォーム表側では、圧入気体に
よりその表面がキャビティ面に押圧されて冷却を受け易
くなり、冷却に伴う収縮による離れも防止されることか
ら、スキン層がプリフォームの形態を維持できる固さに
なるのが早く、後に延伸吹込成形可能な表面温度での離
型が可能となる。また急冷のため結晶化も極めて少なく
済む。
【００２７】また内部熱により表面温度が上昇している
過程では、内部からの加熱により結晶化が抑えられ、そ
の成長は遅いので結晶化による延伸阻害はなく、ポリエ
チレンであっても延伸吹込成形がスムーズに行えて、良
好な肉厚分布の容器等の成形品を得ることができる。
【００２８】
【実施例】ＮＯ１ 材 料 樹 脂 ポリエチレン ハイゼックス５３００Ｂ 三井石油化学株式会社製 成 形 品 牛乳びん（５００cc） 寸 法 全高１６５mm， 口部内径３２mm， 首下長
さ１４７．５mm，胴部外径７３mm， 胴部の肉厚０．５
mm， 重量３２g ， プリフォーム 寸 法 全高１３７．５mm， 口部内径３２mm， 首
下長さ１２０mm，胴部の肉厚３mm， 胴上部の外径３
４．６８mm，胴下端部の外径３１．６２mm， 抜き勾配
０．７６６°，
【００２９】プリフォーム成形条件 射出シリンダ温度 ノズル１７５℃，前部２１５℃，中間部２１５℃，後部
１８５℃， 射出金型温度（設定値） キャビティ型 上部１０℃，キャビティ部９５℃，
下部１０℃， コア型 ８０℃， 射出圧力（保圧） ４２kg／cm2 ， 充填保圧時間 ６．５秒， 冷 却 時 間 １．８秒， 圧入（吹込）気体 空 気， 圧入（吹込）圧力 ９kg／cm2 ， 圧入タイミング 保圧完了直後， 圧入（吹込）時間 １．８秒間， 離 型 温 度 ８０°〜９０℃（プリフォーム表
面温度），
【００３０】延伸吹込成形条件 金 型 温 度（設定温度） ６０℃， 延伸吹込温度 １０５°〜１１５℃（プリフォーム表面温度）， 吹込圧力（延伸） 一次圧４〜５kg／cm2 ， 二次圧１２kg／cm2 ， 吹込時間（離型後） ６秒， 延伸倍率 縦（軸方向） １．２倍， 横（半径方向）２．２倍，
【００３１】結 果 乳白色で延伸部分に偏肉がなく肉厚分布が整ったポリエ
チレンの牛乳びんが得られた。内容物を充填して２ｍの
高さから落下しても、破損は認められなかった。
【００３２】ＮＯ２ 材 料 樹 脂 ポリエチレン ハイゼックス５１００Ｂ 三井石油化学株式会社製 成 形 品 細口丸型ストレートびん（１２０cc） 寸 法 全高１２６．７mm， 首下長さ１１
４．７mm， 口部内径１７．１４mm， 胴部外径４５．５mm， 胴部の肉厚０．５mm， 重量１５．４ｇ， プリフォーム 寸 法 全高１０７．０mm， 口部内径１
７．１４mm，首下長さ９５mm， 胴部の肉厚３．
２mm，胴上部の外径２２．０３mm，胴下端部の外径１
８．７１mm， 抜き勾配１．０°，
【００３３】プリフォーム成形条件 射出シリンダ温度 ノズル１７５℃，前部２１０℃，中間部２１０℃，後部
１９５℃， 射出金型温度（設定値） キャビティ型 上部１０℃，キャビティ部１０２
℃，下部１０℃， コア型 ８０℃， 射出圧力（保圧） ４０kg／cm2 ， 充填保圧時間 ５．４５秒， 冷 却 時 間 ４．２５秒， 圧入（吹込）気体 空 気， 圧入（吹込）圧力 ９kg／cm2 ， 圧入タイミング 保圧完了直後， 圧入（吹込）時間 ４．２５秒間， 離 型 温 度 ８０°〜９０℃（プリフォーム表
面温度），
【００３４】延伸吹込成形条件 金 型 温 度（設定温度） ６０℃ 延伸吹込温度 １０５°〜１１５℃（プリフォーム表面温度）， 吹込圧力（延伸） 一次圧５kg／cm2 ， 二次圧１２kg／cm2 ， 吹込時間（離型後） ６秒， 延伸倍率 縦（軸方向） １．１６倍， 横（半径方向）２．２倍，
【００３５】結 果 乳白色で延伸部分に偏肉がなく肉厚分布が整ったポリエ
チレンの細口丸型ストレートびんが得られた。内容物を
充填して２ｍの高さから落下しても、破損は認められな
かった。
【００３６】なお、上記実施例はいずれも株式会社青木
固研究所製造の射出延伸吹込成形機ＢＳ０５３０型を使
用して行った。また射出延伸吹込成形は特開平４−２１
４３２２号公報に記載の方法を採用して行った。
【００３７】
【発明の効果】この発明によれば、今まで極めて困難と
されていたポリエチレンによる胴部が薄肉の容器などの
成形品が、延伸吹込成形により容易に成形でき、一度に
多数個の成形品の生産が可能となる。また薄肉に成形で
きるためブロー成形品よりも経済的に優れ、落下強度も
充分にあるので、産業上の利用価値は多大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 49/00 - 49/80 B29B 11/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 溶融ポリエチレンを射出金型に射出充填
    して所要のプリフォームに成形し、そのプリフォームを
    リップ型により口部を保持して射出金型のキャビティ型
    とコア型とから離型したのち、吹込金型に移送して薄肉
    の中空成形品に延伸吹込成形するにあたり、 上記射出金型のキャビティ型の温度を９０°〜１０５
    ℃、コア型の温度を８０℃前後に設定し、その射出金型
    により成形した上記プリフォームを射出金型から離型す
    る前に、コア型とプリフォームとの境界に気体を圧入し
    てプリフォーム内側をコア型から縁切りし、しかるのち
    プリフォームの内部冷却が未完で高温状態にあり、かつ
    常温で離型直後のプリフォームの表面温度が８０°〜９
    ０℃となる温度範囲にて離型を行い、離型後の上記延伸
    吹込成形を表面温度がプリフォームの内部熱により上昇
    中で１２０℃に達する前の時間内にて行うことを特徴と
    するポリエチレンの射出延伸吹込成形方法。
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