JP4283797B2 - 樹脂発泡成形体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
まず、雌雄対の成形型を型締めして形成されるキャビティに発泡剤を含む樹脂成形材料を加熱溶融させて充填し、所定秒数の経過後、前記雌雄対の成形型を相互に所定距離だけ離間させてキャビティの容積を拡張する。すると、キャビティ内に充填された樹脂成形材料は、内圧が開放され、内部に含まれる発泡剤が発泡してキャビティに追随して膨張する。その後、樹脂成形材料は、多数の気泡を有する状態で固化し、樹脂発泡成形体とされる。
上記樹脂発泡成形体は、金型に接して成形の早い段階で冷却形成された表面のスキン層と、該スキン層の内側に発泡剤の発泡にともなって形成された発泡層とを有する構造とされている。得られる樹脂発泡成形体は、軽量で触感が柔らかく、自動車の内装用のパネル等での用途がある。また、成形工程が一工程で済む合理的な利点がある。
特許文献2記載の衝撃吸収床材も、アスペクト比の平均値が1.1〜4と、特許文献1記載の熱可塑性樹脂発泡成形体よりも小さいため、最大長径が1mmに達するような非常に細長いセルは存在しない。また、同公報図1(b)に示すように、セルどうしが連通していないため、床材内部の通気性が無く、内装材としての触感が良好であるとは言えず、吸音性も高いとは言えなかった。
本樹脂発泡成形体は、発泡セルが形成された発泡層の内部に空洞が形成されている。これにより、樹脂発泡成形体内部の通気性が高くされるので、軽量で、高い吸音性を得ることが可能になる。
(1)樹脂発泡成形体の製造方法:
(2)変形例:
(3)実施例:
図1は本発明の一実施形態にかかる樹脂発泡成形体M10の製造方法を模式的に示す図、図2は本製造方法に用いられる発泡射出成形機10を模式的に示す図、図3は樹脂発泡成形体M10の構造を垂直断面にて示す図、図4は別の樹脂発泡成形体の構造を垂直断面にて示す図、図5は成形型11の移動量を示すタイミングチャート、図6は変形例において成形型11の移動量を示すタイミングチャートである。
本樹脂発泡成形体M10は、自動車の内装材等に用いられる。
ここで、近接位置L1にあるときの一対の成形型11,12の間の距離d1は、1.0〜10.0mmとされている。距離d1を下限以上にすると厚み方向(離間方向D1)の途中で発泡セルが切断されず霜柱状発泡セルが厚み方向へ十分に長くなって内部の通気性が大きくなることにより良好な吸音性が得られ内装材として良好な弾性かつ良好な触感が得られる点で好ましく、距離d1を上限以下にすると樹脂発泡成形体が固くなりすぎないとともに霜柱状発泡セルが厚み方向へ十分に長くなって内部の通気性が大きくなることにより良好な吸音性が得られ良好な弾性かつ良好な触感が得られる点で好ましいためである。また、近接位置L1から離間位置L2までの離間距離(コアバック距離)d2は、1.0〜50.0mmとされ、より好ましくは4.0〜7.0mmとされる。距離d2を下限以上にすると離間方向D1において発泡セルが1.0mm以上と十分に長くなって内部の通気度が大きくなることにより良好な吸音性が得られる点で好ましく、距離d2を上限以下にすると厚み方向の途中で発泡セルが切断されないことにより内装材として良好な弾性かつ良好な触感が得られる点で好ましいためである。なお、樹脂発泡成形体M10の厚みd3は、d1+d2となる。
そして、本製造方法は、表面に非発泡のスキン層M16を形成しながら、一対の成形型11,12の離間方向D1へ前記離間距離d2以下の範囲内で1.0mm以上となるように気泡を連続させて霜柱状に発泡セルM13を伸長させて、樹脂発泡成形体M10を成形する。
スキン層M16は、液状の樹脂成形材料よりも温度の低い成形型11,12の成形面に接した部分の樹脂成形材料が早く温度低下して発泡せずに固化することにより、非発泡の状態で形成される。その結果、スキン層の空隙率は、1%未満とされる。
スキン層の厚みd4は、樹脂成形材料の温度、成形型11,12の成形面の温度、成形型11,12の離間のタイミングで制御される。樹脂成形材料の温度や成形型の成形面の温度を低くするか成形型の離間のタイミングを遅くするとスキン層が厚くなり、樹脂成形材料の温度や成形型の成形面の温度を高くするか成形型の離間のタイミングを早くするとスキン層が薄くなる。スキン層の厚みd4は、成形型11,12の間の距離d1の半分未満の範囲内で0.1〜1.0mmが好ましい。厚みd4が前記下限以上になると内装材として良好な弾性かつ良好な触感が得られ、厚みd4が前記上限以下になると樹脂発泡成形体が固くなりすぎず良好な弾性かつ良好な触感が得られる点で好ましいためである。
図3を参照して説明すると、コアバックの初期に生じた樹脂成形材料中の多数のミクロな気泡は、成形型の離間および発泡剤の発泡作用により離間方向D1へ伸長し、略離間方向に隣接する他の気泡との間に連結口M13aが生じ、離間方向へ柱状につながっていく。図の例では、気泡a1,a2,a3,a4が離間方向へ連通して柱状の連続セルが形成されていることが示されている。一方、離間方向とは垂直な方向D2へは、隣接する他の気泡の存在により成長が抑えられるが、セルの壁が薄くなることにより隣接する他の気泡との間に連結口M13bが生じる。その結果、離間方向D1へ伸長した霜柱状の発泡セルM13が形成される。図の例では、気泡a2と気泡b2とが連通し、気泡a1と気泡c1とが連通して、発泡セルが霜柱状に組織化されていることが示されている。
発泡セルM13は、離間方向の長さd5が上記垂直方向D2における柱状の各セルの径に対して極めて大きく、楕円体ないし紡錘体という概念とは異なる形状になっている。ここで、発泡セルの離間方向の長さd5は、連通した気泡の中で離間方向D1へ最も長い部分の長さ、すなわち図3において連通した気泡の中で最も上側となる上下方向の位置と最も下側となる上下方向の位置との上下方向の差の長さをいうものとする。また、上記垂直方向D2の断面で見ると、気泡a1,a2,a3,a4のように気泡が千鳥状につながっていく結果、セルの断面はジグザグとなり、円形ないし楕円形という概念とは異なる形状になる傾向がある。なお、発泡セルは、発泡層の両側にある両スキン層に繋がる長さとなることもある。
さらに、発泡層の密度が0.03〜0.5g/cm3となるように樹脂発泡成形体を成形すると、厚み方向への圧縮力に対して座屈しにくく内装材として良好な弾性かつ良好な触感を得るとともに高い吸音性を得ることが可能になる。ここで、発泡層の密度を小さくするには、例えば、発泡セルM13を離間方向D1へ長くすればよく、成形型の離間距離d2を長くすればよい。また、成形型の離間距離d2を調整することにより、発泡層の密度を調節することができる。なお、発泡倍率は、近接位置にあるときの一対の成形型の間の距離をd1、離間距離をd2として、(d1+d2)/d1とする。求められる発泡倍率と樹脂成形材料の密度とスキン層の厚みd4とから発泡層の密度のおおよそを求めることができるので、発泡倍率と樹脂成形材料の密度とスキン層の厚みd4をみて発泡層の密度を調節することができる。
熱可塑性樹脂としては、オレフィン系樹脂やオレフィン系熱可塑性エラストマー等を用いることができ、単独重合体でも、2種以上のモノマーを共重合させた共重合体でも、オレフィンと不飽和カルボン酸とを共重合させた共重合体でも、これらの組み合わせでもよく、具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂(ABS樹脂)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド、ポリスチレン、これらの組み合わせ、これらの樹脂にゴム成分を配合した改質樹脂、等を用いることができる。
樹脂成形材料にタルクを含ませると発泡セルを小さくさせることができ、タルクの配合量を多くするほど発泡セルを小さくすることができる。そこで、樹脂成形材料に含まれるタルクの重量比を調整することにより、発泡セルの大きさを調節して樹脂発泡成形体を成形することができる。従って、タルク量を調整することにより、樹脂発泡成形体の吸音性を調節することができる。
図2は、本樹脂発泡成形体を成形するための発泡射出成形機の一例を示している。発泡射出成形機10は、雄型11、雌型12、成形材料投入ホッパ13、ガス貯留タンク14、樹脂成形材料の押出方向を軸とした円筒形状の外筒部材15、該外筒部材に挿入されたスクリュー16、外筒部材15の途中に付設されたガス注入装置17、スクリュー16を回転駆動する図示しないモータ、等を備え、部材11〜16が金属製とされている。スクリュー16のL/D比は、例えば、20程度とすることができる。外筒部材15の先に取り付けられる成形型11,12は、雌雄対の金型とされ、型締め状態で密閉された所要のキャビティC1を形成する。ガス注入装置17は、例えば、不活性ガスの注入圧力を一定圧力に制御する。
発泡射出成形機10は、射出口15aから液状(溶融状態を含む)の樹脂成形材料をキャビティC1に射出し、雌型12から雄型11を所定の離間位置まで離間させてキャビティC1内の樹脂成形材料を発泡させ、該樹脂成形材料を固化または硬化させて成形することにより、樹脂発泡射出成形体M10を形成する。そして、金型11,12を開けて成形体M10を取り出すことにより、樹脂発泡射出成形体の製造の1サイクルが終了する。
なお、成形型11として、スライドコアを用いた金型を用いてもよい。
樹脂発泡成形体M10を成形する際、特に重要なのは、成形型の離間のタイミングと、コアバック時のコアバック速度と、コアバック時の成形樹脂の粘度である。発泡射出成形では、成形型のコアバックのタイミングや速度が重要であり、これによって、形成されるスキン層の厚さや、発泡層のセルの倍率、形状が種々に変化することが知られている。
成形型11,12を近接位置L1で保持する時間T1(図5のタイミングt3〜t4)は、1〜10秒が好ましく、3〜7秒がさらに好ましい。保持時間T1を3秒以上にすると樹脂成形材料の粘度が適度に高くなって離間方向D1の途中で発泡セルが切断されにくくなり、保持時間T1を前記上限以下にすると固化による発泡不足が生じなくなる。なお、樹脂成形材料の温度や成形型の温度が低い場合や成形型11を離間させる速度(離間速度)を遅くする場合には、樹脂の粘度が上がり過ぎないように保持時間T1を短くすればよい。成形型が近接位置に保持されると、その間に、スキン層が形成され、スキン層より内側の樹脂成形材料の温度が低下して剪断粘度が上昇する。
上記離間段階の際、成形型11の離間速度V1は、1〜80mm/秒が好ましく、10〜60mm/秒がさらに好ましい。離間速度V1を前記下限以上にすると発泡が起こらないような現象が生じないためであり、離間速度V1を前記上限以下にすると霜柱状発泡セルの組織が崩れる現象が生じないためであるとともに汎用的な射出成形機を用いることができる結果安価な射出成形機で済むためである。なお、近接位置L1から離間位置L2まで離間する時間は、0.02〜3秒程度とされる。
上記離間段階(成形型11,12を離間させているとき)で、キャビティ内でスキン層よりも内側にある樹脂成形材料の温度(例えばキャビティの中心の温度)を試験温度とした該樹脂成形材料の溶融張力は、0.1〜30gfであるのが好ましく、0.2〜1.0gfであるのがさらに好ましい。ただし、成形樹脂材料の溶融張力は、JIS K7199に準拠した(株)東洋精機製作所製のキャピラリーレオメータ「キャピログラフ1C型」を用い、シリンダの下端に直径1.0mmのキャピラリーを装着して、前記試験温度にした樹脂成形材料をシリンダ内に充填し、キャピラリーレオメータのピストンを降下速度10mm/minで降下させてシリンダ内の樹脂成形材料をキャピラリーから糸状に押し出し、同時に、押し出された樹脂成形材料を5.0m/minの引き取り速度で引き取る際に測定される溶融張力とする。樹脂成形材料が熱可塑性の材料である場合、樹脂成形材料を加熱して溶融させ、成形型11,12が近接位置L1にあるときのキャビティに溶融状態の樹脂成形材料を射出して、成形型11,12を離間させるときにキャビティ内にある樹脂成形材料の中で最も高い温度を試験温度として、当該試験温度の溶融状態の樹脂成形材料をシリンダ内に充填し、ピストンを降下させて樹脂成形材料を糸状に押し出して引き取る際に溶融張力を測定すればよい。成形樹脂材料の溶融張力が0.1gf未満と小さいと成形型を離間させたときに発泡セルの壁が切れてしまい発泡セルが霜柱状に形成されないため0.1gf以上にするのが好ましく、成形樹脂材料の溶融張力が大きすぎる(30gfよりも大)と成形型を離間させても発泡セルが霜柱状に形成されずに通気度もほとんどなく吸音性も低いため30gf以下にするのが好ましい。
本製造方法では、近接位置にあるときの両成形型の間の距離d1を1.0〜10.0mmとし、離間距離d2を1.0〜50.0mmとしているので、発泡セルM13は離間方向D1へ離間距離d2以下で1.0mm以上気泡が連続して伸長した霜柱状に形成される。
最後に、離間位置L2で型締め状態にある成形型11,12を開き、キャビティを開放し(図5のタイミングt6〜t7)、樹脂発泡成形体M10を取り出すことにより、一連の製造サイクルが終了する。
図7〜図9に示すように、キャビティに充填された樹脂成形材料内で離間方向D1とは垂直な方向D2へ該離間方向の温度分布を異ならせて一対の成形型を離間させることにより、表面に非発泡のスキン層(M26a,b)を形成しながら前記温度分布の異なりに応じた空洞(M25)を内部に形成して、樹脂発泡成形体を成形してもよい。
本樹脂発泡成形体M20は、厚み方向(離間方向D1)の片面に多数の凸部M27を凹部M28から膨出させた形状とされ、図7のA1−A1の位置から見た垂直断面図(図7の下段に記載)のように、凸部M27および凹部M28の形状に沿ったスキン層M26aと凹凸の無い表面側のスキン層M26bと両スキン層M26a,bに挟まれた発泡層M22とを有する構造とされている。発泡層M22では、凹部M28の位置に対応して離間方向D1へ離間距離d2以下で1.0mm以上となるように気泡を連続させて霜柱状に伸長させた発泡セルM23が形成され、凸部M27の位置に対応して発泡セルが途中で切断されて空洞M25が形成されている。
表面に凹凸を形成する側の成形型21の成形面には、樹脂発泡成形体の凸部M27に合わせた形状の凹部21aが形成されるとともに、樹脂発泡成形体の凹部M28に合わせた形状の凸部21bが形成されている。その他の成形型21,22の構成は、上述した成形型11,12の構成と同様にしている。なお、近接位置にあるときの成形型21,22の間の距離d1は、成形型21の凸部21bと成形型22の成形面との間の距離であるとする。
凹部M28からの凸部M27の高さ(凸部21bからの凹部21aの深さ)は、空洞M25を確実に形成する観点から、例えば、0.2〜2.0mmとすることができる。表面に沿った断面が円形となるように各凸部M27を形成する場合、凸部M27の径(凹部21aの径)は、空洞M25を確実に形成する観点から、例えば、2.0〜10.0mmとすることができる。
なお、凸部M27は、断面多角形など様々な形状とすることができる。また、樹脂発泡成形体の表面を、凸部に多数の凹部が形成された凸凹模様としてもよい。樹脂発泡成形体の凹凸は、片面のみならず、両面に形成されてもよい。
樹脂発泡成形体の表面に凹凸を形成することにより、凹凸を形成しない場合と比べて成形型の離間距離d2を短くしても空洞が形成されて高い通気性が得られ、良好な吸音性が得られる。従って、表面に凹凸を形成していない樹脂発泡成形体と比べて、軽量化させたり、吸音性を向上させたり、樹脂発泡成形体を薄くさせたりすることができる。
図9は、一対の成形型31,32の構造および該成形型31,32の間に形成されるキャビティC3に充填された樹脂成形材料M1の温度分布を示す断面図である。
本変形例では、樹脂発泡成形体の表面に凹凸を形成していない。その代わり、温度差を生じさせるための成形型31の成形面には、樹脂発泡成形体に形成する空洞の位置に合わせて絶縁材31aを埋め込んでいる。該絶縁材は、多孔質無機素材などの断熱材などとされ、樹脂成形材料から樹脂成形材料よりも低温の成形型に吸収される熱量を少なくさせる素材とされている。その他の成形型31,32の構成は、上述した成形型11,12の構成と同様にしている。
以上により、軽量で、高い吸音性を得ることが可能な樹脂発泡成形体が形成される。
以下、実施例を示して具体的に本発明を説明するが、本発明は実施例により限定されるものではない。
以下の実施例、比較例全てにおいて、射出成形機として宇部興産機械株式会社製射出成形機MD350SIV(型締力最大3430kN、L/D=20)を用い、樹脂成形材料の射出圧を100MPaとした。近接位置にある金型間に形成されるキャビティの形状を200×400×2mmの平板形とし、キャビティの容積を160cm3とした。従って、近接位置にある成形型間の距離d1は、2mmとなる。また、型締めの際の金型の移動速度を10mm/秒とした。キャビティには、溶融状態の樹脂成形材料をフルショットで充填した。溶融状態の樹脂成形材料の充填時間を、1秒とした。金型を近接位置から離間位置へ離間させる移動速度を53mm/秒とした。
また、不活性ガスとして、CO2ガスを用いた。
さらに、溶融張力を測定するためのキャピラリーレオメータとして、JIS K7199に準拠した(株)東洋精機製作所製のキャピラリーレオメータ「キャピログラフ1C型」を用い、シリンダの下端に直径1.0mmのキャピラリーを装着した。近接位置にある金型間のキャビティに溶融状態の樹脂成形材料を射出して金型を離間させるときにキャビティの中心部の温度(キャビティ内にある樹脂成形材料の中で最も高い温度)を試験温度として、当該試験温度に加熱して溶融させた樹脂成形材料をシリンダ内に充填し、キャピラリーレオメータのピストンを降下速度10mm/minで降下させてシリンダ内の樹脂成形材料をキャピラリーから糸状に押し出し、同時に、押し出された樹脂成形材料を5.0m/minの引き取り速度で引き取る際の溶融張力を測定した。なお、金型が近接位置にあるときに210℃の樹脂成形材料をキャビティに射出して金型を近接位置で4〜7秒間保持した後、金型を離間位置へ離間させるときにキャビティ内でスキン層よりも内側(発泡層となる部分)の温度は、約190℃であるため、実施例1〜4と比較例2では試験温度を190℃にした。一方、金型が近接位置にあるときに210℃の樹脂成形材料をキャビティに射出して金型を近接位置で保持する時間を1秒未満とし、金型を離間位置へ離間させるときにキャビティ内でスキン層よりも内側の温度は、約210℃であるため、比較例1では試験温度を210℃にした。
樹脂成形材料を構成する熱可塑性樹脂として、プロピレン−エチレン共重合物(サンアロマー株式会社製サンアロマー(商標)ポリプロピレン樹脂、グレードPM970W、密度0.90g/cm3、MI=30、ブロックコポリマー)を用いた。
造核剤として、永和化成工業株式会社製ポリスレンEE207(化学発泡剤)を用いた。
試験区毎に、各素材の配合割合を以下のようにし、不活性ガスの注入圧力を以下のようにするとともに、離間距離d2、成形体の発泡倍率、型締め圧力、金型を近接位置で保持する時間T1、金型を近接位置から離間位置へ離間させる移動速度V1、を以下のようにした。なお、造核剤の添加量は、造核剤を除く樹脂成形材料100重量部当たりの重量で示している。以下も、同様である。そして、造核剤を含む樹脂成形材料を210℃に加熱し、不活性ガスを注入してキャビティ内に射出し、成形後に脱型して、樹脂発泡成形体のサンプルを試作した。このとき、金型の温度は、30〜60℃であった。また、熱可塑性樹脂について、試験温度を190℃として試験温度以外を上述した条件として溶融張力を測定したところ、0.2gfであった。
試験区1 試験区2
熱可塑性樹脂 100重量% 100重量%
造核剤 10重量部 0重量部
ガス注入圧力(MPa) 4.0 4.0
離間距離d2(mm) 7.0 5.0
成形体の発泡倍率 4.5 3.5
型締め圧力(kN) 2000 2000
近接位置の保持時間T1 6秒 6秒
樹脂成形材料を構成する熱可塑性樹脂として、プロピレン−エチレン共重合物(サンアロマー株式会社製サンアロマー(商標)ポリプロピレン樹脂、グレードPMA80X、密度0.90g/cm3、MI=43。P-E共重合物と記載)と、エチレン・プロピレンゴム(ethylene propylene rubber。E-Pゴムと記載)とを用いた。
また、充てん材として、タルク(日本タルク株式会社製MICRO ACE)を用いた。
造核剤として、実施例1と同じ永和化成工業株式会社製ポリスレンEE207を用いた。
各素材の配合割合を以下のようにし、不活性ガスの注入圧力を以下のようにするとともに、離間距離d2、成形体の発泡倍率、型締め圧力、金型を近接位置で保持する時間T1、金型を近接位置から離間位置へ離間させる移動速度V1、を以下のようにした。そして、造核剤を含む樹脂成形材料を210℃に加熱し、不活性ガスを注入してキャビティ内に射出し、成形後に脱型して、樹脂発泡成形体のサンプルを試作した。このとき、金型の温度は、30〜60℃であった。また、P-E共重合物とE-Pゴムとタルクとからなる成形樹脂材料について、試験温度を190℃として試験温度以外を上述した条件として溶融張力を測定したところ、0.5gfであった。
P-E共重合物 60重量%
E-Pゴム 30重量%
タルク 10重量%
造核剤 10重量部
ガス注入圧力(MPa) 4.0
離間距離d2(mm) 7.0
成形体の発泡倍率 4.5
型締め圧力(kN) 2000
近接位置の保持時間T1 5秒
樹脂成形材料を構成する熱可塑性樹脂として、実施例2と同じプロピレン−エチレン共重合物およびE-Pゴムを用いた。
造核剤として、永和化成工業株式会社製ポリスレンEE275Fを用いた。
試験区毎に、各素材の配合割合を以下のようにし、不活性ガスの注入圧力を以下のようにするとともに、離間距離d2、成形体の発泡倍率、型締め圧力、金型を近接位置で保持する時間T1、金型を近接位置から離間位置へ離間させる移動速度V1、を以下のようにした。試験区3では、樹脂発泡成形体サンプルの厚み方向の片面に、直径3.5mm、高さ0.5mmの円柱状の凸部を多数形成した。ここで、凸部のピッチを8mmとし、凸部の面積比(成形体サンプルの厚み方向へ該方向とは垂直な水平面上に投影したときの成形体サンプルの投影面積に対する凸部の投影面積の総面積の比)を15%とした。そして、造核剤を含む樹脂成形材料を210℃に加熱し、不活性ガスを注入してキャビティ内に射出し、成形後に脱型して、樹脂発泡成形体のサンプルを試作した。このとき、金型の温度は、30〜60℃であった。また、P-E共重合物とE-Pゴムとからなる成形樹脂材料について、試験温度を190℃として試験温度以外を上述した条件として溶融張力を測定したところ、0.2gfであった。
試験区1 試験区2 試験区3
P-E共重合物 70重量% 70重量% 70重量%
E-Pゴム 30重量% 30重量% 30重量%
造核剤 10重量部 10重量部 10重量部
ガス注入圧力(MPa) 3.0 3.0 3.0
離間距離d2(mm) 6.5 4.0 4.0
成形体の発泡倍率 4.3 3.0 3.0
型締め圧力(kN) 1000 1000 1000
近接位置の保持時間T1 7秒 7秒 7秒
樹脂成形材料を構成する熱可塑性樹脂として、実施例2で用いた樹脂(P-E共重合物とE-Pゴム)の他、オレフィン系熱可塑性エラストマー樹脂(JSR株式会社製結晶擬似架橋型TPO EXCELINK3400。エラストマー樹脂と記載)を用いた。
造核剤として、実施例1と同じ永和化成工業株式会社製ポリスレンEE207を用いた。
各素材の配合割合を以下のようにし、不活性ガスの注入圧力を以下のようにするとともに、離間距離d2、成形体の発泡倍率、型締め圧力、金型を近接位置で保持する時間T1、金型を近接位置から離間位置へ離間させる移動速度V1、を以下のようにした。そして、造核剤を含む樹脂成形材料を210℃に加熱し、不活性ガスを注入してキャビティ内に射出し、成形後に脱型して、樹脂発泡成形体のサンプルを試作した。このとき、金型の温度は、30〜60℃であった。また、P-E共重合物とE-Pゴムとエラストマー樹脂とからなる成形樹脂材料について、試験温度を190℃として試験温度以外を上述した条件として溶融張力を測定したところ、0.6gfであった。
P-E共重合物 35重量%
E-Pゴム 15重量%
エラストマー樹脂 50重量%
造核剤 10重量部
ガス注入圧力(MPa) 4.0
離間距離d2(mm) 6.5
成形体の発泡倍率 4.3
型締め圧力(kN) 2000
近接位置の保持時間T1 7秒
樹脂成形材料を構成する熱可塑性樹脂、タルク、造核剤として、実施例2と同じものを用いた。
各素材の配合割合、不活性ガスの注入圧力、離間距離d2、成形体の発泡倍率、型締め圧力、金型を近接位置から離間位置へ離間させる移動速度V1も実施例2と同じにした。ただし、金型を近接位置で保持する時間T1を1秒未満と短くした。そして、造核剤を含む樹脂成形材料を210℃に加熱し、不活性ガスを注入してキャビティ内に射出し、成形後に脱型して、樹脂発泡成形体のサンプルを試作した。金型を離間位置へ離間させたときにキャビティ内にある樹脂成形材料の中で最も高い温度は、約210℃であった。金型の温度は、30〜60℃であった。また、P-E共重合物とE-Pゴムとタルクとからなる成形樹脂材料について、試験温度を210℃として試験温度以外を上述した条件として溶融張力を測定したところ、0.1gf未満であり、引き取る成形樹脂材料がしばしば切れて、成形樹脂材料の継続的な引き取りができず、溶融張力測定が容易ではなかった。
[比較例2]
樹脂成形材料を構成する熱可塑性樹脂として、オレフィン系熱可塑性エラストマー樹脂(JSR株式会社製結晶擬似架橋型TPO EXCELINK3700N。エラストマー樹脂と記載)を用いた。
造核剤として、実施例1と同じ永和化成工業株式会社製ポリスレンEE207を用いた。
各素材の配合割合を以下のようにし、不活性ガスの注入圧力を以下のようにするとともに、離間距離d2、成形体の発泡倍率、型締め圧力、金型を近接位置で保持する時間T1、金型を近接位置から離間位置へ離間させる移動速度V1、を以下のようにした。そして、造核剤を含む樹脂成形材料を210℃に加熱し、不活性ガスを注入してキャビティ内に射出し、成形後に脱型して、樹脂発泡成形体のサンプルを試作した。このとき、金型の温度は、30〜60℃であった。また、エラストマー樹脂について、試験温度を190℃として試験温度以外を上述した条件として溶融張力を測定しようとしたところ、糸状に押し出された樹脂を引き取る際に樹脂が切れて溶融張力を測定することができなかった。参考として、試験温度を210℃に上げ、樹脂の引き取り速度を1.0m/minまで落として溶融張力を測定したところ、18.8gfであった。従って、キャピラリーの直径を大きくして試験温度190℃、引き取り速度5.0m/minで溶融張力を測定したとすると、30gfよりも大きな溶融張力になると推測される。
エラストマー樹脂 100重量%
造核剤 10重量部
ガス注入圧力(MPa) 4.0
離間距離d2(mm) 5.0
成形体の発泡倍率 3.0
型締め圧力(kN) 1000
近接位置の保持時間T1 4秒
実施例および比較例の各樹脂発泡成形体サンプルを厚み方向(離間方向D1)と平行に裁断して、断面の組織、発泡セルの形状、発泡状態を観察し、厚み方向への霜柱状発泡セルの長さを測定した。なお、サンプル断面において厚み方向とは垂直な方向へ30mmの範囲内にある発泡セルの長さの平均を求めて発泡セルの長さとした。
また、図3に示すように、離間方向D1とは垂直な方向D2へ厚みd11が5.0mmとなるよう厚み方向と平行に裁断して試験片を作製し、JIS L1096に規定されたフラジール形法による通気度測定法に従って、前記垂直方向D2への通気度(単位:cc/cm2/sec)を測定した。なお、試験片が単独では規定の試験面積に満たない場合には、複数の試験片を並べて試験面積に合わせた。そして、試験片前後の気圧差を測定し、換算表から通気度に換算した。
さらに、各樹脂発泡成形体サンプルに対して、図10に示すように、厚み方向の片面からスキン層M16を貫通して発泡層M12に至る複数の通気孔M16aを所要径の針の突き刺しにより形成し、ISO 10534-2に規定された垂直入射法に従って、通気孔を形成したスキン層側から音を入射して1000〜6300Hzの範囲で1/3オクターブバンド毎に垂直入射吸音率(単位:%)を測定した。ここで、各通気孔M16aは、成形体サンプルの厚み方向に対する垂直断面が円形で、直径2.0mm、深さ2.0mmとなるように形成した。また、各通気孔は、千鳥状となるように配置し、通気孔どうしの間隔を3.0〜5.0mm、通気孔の開孔率(成形体サンプルの厚み方向へ該方向とは垂直な水平面上に投影したときの成形体サンプルの投影面積に対する通気孔の投影面積の総面積の比)を18%とした。なお、実施例3の試験区3では、凹凸パターンの無い側のスキン層に通気孔を形成した。
結果を、表1に示す。なお、吸音率の欄には、測定周波数域(1000〜6300Hz)で最大の垂直入射吸音率(単位:%)を示した。
図14に示すように、成形樹脂材料の溶融張力が大きかった(推定30gfより大)比較例2の樹脂発泡成形体サンプルでは、霜柱状の発泡セルが形成されず、厚み方向への発泡セルの長さが1mm未満であり、通気度が0.33cc/cm2/sec以下となって低通気性であるとともに、垂直入射吸音率が28%となって良好な吸音性が得られなかった。
一方、例えば図11と図12に示すように、成形樹脂材料の溶融張力が0.2〜0.6gfであった実施例の樹脂発泡成形体サンプルでは、厚み方向へ1mm以上の霜柱状発泡セルが形成され、通気度が0.4cc/cm2/sec以上となってサンプル内部に通気性が得られるとともに、垂直入射吸音率が45〜97%となって比較例よりも良好な吸音性が得られた。また、実施例の樹脂発泡成形体サンプルを厚み方向へ押してみたところ、比較例よりも弾性が良好であるとともに触感が良好であった。
以上より、成形型の離間方向へ離間距離以下で1.0mm以上となるように気泡を連続させて霜柱状に発泡セルを伸長させて樹脂発泡成形体を成形すると、通気度0.4cc/cm2/sec以上の通気性が内部に得られ、軽量ながら厚み方向への圧縮力に対して座屈しにくく自動車の内装材として良好な弾性かつ良好な触感が得られるとともに、高い吸音性が得られることが確認された。
また、成形樹脂材料の溶融張力が0.1gf未満と小さいと金型を離間させたときに発泡セルの壁が切れてしまい発泡セルが霜柱状の組織とならず、成形樹脂材料の溶融張力が大きい(推定30gfより大)と金型を離間させても発泡セルが霜柱状の組織とならずに通気度もほとんどないことが分かった。溶融張力が0.1gf未満と小さいと成形樹脂材料の粘度が小さいため発泡セルが厚み方向の途中で切断されると推測され、溶融張力が大きすぎると発泡セルが厚み方向へ連通しないため霜柱状にならないと推測される。
以上より、表面に凹凸を形成するようにして空洞を内部に形成して樹脂発泡成形体を成形すると、高い吸音性が得られることが確認された。
11,12…一対の成形型、
C1〜C3…キャビティ、
D1…離間方向、D2…離間方向とは垂直な方向、
L1…所定の近接位置、L2…所定の離間位置、
M1…樹脂成形材料、
M10,M20…樹脂発泡成形体、
M12,M22…発泡層、M13,M23…発泡セル、
M14…中間層、
M16,M26a,M26b…スキン層、
M25…空洞、M27…凸部、M28…凹部、
Claims (2)
- 互いに近接および離反可能な一対の成形型を所定の近接位置に近接させたときに形成されるキャビティに発泡剤を含む樹脂成形材料を充填した後、前記一対の成形型を所定の離間位置まで離間させて前記キャビティを拡張させることにより該キャビティ内の樹脂成形材料に発泡セルを形成させて樹脂発泡成形体を成形する樹脂発泡成形体の製造方法であって、
前記近接位置にあるときの前記一対の成形型の間の距離を1.0〜10.0mmとし、
前記近接位置から前記離間位置までの離間距離を1.0〜50.0mmとし、
前記一対の成形型を離間させる速度について前記近接位置から離間し始めた位置での速度よりも前記離間位置へ到達する位置での速度の方を大きくして、
表面に非発泡のスキン層を形成するとともに前記一対の成形型の離間方向へ前記離間距離以下で1.0mm以上となるように気泡を連続させて霜柱状に発泡セルを伸長させて前記樹脂発泡成形体を成形することを特徴とする樹脂発泡成形体の製造方法。 - 前記キャビティに充填された樹脂成形材料内で前記離間方向とは垂直な方向へ該離間方向の温度分布を異ならせて前記一対の成形型を離間させることにより、表面に非発泡のスキン層を形成するとともに前記発泡セルが形成された発泡層の内部に空洞を形成して前記樹脂発泡成形体を成形することを特徴とする請求項1に記載の樹脂発泡成形体の製造方法。
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