JP4292074B2 - 発泡樹脂成形体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発泡樹脂成形体、特に自動車内装材に関する。具体的には、床面の高さ調節と室内側での平面性確保、断熱性能の向上、遮音性能の向上等、乗員の居住性向上を目的に、床面に設置される硬質発泡プラスチック製の自動車フロア嵩上げ材及びその製造方法に関する。

従来、自動車の車体軽量化や居住性の改善に対応して、内装床面に裏打ち付カーペットや、軟質発泡ウレタンのような軟質で高密度の発泡プラスチックを埋設する方法が採用されていた。

裏打ち付カーペットは、凹凸を有する床面の形状に即した形状とすることが難しく室内側に凹凸形状が反映され易いことや、一定の厚みを稼ぐための単位体積あたりの重量が重くなる欠点を有していた。

軟質発泡ウレタンは高発泡品では、軟質のためフィット感がでないばかりでなく、吸水や剛性不足による床面へたりや、陥没の問題が生じやすいことから、高密度の発泡体とならざるを得なく、結果として目的の一つである、軽量化を達成しえないものであった。

そこで、近年では単位体積あたり軽量化とフィット感、さらには経済性とリサイクルのし易さから、硬質発泡プラスチックである発泡ポリスチレン系樹脂や発泡ポリプロピレン樹脂が多く使用されるに至っている。

しかしながら、硬質発泡プラスチックは嵩上げ材としての優れた特性と経済性を持つ反面、固有の軋み音が発生しやすい欠点があり、その対策を行うことを余儀なくされていた。これは、独立気泡を有する硬質発泡プラスチックは、発泡体同士もしくは発泡体と車体の間の接触・振動したとき、接した気泡が変形し、その変形が戻るときに気泡が太鼓の膜となって振動することに由来していると推定される。対策として、従来既知の方法で硬質発泡プラスチックを製造した後、２次加工として硬質発泡プラスチックのフロア面側に不織布やフェルトを貼ることが提案されている。しかしながら、不織布やフェルトを貼り加工者は、フロア面の形状が皿の底面のように不定形あることから、形状に即した貼り作業には多大な労力を要していた。

尚、特許文献１には、発泡性樹脂粒子をワックスで被覆することが記載されているが、この粒子を被覆するワックスの量はごく微量であり、成形品コップの漏れ防止を目的としている。

特開平４−１６６８５２

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、軋み音の発生が少ない発泡樹脂成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、予備発泡樹脂粒子の表面に低摩擦係数となるワックスをコーティングし、引き続きこれを熱融着成形することにより、軋み音発生の要因である発泡体同士、もしくは発泡体と車体の間の接触・振動したときに生じる気泡のねじれ変形を、コーティングしたワックスによる摩擦係数の低減により抑えられることが可能となり、軋み音が極めて少ない自動車用フロア嵩上げ材が得られることを見い出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明によれば以下の予備発泡樹脂粒子及び発泡樹脂成形体等を提供できる。
１．表面がワックスでコーティング又は含浸されている予備発泡樹脂粒子であって、前記ワックスが、前記予備発泡樹脂粒子の１重量％〜３０重量％であることを特徴とする予備発泡樹脂粒子。
２．前記予備発泡樹脂粒子が、発泡スチレン樹脂、発泡ポリプロピレン樹脂、発泡ポリエチレン樹脂、発泡アクリロニトリル・スチレン樹脂、発泡ポリ（メタ）アクリル樹脂、これらの共重合樹脂又は混合樹脂からなることを特徴とする１記載の予備発泡樹脂粒子。
３．前記ワックスの融点が、４０℃〜１００℃であることを特徴とする１又は２記載の予備発泡樹脂粒子。
４．１〜３のいずれか一記載の予備発泡樹脂粒子を原料として熱融着成形させたことを特徴とする発泡樹脂成形体。
５．自動車用フロア嵩上げ材であることを特徴とする４記載の発泡樹脂成形体。
６．発泡性樹脂粒子とワックスを混合し、
前記ワックスの融点以上の発泡温度で予備発泡して、前記粒子の表面を前記ワックスで、前記ワックスが前記予備発泡樹脂粒子の１重量％〜３０重量％になるように、コーティング又は含浸し、
前記予備発泡した樹脂粒子を発泡成形することを特徴とする発泡樹脂成形体の製造方法。

本発明によれば、軋み音の発生が少ない自動車用フロア嵩上げ材を得ることができる。

以下、本発明の予備発泡樹脂粒子及び発泡樹脂成形体を詳細に説明する。
本発明で使用するワックスは、天然ワックスもしくは合成ワックスであって、予備発泡樹脂粒子の表面及び／又は表面付近にコーティングされたとき本発明の効果を奏するものならば特に制限されるものではない。かかるワックスとしては、天然ワックスでは動植物ワックス、鉱物ワックス、石油ワックスがあり、合成ワックスとしては、ポリエチレンワックスなどがある。

また、溶融したワックスは、低粘度であること、発泡樹脂の表面にたいし親和性があるものが好ましく、かかるワックスとしては、分子量が３００から８００程度のパラフィンワックスが特に好ましい。

通常、原料として使用するワックスの形状はブロック状、粒子状、粉状があるが、本発明では限定されない。ただし、ブロック状の場合後述する一次発泡工程でのワックスの溶融が不完全になる場合があることから、別途溶融槽と定量供給機が必要となる。

ワックスは、単一の種類のものを使用してもよいし、複数の種類のものを混合して使用してもよい。また、ワックス塗膜に強靱性やヒートシール性を付与するために添加剤を配合した複合ワックスを使用することもできる。このようなワックスの融点は、好ましくは４０℃〜１００℃である。

本発明に使用される予備発泡前の発泡性樹脂粒子は、熱可塑性樹脂粒子に炭化水素系の発泡剤を含浸したものであって、発泡成形が予備発泡と呼ばれる密度を決めるための１次発泡工程で発泡粒子としたものである。この発泡性樹脂粒子は、さらに、閉塞しうるが密閉し得ない金型に充填された後、型内で再度スチーム等により加熱されることで２次発泡し発泡樹脂粒子間にある空隙を無くすと共に、発泡樹脂粒子同士が熱融着して所望の形状の成形体が得られるものならば特に限定されない。

かかる発泡性樹脂粒子の材料としては、種々のものが使用可能であるが、ポリスチレンやスチレンとアクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−メチルスチレン、無水マレイン酸、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド系単量体、アクリル酸、アクリル酸エステル等のアクリル酸系単量体、メタクリル酸、メタクリル酸エステル等のメタクリル酸系単量体を共重合させたスチレン系共重合体、メタクリル酸系単量体の単独重合体、メタクリル酸系単量体及びアクリル酸系単量体の２種類以上の組合せによる共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、ポリ乳酸系などの生分解樹脂が挙げられる。

上記の中でも、製造コスト、リサイクル性、発泡成形性等の点から、スチレン系共重合体が好ましく、耐熱性、耐油性に優れるアクリロニトリル・スチレン共重合体が製造コストや性能の点から好適である。尚、アクリロニトリル・スチレン共重体の発泡性樹脂粒子としては、例えば、日立化成工業（株）製の「ＨＩＢＥＡＤＳ ＧＲ」（商品名）を用いることができる。

本発明に使用される熱可塑性樹脂粒子の発泡剤としては、発泡性スチレン系樹脂等の製造に一般的に用いられている発泡剤を用いることができる。この発泡剤は、常温常圧下で気体又は液体であり、かつ上記熱可塑性樹脂を溶解しないような易揮発性有機化合物であるのが好ましい。例えば、ブタン、プロパン、ペンタン等の脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサン等の環式脂肪族炭化水素などが挙げられる。また、必要に応じて、熱可塑性樹脂を溶解又は膨潤させることができるエチルベンゼン、トルエン、スチレン、キシレン等の有機溶剤やエポキシ化大豆油、植物油等を可塑剤として使用してもよい。

本発明における予備発泡樹脂粒子の密度は、好ましくは０．０１６ｇ／ｍｌ〜０．１ｇ／ｍｌである。
発泡樹脂成形体の密度は、好ましくは０．０１６ｇ／ｍｌ〜０．１ｇ／ｍｌである。密度が、０．０１６ｇ／ｍｌ未満では、要求される応力を達成する物性を得ることが難しく、０．１ｇ／ｍｌを越えると、重量増ばかりでなく、経済性が劣るものとなり好ましくない。

本発明の予備発泡樹脂粒において、コーティング又含浸されているワックスは、好ましくは予備発泡樹脂粒子の１重量％〜３０重量％、より好ましくは５重量％〜２０重量％である。また、ワックスは、表面を覆うだけでなく、内側に含浸されていてもよい。

次に、本発明の発泡樹脂成形体の製造方法について説明する。
一般に、熱融着成形では、発泡剤を含有した発泡前の原料樹脂（発泡性樹脂粒子）を、予備発泡機と呼ばれる攪拌機付きの加熱槽に定量供給し、スチーム等を熱媒として一定容量になるまで加熱することで、所定の密度まで発泡し、予備発泡樹脂粒子を得る。（一次発泡工程と呼ぶ。）

続いて、予備発泡樹脂粒子は通気性のよいサイロで乾燥と予備発泡樹脂粒子内の減圧緩和をおこなった（熟成工程と呼ぶ）のち、成形機に供給される。成形はアルミニウム等で作られた、閉塞しうるが密閉しえない閉塞部を有する金型に充填し再度スチーム等を熱媒として加熱発泡させること（成形工程と呼ぶ）で発泡樹脂成形体が得られる。

本発明においては、ワックスの発泡性樹脂粒子へのコーティング及び／又は含浸は、前述諸工程のうち、予備発泡と呼ばれる一次発泡工程で行われる。予備発泡機は、従来公知の機械に、ワックスの定量供給装置を追加することで、そのまま転用できる。発泡機の方式には、連続式のものと回分式のものが公知であり転用が可能であるが、より精度良く定量供給するためには、回分式予備発泡機を基本にワックスの定量供給装置を追加することが好ましい。

一次発泡工程に用いられる予備発泡機は、攪拌翼を備えた発泡槽と、発泡槽へスチームを供給するためのチャンバーからなり、これら２槽は金網等で仕切られ材料の移動はないものの、熱媒であるスチームは金網等を通過し発泡槽へ導入される構造となっている。

回分式発泡機での発泡性樹脂粒子へのワックスコーティングは、常時攪拌しながら、通常次の６工程を経て行われる。
（１）発泡槽を予備加熱する。
（２）発泡性樹脂粒子を規定量供給する。
（３）粉末状もしくは粒状のワックスの規定量供給する。
（４）発泡槽へスチームを導入して発泡槽内温度を上昇させる（約１００℃前後まで上昇することで発泡しながらワックスは溶融する）。
（５）レベルセンサーまで発泡したら、加熱を停止する。
（６）発泡槽に空気を導入し、空冷により温度降下させた後、発泡槽外へワックスがコーティングされた予備発泡樹脂粒子を排出する。
尚、工程（６）の、発泡機からの取り出しは、ワックスの融点以下に冷却した後に行う方が、予備発泡樹脂粒子のケーキング防止が可能となるなど、ハンドリングを行う上で好ましい。

熟成工程は、従来公知の設備、方法がそのまま適用できる。通常、通気性の良い布製、サラン製、もしくは金網製のサイロに、常温にて、約８時間以上、７２時間以内保管することで熟成は行われる。

成形工程は、従来公知の設備、方法がそのまま適用できる。
通常、発泡スチロール等の熱融着成形にもちいられる、加熱媒体であるスチーム、冷却水、圧縮エアーを、タイマーや圧力スイッチによって電気的に制御される成形機に、一定量のスチームをより均一に供給するためのチャンバー室と、成形体部分となる閉塞しうるが密閉しえない空隙を有する金型を取り付け、これに予備発泡樹脂粒子を充填したのちスチームを熱媒として加熱発泡、及び冷却することで発泡樹脂成形体が得られる。

本発明においても、この方法がそのまま適応できるが、ワックスの融点以上の温度での減圧冷却や、脱型は好ましくない。ワックスの融点以上の温度で減圧冷却すると、溶融したワックスがスリットと呼ばれるスチームベント孔を通じ、金型チャンバー室に移行し、系外に流出する恐れがあるためである。

また、ワックスの融点以上の温度での成形体の金型からの脱型は、溶融したワックスの一部が、脱型のための圧縮エアーに同伴し冷却され蜘蛛の巣状に飛散してしまうことから好ましくない。

以下、実施例及び比較例により、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
実施例１〜３、比較例１
〔発泡性樹脂粒子へのワックスコーティング〕
発泡性樹脂粒子として、発泡性アクリロニトリル・スチレン共重合樹脂（日立化成工業（株）製 商品名：ＨＩＢＥＡＤＳＧＲ）、ワックスとして粒状ワックス（日本精蝋社製 商品名：ＰＯＬＹＣＯＴＥ ３０３０、融点７５℃）を用い、発泡スチロール用の回分式予備発泡機（日立化成テクノプラント（株）製発泡機 商品名：ＨＢＰ−５００ＬＷ）にて以下の工程により、予備発泡を行い、ワックスがコーティングされた予備発泡樹脂粒子を得た。
（１）発泡槽の予備加熱は、スチーム加熱により、約６０℃に上げた。
（２）撹拌翼を回しながら、発泡性樹脂粒子を１．１ｋｇ発泡槽上部より投入した。
（３）攪拌翼を回しながら、表1に示す量の粒状のワックスを発泡槽上部より投入した。
（４）泡槽へスチーム導入し、発泡槽内温度を約１００℃まで上げるとともに加熱を維持し、スチーム投入開始後表１に示す時間で、発泡槽容積５０ｌに設けられた、レベルセンサーに通達した。
（５）空冷エアーで、６０℃まで発泡槽温度を下げた。
（６）発泡槽外へワックスがコーティングされた予備発泡樹脂粒子を排出した。
こうして得られた、予備発泡樹脂粒子の嵩密度は、０．０２５ｇ／ｍｌ（発泡倍数：４０倍）であった。

〔熟成と成形〕
前項で得られた予備発泡樹脂粒子をサラン製袋に入れて、約１７時間熟成させた。こうして得られた予備発泡樹脂粒子を成形までの１８時間、通気性の良いサイロに保管した。引き続き、発泡スチロール用成形機（日立化成工業（株）製 商品名：モルデックスＣ１０ＶＳ）に所定の金型をセットし、図１に示す自動車用フロア嵩上げ材である成形体（図１において、縦５８０ｍｍ×横４９０ｍｍ×厚み８５，５５，１８ｍｍ）を得た。

〔成形体の評価〕
得られた成形体について、下記の試験方法により、軋み音の評価を行った。縦、横、深さそれぞれ約３００ｍｍの内寸を持つコンクリート容器(厚み１５ｍｍ)の内壁に厚さ１０ｍｍのフェルトを貼り、容器の下部に自動車のフロア材である防錆処理を施した鉄板を固定した。この上に成形体に一定の重りを載せ、エアーシリンダーを用いて前後に振幅させて発生した音を、普通騒音計（リオン株式会社製 商品名：ＮＡ―２９）で周波数(Ｈｚ)別に音圧レベル（ｄＢ）を測定した。この結果を表１に示した。

本発明の予備発泡樹脂粒子から製造される発泡樹脂成形体は、軋み音の発生が少なく、自動車用フロア嵩上げ材等の自動車内装材として有用に使用できる。

実施例で製造した自動車用フロア嵩上げ材を示す図である。

Claims (6)

1. 表面がワックスでコーティング又は含浸されている予備発泡樹脂粒子であって、前記ワックスが、前記予備発泡樹脂粒子の１重量％〜３０重量％であることを特徴とする予備発泡樹脂粒子。
2. 前記予備発泡樹脂粒子が、発泡スチレン樹脂、発泡ポリプロピレン樹脂、発泡ポリエチレン樹脂、発泡アクリロニトリル・スチレン樹脂、発泡ポリ（メタ）アクリル樹脂、これらの共重合樹脂又は混合樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の予備発泡樹脂粒子。
3. 前記ワックスの融点が、４０℃〜１００℃であることを特徴とする請求項１又は２記載の予備発泡樹脂粒子。
4. 請求項１〜３のいずれか一項記載の予備発泡樹脂粒子を原料として熱融着成形させたことを特徴とする発泡樹脂成形体。
5. 自動車用フロア嵩上げ材であることを特徴とする請求項４記載の発泡樹脂成形体。
6. 発泡性樹脂粒子とワックスを混合し、
   前記ワックスの融点以上の発泡温度で予備発泡して、前記粒子の表面を前記ワックスで、前記ワックスが前記予備発泡樹脂粒子の１重量％〜３０重量％になるように、コーティング又は含浸し、
   前記予備発泡した樹脂粒子を発泡成形することを特徴とする発泡樹脂成形体の製造方法。

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