JP4303844B2

JP4303844B2 - 繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法

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Publication number: JP4303844B2
Application number: JP26957699A
Authority: JP
Inventors: 宏史合田; 学野村; 徹嶋
Original assignee: Prime Polymer Co Ltd
Current assignee: Prime Polymer Co Ltd
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP2001088183A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給食用、その他の用途に用いられ、食器を乗せるための繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
学校や病院、その他の施設では、給食用としてトレーが使用されている。
このトレーは、軽量化されていながら、剛性、強度に優れていることが望まれている。
【０００３】
従来のトレーとしては、ポリプロピレン（ＰＰ）製やＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のものが知られている。
ポリプロピレン製トレーは、金型内にポリプロピレン樹脂を射出する射出成形によって成形される。
ＦＲＰ製トレイは、熱硬化性樹脂に繊維が含まれた構成であり、種々の成形法等で成形される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ポリプロピレン製トレーでは、ＦＲＰ製トレーと同等の剛性を確保するためには、繊維強化プラスチック製トレーに比べて肉厚を厚くしなければならず、重量が増加する。給食用途のトレーでは、２０〜４０枚程度まとめて運ぶことが多いので、重量増加は好ましくない。
さらに、ポリプロピレン製トレーは、反りが発生しやすく、外観が不良である。
【０００５】
これに対して、ＦＲＰ製トレーでは、熱硬化性樹脂を使用しているため、リサイクルすることが困難である。
その上、ＦＲＰ製トレーでは、表面硬度が高すぎるので、食器との摩擦係数が低く、滑りやすい。
【０００６】
本発明の目的は、剛性を維持しながら軽量化が向上するとともに、反りの発生を防止でき、その上、リサイクル可能である繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような状況下において、繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法において、成形条件、成形原料と成形性、成形品物性、外観の関係について鋭意研究を重ねた。
その結果、成形原料としての熱可塑性樹脂の溶融流動性と膨張性、トレイの強度の関係において、射出成形や射出圧縮成形に通常用いることのない、熱可塑性樹脂を採用することにより、成形性よく繊維含有軽量樹脂トレイが得られることを見出した。
また、このような、成形性の優れた原料が、射出、圧縮充填性のみでなく、後の膨張工程での膨張性にすぐれ、しかも強度、剛性、良外観をも合わせ達成できることを見出し、本発明を完成したものである。
【０００８】
即ち、本願の繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法に係る発明は、平均繊維長が２〜１００ｍｍの繊維２０〜５０重量％とメルトインデックスが１０ｇ／１０分以上５００ｇ／１０分以下のポリプロピレン系の高流動性の熱可塑性樹脂８０〜５０重量％とからなる溶融樹脂を厚みが１〜２ｍｍで、ノズル当たりの流動面積が５００ｃｍ ^２以上である金型キャビティに射出し、圧縮充填した後、可動金型を金型キャビティ容積が拡大する方向に前記キャビティの厚みの１．５〜３倍の範囲で後退させることを特徴とする。
【０００９】
この構成の本発明では、金型キャビティ容積を最終成形品の容積になるように、可動金型を後退させて厚みを拡大することで、溶融熱可塑性樹脂は含有繊維の絡み合いによるスプリングバック現象により拡大された容積に膨張し、軽量化された繊維含有軽量樹脂トレイが得られる。具体的には、従来のＦＲＰ製トレイと同等の剛性を維持しながら、１０〜３０％の軽量化が図れる。
この際に、特定の繊維含有原料樹脂として、平均繊維長が２〜１００ｍｍの繊維を２０〜５０重量％とするため、トレイの剛性が維持され、かつ、高流動性の熱可塑性樹脂を８０〜５０重量％とするため、金型内に射出された熱可塑性樹脂が金型キャビティの端末まで速やかに充填されることになり、反り・変形等がなくなって、成形性が向上する。
さらに、樹脂として熱硬化性樹脂ではなく、熱可塑性樹脂を使用しているので、リサイクル可能である。その上、食器との摩擦係数が適正な値となり、トレイの上で食器が滑ることがない。
【００１１】
前記繊維含有軽量樹脂トレイは、厚み方向にスキン層／膨張層／スキン層からなり、膨張層も厳密には、膨張の程度の高い中間層と膨張の程度が比較的低い両外層部分から構成されている。この層構造では、成形品の面積が大きい場合には剛性的に不足し、局部的な応力や捩じれに対しても不十分な場合がある。この場合には、この問題を解消するために、両表面のスキン層を非膨張ないし低膨張の樹脂で部分的に結合、すなわち、リブを設けることができる。
【００１２】
本発明の繊維含有軽量樹脂成形品の軽量化は、含有する繊維の種類や含有量、目的とする成形品の要求特性によっても異なるが、空隙率（平均）として、５〜９０％、好ましくは２０〜８０％の範囲で選択される。空隙率が５％未満では軽量化の効果が小さく、９０％を越えると表面の平滑性が低下し、表面の緻密なスキン層が薄くなり、強度的にも弱くなる。
【００１３】
また、成形品中の平均繊維長としては、１〜１０ｍｍの範囲、好ましくは２〜８ｍｍである。ここで１ｍｍ未満では、繊維の絡み合いが不十分となり、膨張性が不足するとともに、強度、剛性、耐衝撃性の点でも好ましくない。また、１０ｍｍを越えると分散性が十分でなくなるとともに、溶融時の流動性が不十分となり、成形品の薄肉部や末端部に樹脂が流れにくくなり、成形不良が発生する場合がある。さらに、繊維含有量としては、通常２０〜５０重量％の範囲である。２０重量％未満では、膨張性、強度、剛性、耐熱性が十分でなく、５０重量％を越えると溶融時の流動性が低下し、膨張性、成形性が低下する場合がある。繊維としては、ガラス繊維が最も好ましい。
上記において、空隙率とは、〔（成形品の容積−空隙を有さない場合の容積）／成形品の容積〕×１００を示す。
【００１４】
本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、特に、制限はないが、例えば、ポリプロピレン、プロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレン−エチレンランダム共重合体、ポリエチレン等のポレオレフィン系樹脂、ポリスチレン、ゴム変性耐衝撃性ポリスチレン、シンジオタクチック構造を含むポリスチレンなどのポリスチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ芳香族エーテルまたはチオエーテル系樹脂、ポリ芳香族エステル系樹脂、ポリスルホン系樹脂およびアクリレート系樹脂等が採用できる。ここで、上記熱可塑性樹脂は、単独で用いることがもできるが、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１５】
このような熱可塑性樹脂のうち、ポリプロピレン、プロピレンと他のオレフィンとのブロック共重合体、ランダム共重合体、あるいは、これらの混合物などのポリプロピレン系樹脂が好ましい。なお、ポリプロピレン系樹脂には、無水マレイン酸、フマル酸などの不飽和カルボン酸、または、その誘導体で変性された酸変性ポリオレフィン系樹脂を含有するポリプロピレン系樹脂が好適である。また、ポリプロピレン系樹脂には、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレン−α−オレフィン共重合体樹脂、ポリアミド樹脂などの他の熱可塑性樹脂、エチレン−α−オレフィン共重合体エラストマーなどの衝撃強度改良のためのエラストマー、フエノール系、リン系、硫黄系などの酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、耐候剤、架橋剤、核剤、着色剤、短繊維、タルク、炭酸カルシウムなどの充填剤を加えることもできる。
【００１６】
つぎに、繊維としては、セラミック繊維：ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チッ化ケイ素繊維、ジルコニア繊維、無機繊維：ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維：銅繊維、黄銅繊維、鋼繊維、ステンレス繊維、アルミニウム繊維、アルミニウム合金繊維、有機繊維：ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリアリレート繊維などを例示できる。これらのなかでもガラス繊維が最も好ましく用いられ、ガラス繊維に他の有機繊維、無機繊維を併用することもできる。
【００１７】
ここで、ガラス繊維としては、Ｅ−ガラスまたはＳ−ガラスのガラス繊維であって、その平均繊維径が２５μｍ以下のもの、好ましくは３〜２０μｍの範囲のものが好ましく採用できる。ガラス繊維の径が３μｍ未満であると、ペレット製造時にガラス繊維が樹脂になじまず、樹脂の含浸が困難となる一方、２０μｍを超えると、溶融混練時に切断、欠損が起こりやすくなる。これらの熱可塑性樹脂およびガラス繊維を用い、引き抜き成形法等でペレットを製造するにあたり、ガラス繊維は、カップリング剤で表面処理した後、収束剤により、１００〜１００００本、好ましくは、１５０〜５０００本の範囲で束ねておくことが望ましい。
【００１８】
カップリング剤としては、いわゆるシラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤として従来からあるものの中から適宜選択することができる。例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のアミノシランやエポキシシランが採用できる。特に、前記アミノ系シラン化合物を採用するのが好ましい。
【００１９】
収束剤としては、例えば、ウレタン系、オレフィン系、アクリル系、ブタジエン系およびエポキシ系等が採用でき、これらのうち、ウレタン系およびオレフィン系が採用できる。これらのうち、ウレタン系収束剤は、通常、ジイソシアネート化合物と多価アルコールとの重付加反応により得られるポリイソシアネート５０重量％以上の割合に含有するものであれば、油変性型、湿気硬化型およびブロック型等の一液タイプ、および、触媒硬化型およびポリオール硬化型等の二液タイプのいずれもが採用できる。一方、オレフィン系収束剤としては、不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性された変性ポリオレフィン系樹脂が採用できる。
【００２０】
上述のような収束剤で収束したガラス繊維に熱可塑性樹脂を付着・含浸させることにより、ガラス繊維を含有する樹脂ペレットが製造される。ガラス繊維に熱可塑性樹脂を付着・含浸させる方法としては、例えば、溶融樹脂の中に繊維束を通し、繊維に樹脂を含浸させる方法、コーティング用ダイに繊維束を通して含浸させる方法、あるいは、ダイで繊維の周りに付着した溶融樹脂を押し広げて繊維束に含浸させる方法等が採用できる。ここで、繊維束と樹脂とをよくなじませる、すなわち濡れ性を向上するために、内周に凹凸部が設けられたダイの内部に張力が加えられた繊維束を通して引き抜くことで、溶融樹脂を繊維束に含浸させた後、さらに、この繊維束を加圧ローラでプレスする工程が組み込まれた引抜成形法も採用できる。なお、ガラス繊維と溶融樹脂とが互いによくなじむ、濡れ性のよいものであれば、溶融樹脂がガラス繊維に容易に含浸され、ペレットの製造が容易となるので、前述の収束剤で繊維を収束する工程は、省略できる場合がある。ここで、互いによくなじませる方法としては、樹脂に極性を付与したり、ガラス繊維の表面にカップリング剤と反応する官能基をグラフトしたり、繊維束を流動パラフィンなどの溶融樹脂の溶融温度以上の沸点を有する液状物で事前処理する方法が有効である。
【００２１】
以上のような方法で、樹脂が含浸された長尺繊維束（ストランド等）を、繊維の長手方向に沿って切断すれば、ペレットの全長と同じ長さの長繊維を含んだ樹脂ペレットを得ることができる。この際、樹脂ペレットとしては、繊維束がストランドにされ、その断面形状が略円形となった樹脂含有長尺繊維束を切断したものに限らず、繊維を平たく配列することにより、シート状、テープ状またはバンド状になった樹脂含有長尺繊維束を所定の長さに切断したものでもよい。
【００２２】
前述の本発明の製造方法は、特に、板状部を有し、比較的面積が大きく、板状部の主要部の面重量が低いトレイを製造するものである。繊維含有軽量樹脂トレイは、繊維含有の溶融樹脂を射出圧縮して金型キャビティに充填後にキャビティを拡大することで、溶融樹脂を膨張させて製造することはできる。しかし、単位面積当たりの重量（面重量）は、膨張による軽量化とは無関係であり、膨張前の溶融樹脂の面積当たりの重量により固定するものである。従って、軽量化をより向上させるためには、膨張する前の溶融樹脂の厚みを薄くする必要性がある。
そのため、本発明では、圧縮充填されるときの前記金型キャビティの厚みが２ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以下、特に好ましくは１．０ｍｍ以下とするものでもよい。
従来の通常の射出成形用の成形樹脂原料を用いて成形しようとしても、１ｍｍ以下のような薄肉のキャビティの末端まで溶融樹脂を充填することはできない。従って、２ｍｍを越える厚みをいくら膨張しても、トレイとしての軽量化には自ずと限界があり、好ましくない。
【００２３】
さらに、前記高流動性の熱可塑性樹脂が、繊維を含有した状態で、厚みが２ｍｍ以下で、ノズル当たりの流動面積が５００ｃｍ² 以上である金型キャビティに射出し、圧縮されたときキャビティを充満するに十分な流動性を有するものである構成が好ましい。
具体的には、熱可塑性樹脂は、それぞれの熱可塑性樹脂において、高流動性の射出成形用のメルトインデックス（ＭＩ）の１．３倍以上であり、一般の成形品の成形には、強度が低く使うことのない低分子量、高流動性である樹脂である。ＭＩは、各熱可塑性樹脂により、測定条件が異なるので、具体的なＭＩは、熱可塑性樹脂の種類により異なり、それぞれにより個別に決まるものである。
【００２４】
本発明が好ましく適用できるポリプロピレン系樹脂においては、ＭＩは、具体的には１０ｇ／１０分以上５００ｇ／１０分以下である。好ましくは、３０〜５００ｇ／１０分、より好ましくは６０〜５００ｇ／１０分である。なお、ＭＩの上限はその測定方法から高ＭＩは測定が実質的にできない範囲までを含むものであり、便宜上３０００ｇ／１０分である。なお、ポリプロピレン系樹脂のＭＩの測定は、ＪＩＳＫ７２１０（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重に準じて測定された値（以下、同じ）である。
【００２５】
ここにおいて、本発明で用いられる高流動性のポリプロピレン系樹脂は、含有する繊維の種類、長さ、含有量、射出圧縮時のキャビティ厚み、キャビティ形状、ノズル（ゲート）からの流動長さ（面積）、成形条件などによりＭＩを適宜選定することができる。この場合に、ＭＩの異なる樹脂を混合して用いることもでき、混合するポリプロピレンの一部のＭＩが、１０ｇ／１０分未満であっても、全体のＭＩが、１０ｇ／１０分以上になるようにすればよい。しかし、ＭＩは、成形性が満足されるのであれば、極端に大きいものを用いる必要性はない。
【００２６】
また、本発明では、前記可動金型が前記金型キャビティの容積が拡大する方向に後退を開始した後、前記金型キャビティ内の溶融樹脂にガスを注入する構成としてもよい。
この構成では、ガスを注入することで、平面平滑性及び冷却速度が向上する。
つまり、ガス注入により、繊維含有樹脂の膨張を助けるとともに、溶融熱可塑性樹脂を金型成形面に向かって押圧することになり、樹脂が金型面に密着した状態で冷却されるので成形品の表面にヒケが生じない。また、このガスを流通させれば成形品の冷却が促進され成形サイクルが短縮する。
【００２７】
キャビティ内の繊維含有溶融熱可塑性樹脂に注入する前記ガスとしては窒素、空気などであり、冷却を目的としたい場合には温度が１５℃以下、好ましくは、０℃以下の冷却用ガスを採用するのが好ましい。注入するガスは、窒素ガスなどの不活性ガスが好ましい。さらに、前記ガスは、前記繊維含有溶融熱可塑性樹脂を可塑化して射出する射出装置のノズルの内部に設けられたガス注入ノズル、または、前記金型の内部に設けられたスプル、ランナーおよびキャビティのいずれかに開口されるガス注入ピンから、溶融樹脂の内部へ注入することができる。これらのなかでも、金型に設けられたガス注入ピン、特に、キャビティに開口されたガス注入ピンから注入するのが好ましい。
【００２８】
また、前記ガスの圧力としては、０．０１〜２０ＭＰａの範囲、特に、０．１〜３ＭＰａの範囲に設定されていることが好ましい。すなわち、注入するガスの圧力値は、成形品の大きさ、形状および膨張倍率、ならびに、溶融樹脂の流動性、粘度および含有繊維量、さらには、金型の形状等に応じて設定するものである。一般的には、ガスの圧力をより低圧にすれば、溶融樹脂内部に大きな中空部が発生する可能性が小さくなり、強度確保がより確実となるうえ、溶融樹脂の表面と金型の成形面との間へガスが漏洩しにくくなり、シルバーマーク等の不具合発生の可能性がより小さくなる。
【００２９】
この比較的低圧でのガス注入が可能な理由は、繊維のスプリングバック現象を利用するため、相互に連続する多数の空隙が成形品の内部に確保されるためである。一方、従来の短繊維での発泡剤による軽量化では、独立気泡しか形成することができないため、所定量のガスを注入するには、独立気泡を膨張させる必要があるため、注入ガスにより大きな中空部が形成されてしまう。すなわち大中空部によるか、連続均一分散によるかで、軽量化の形態が全く異なる。なお、ガスの圧力が２０ＭＰａを越えてしまうと、溶融樹脂の表面と金型成形面との間にガスが漏れたり、大きな中空部が生じたりする場合が多く、シルバーマーク等の外観上の不具合や、大きな中空部による強度低下等の機能上の不具合が発生する可能性が高くなるが、本発明でのガス注入は、膨張の補完であり、かかる高い圧力を必要としない。また、成形品の冷却行程において、ガスを流通排出させて溶融樹脂を短時間で冷却することが好ましい。
【００３０】
さらに、前記金型には、成形品の表面を被覆一体化するための表皮材を、成形前に予め装着させることができる。このように、予め成形前に表皮材が装着された金型を用いれば、表面が表皮材で被覆された繊維強化軽量樹脂積層成形品が得られるようになる。ここで、表皮材としては、織布や不織布等の布、熱可塑性樹脂シート、フイルム、熱可塑性樹脂の発泡シート、および、模様等が印刷されたフィルム等の単層材、ならびに、熱可塑性エラストマーや塩化ビニル樹脂等の表皮材に、熱可塑性樹脂や熱可塑性樹脂の発泡体シート等からまる裏地材を裏打ちした多層材が採用できる。なお、表皮材は成形品に全面被覆することもできるし、部分被覆することもできる。
【００３１】
さらに、本発明では、前記溶融樹脂が、２〜１００ｍｍの範囲の全長を有するとともに、この全長と等しい長さの繊維が互いに平行に配列された状態となって全体の３０〜８０重量％含有された繊維含有熱可塑性樹脂ペレット（Ａ）と高流動性熱可塑性樹脂ペレット（Ｂ）からなる原料樹脂を用いる構成としてもよい。ここで、繊維含有熱可塑性樹脂ペレット（Ａ）の製造方法については、後述するが、ポリプロピレン系樹脂の場合のＭＩとしては、通常１０ｇ／１０分以上５００ｇ／１０分以下の良流動性の樹脂を用いることが好ましい。
繊維が互いに平行に配列された状態となって全体の３０〜８０重量％含有されたペレットを用いれば、射出装置のスクリューで可塑化・混練を行っても、繊維の破断が起こりにくく、また分散性も良好となる。前記ペレット（Ａ）の使用は、キャビティ中の溶融樹脂のスプリングバック現象が良好となるとともに、最終成形品中で残存する繊維長が長くなり、物性の向上、表面外観が向上する。なお、射出成形機の可塑化スクリューとしては、圧縮比が２．５以下、特に２以下である比較的低いタイプの使用が、繊維の破断を抑制する点で好ましい。
【００３２】
また、繊維含有熱可塑性樹脂ペレット（Ａ）と高流動性熱可塑性樹脂ペレット（Ｂ）との混合割合は、９５／５〜３０／７０（重量比）、好ましくは９０／１０〜７０／３０である。これは、ペレット（Ａ）中の繊維含有率、成形品における物性、成形性を考慮して適宜決定することができる。この原料選択によって、スプリングバック現象にすぐれた、すなわち、射出成形時の可塑化溶融熱可塑性樹脂中のガラス繊維などの繊維長を長く保つとともに、分散性が良好になるため好ましい。
【００３３】
この原料樹脂には必要により、膨張を補完するために少量（５重量％以下）の膨張助剤（発泡剤）を添加することもできる。
５重量部の発泡剤を含有させれば、スプリングバック現象における繊維の復元力（膨張）が不足する場合においても、発泡剤の発泡力が繊維の復元力を補完するので、可動金型が後退するのに応じて、成形品に応じた容積にまで繊維含有熱可塑性溶融樹脂が確実に膨張するようになる。なお、発泡剤の含有量が５重量部を超えると、シルバーマークが生じる場合があり、外観品質上の不具合が生じるおそれがあるうえ、成形品の内部に大きな中空部が発生し、強度や剛性が著しく低下する場合がある。こうした理由で、発泡剤の含有は、スプリングバック現象の補完のためであることから、その含有量は、必要最低限に留めるのが好ましい。
【００３４】
具体的には、０．０１〜２、好ましくは０．０２〜０．５、より好ましくは０．０５〜０．３重量部の発泡剤を含ませることが好ましい。ここで、発泡剤の種類は、熱により分解してガスを発生するものであれば、限定されない。例えば、シュウ酸誘導体、アゾ化合物、ヒドラジン誘導体、セミカルバジド、アジド化合物、ニトロソ化合物、トリアゾール、尿素およびその関連化合物、亜硝酸塩、水素化物、炭酸塩ならびに重炭酸塩等が採用できる。さらに具体的に例示すれば、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ベンゼンスルホヒドラジド、Ｎ，Ｎ−ジニトロペンタメチレンテトラミン、テレフタルアジド等が採用できる。発泡剤としては、これらの化学分解発泡剤のみでなく、樹脂の溶融加熱時に気体を発生するものであれば、水、アルコール、プロパン、ブタン、フッ素化合物、有機溶媒などの物理発泡剤を用いることもできる。これらの物理発泡剤は、熱可塑性樹脂、無機粉粒体などに含浸した状態で樹脂原料に加えられる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１から図３に基づいて繊維含有軽量樹脂トレイに係る一実施形態を説明する。
全体構成を示す図１及び図２において、繊維含有軽量樹脂トレイ１００は、給食用として使用されるトレーであって、平面矩形状の板状部１０１と、この板状部１０１の端縁に形成された立ち上がり部１０２と、この立ち上がり部１０２の上端に形成されたフランジ部１０３とを有する。フランジ部１０３の下面の所定位置にはリブ１０４が形成されている。
【００３６】
板状部１０１は、その厚みが１．２〜２０ｍｍであり、その主要部の面重量が０．４ｇ／ｃｍ² 以下である。なお、板状部１０１の底面には必要に応じて短寸円柱状の脚１０５が一体形成されている。
トレイ１００は、図３に示される通り、複数枚（図３では２枚）重ね合わせることができる。
【００３７】
トレイ１００は、平均繊維長が２〜１００ｍｍの繊維２０〜５０重量％と、メルトインデックスが１０ｇ／１０分以上５００ｇ／１０分以下のポリプロピレン系樹脂５０〜３０重量％からなり、空隙率が５〜９０％である。
ここで、繊維は前述の通り、種々の材料を使用できるが、ガラス繊維であることが好ましい。さらに、熱可塑性樹脂は前述の通り、種々の樹脂を使用できるが、ポリプロピレンが好ましい。
【００３８】
次に、繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法に係る一実施形態を説明する。
図４は本実施形態の方法を実施するための製造装置を概念的に示した断面図である。
図４において、製造装置は、固定金型１と、この固定金型１に対して進退可能に設けられた可動金型２とを備え、これらの金型１，２の互いに対向する面にはトレイ１００の形状に対応した形状の金型キャビティ３が形成されている。
なお、図４に示すものは、可動金型２で金型キャビィ３の全面を圧縮、拡張するものであるが、成形品であるトレイの形状によっては、主要部のみを進退させるものであってもよい。可動金型２の進退は、直圧式の金型開閉機構、射出成形機とは独立して可動盤と可動金型の間、あるいは可動金型の内部に設けられた摺動金型を進退可能にする金型移動装置を組み込むことによって実施可能である。
【００３９】
固定金型１にはスプルー４が設けられ、このスプルー４から金型キャビティ３に溶融樹脂５が射出される。
固定金型１には金型キャビティ３にガスを注入するガス注入口６と、金型キャビティ３内のガスを排出するガス排出口７とがそれぞれ設けられている。
なお、金型キャビティ３の厚みは、二点鎖線Ｐで、溶融樹脂射出開始時を示し、一点鎖線Ｑで圧縮、充填完了時を示し、実線で成形品の容積に拡大し膨張した時を示している。
【００４０】
次に、トレイ１の製造方法について金型の動きをもとに説明する。
まず、固定金型１と可動金型２を金型キャビティ厚みがＤ１（Ｄ１＝０．５ｍｍ〜２ｍｍ）となるように圧縮代Ｃを残して型締めして、位置決めすることにより、溶融樹脂の射出時のキャビティ容積を決定する。この初期の状態の金型キャビティに対して、繊維含有溶融熱可塑性樹脂は、図示しない可塑化装置のノズルからスプルー４を介して射出されて溶融樹脂５となる。
【００４１】
ここで、金型キャビティ３は、厚みが２ｍｍ以下で、ノズル当たりの流動面積が５００ｃｍ² 以上であり、射出される熱可塑性樹脂は、繊維を含有した状態で、圧縮されたとき金型キャビティ３を充満するに十分な高い流動性を有する。具体的には、前記熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン系樹脂であって、メルトインデックスが１０ｇ／１０分以上５００ｇ／１０分以下である。
ついで、射出された溶融樹脂は、通常、射出の完了前から可動金型２をキャビティ厚みがＤ２の位置になるように前進させて溶融樹脂を圧縮し金型キャビティ３に充填、充満させる。このためには、キャビティ厚みがＤ２に相当する容積の溶融樹脂を可塑化溶融計量したものを射出することになる。この場合の可動金型の前進は、位置制御で行ってもよく、圧力で制御してもよい。圧力制御する場合には、可動金型の前進、樹脂の圧縮完了時にクリアランスＨを残しておくことが好ましい。これにより、射出樹脂の容積が微妙に変動して不足した場合でも、可動金型の圧縮力が作用して、キャビティ全体に確実に充満させることができる。
【００４２】
成形金型には、金型キャビティ３の金型面の金型温度を制御する装置（図示せず）が組み込まれる。本実施形態の繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法にあっては、金型キャビティ３の厚みが薄いことから、金型温度は比較的高く設定することが好ましい。金型温度は、ポリプロピレン系樹脂を用いる場合には、４０〜１２０℃、好ましくは６０〜１００℃である。金型温度が４０℃未満であると、溶融樹脂が成形途中に冷却が進み過ぎ、成形可能条件が狭くなる場合がある。
【００４３】
金型キャビティ３に充填、充満した溶融樹脂は、可動金型２による圧縮により、金型形状、金型表面のシボなどの微細凹凸などを確実に転写する。ついで、金型との接触部分から冷却が始まり溶融樹脂が完全に冷却、硬化する前に、図４の実線で示す、金型キャビティ３の厚みがＤ３である最終成形品の厚みとなる位置まで可動金型２を後退させる。本実施形態では、Ｄ３は初期肉厚の１．５〜３倍である。
この可動金型２の後退によって、溶融状態の繊維含有熱可塑性樹脂は、含まれる繊維のからみあいによる、スプリングバック現象により膨張して最終成形品の形状になり、この膨張力によって金型壁面に押しつけられ賦形される。なお、図１から図３で示されるトレイ１００では、Ｄ２の寸法が１．３mmであり、Ｄ３の寸法が２．６mmである。
ここで、可動金型２の後退は、成形条件、成形原料、金型形状によっても異なるが、溶融樹脂の圧縮、充填、充満工程が完了し表面層の形成後に速やかに行うことが好ましい。すなわち、冷却が進行し、溶融樹脂の粘度が高くなると、可動金型の後退に溶融樹脂の膨張が追随困難となり、最終成形品の容積まで確実に賦形することができなく虞れがある。
【００４４】
本実施形態では、成形品であるトレイ１００の軽量化の程度にもよるが、その膨張性の高い溶融樹脂のキャビティ内への射出が必要であり、このためには前述の通り、射出樹脂中の繊維、たとえばガラス繊維の平均繊維長が長いことが望ましい。また、空隙率の高い成形品を得るためには、その膨張力を補完し、また、金型表面への樹脂の押しつけ賦形による、ヒケの防止のために、少量の発泡剤を添加する。
可動金型２の後退開始後において、ガス排出口８を閉じた状態で、ガス注入口７から１Ｍｐａ以下の比較的低圧のガスを注入する。さらに、ガス排出口７の圧力をある圧力に保ちながら、排出してガスを流通することで、成形品の冷却を促進するとともに、表面のヒケ発生の防止ができる。
繊維含有軽量樹脂トレイ１００は、一般の発泡剤を用いた軽量化の場合の独立気泡とは異なり、溶融樹脂は含有繊維の絡み合いの回復性により、繊維をもとに連続した空隙が形成され、成形品の膨張部分の均一化を図りながら、ガスが注入できる。そのため、ガスの流通で内部から冷却でき成形サイクルを大幅に短縮できる。
【００４５】
【実施例】
次に、本実施形態の効果を具体的な実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
［実施例］
ガラス繊維（１３μｍ：以下同じ）が平行に配列し、その含有量が７５重量％、長さが１５ｍｍであるガラス繊維強化ポリプロピレンペレット〔無水マレイン酸変性ポリプロピレンを３重量％含有ポリプロピレン（ＭＩ＝６０ｇ／１０分を原料として製造〕３０重量％と、ポリプロピレンペレット（ホモＰＰ）（ＭＩ＝５００ｇ／１０分）７０重量％とを、ドライブレンドしたものを成形用原料（全体のＭＩ＝１００ｇ／１０分）とした。なお、ポリプロピレンのメルトイッデックス（ＭＩ）は、ＪＩＳＫ７２１０（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）に準じて測定した値である。以下同じ。
【００４６】
射出成形機は、型締力：８５０ｔ、ガラス繊維の破断を少なくするために圧縮比：１．９のスクリューを用いた。装置は可動金型が、金型移動装置により、金型キャビティに対して進退可能になっている。成形金型としては、６００×３００×（製品厚み可変）ｍｍである平板状であり、センターダイレクトゲートを用いた。金型温度は、６０℃に設定した。
【００４７】
金型キャビティ間隙が１ｍｍになるように、圧縮代を残して型締めし、原料の溶融樹脂（成形温度：２４０℃）を射出充填した。射出時間は１秒（保圧なし）であった。充填完了後直ちに、可動金型をキャビティ間隙が最終成形品の厚み２．５ｍｍになるまで後退させる。可動金型が後退した後、ガスを注入した。このガスは、３ＭＰａの圧力で１０秒注入した。その後冷却し（冷却時間２０秒）、型開きを行い、繊維含有軽量樹脂トレイを取り出した。
【００４８】
［比較例１］
熱硬化性樹脂に繊維を含有させたＦＲＰ製トレイ。
成形条件は、通常行われる方法である。厚み以外のサイズは実施例と同じである。
［比較例２］
ＭＩ＝３０ｇ／１０分のホモＰＰからなるポリプロピレン製トレイ。
通常使用される射出装置を用いて製造した。
成形温度２２０℃、金型温度３０℃、樹脂充填時間５秒（保圧２０％・３秒）、製品肉厚２．５ｍｍ、冷却温度４０秒の成形条件で行った。
【００４９】
実施例では、平均の製品密度が０．７ｇ／ｃｍ³であり、製品重量が１７０ｇである。これに対して、比較例１では、製品の肉厚が１．２ｍｍであり、重量が２２０ｇである。比較例２では、製品の平均密度が０．９ｇ／ｃｍ³であり、製品重量が３３０ｇである。実施例と比較例１，２とでは、実施例のトレイが最も軽量であることがわかる。例えば、重ねたトレイを１人が一度に持ち上げる平均枚数である２０枚の合計重量で比較すると、実施例は比較例１に比べて１ｋｇの軽量化が図れた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の繊維含有軽量樹脂トレイ及びその製造方法によれば、剛性を維持しながら軽量化が向上するとともに、反りの発生を防止でき、その上、リサイクル可能となるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の繊維含有軽量樹脂トレイに係る一実施形態を示す平面図である。
【図２】前記繊維含有軽量樹脂トレイの断面図である。
【図３】前記繊維含有軽量樹脂トレイが複数枚重ねられた状態を示す断面図である。
【図４】本発明の繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法を説明するための製造装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１固定金型
２可動金型
３金型キャビティ
１００繊維含有軽量樹脂トレイ

Claims

平均繊維長が２〜１００ｍｍの繊維２０〜５０重量％とメルトインデックスが１０ｇ／１０分以上５００ｇ／１０分以下のポリプロピレン系の高流動性の熱可塑性樹脂８０〜５０重量％とからなる溶融樹脂を厚みが１〜２ｍｍで、ノズル当たりの流動面積が５００ｃｍ^２以上である金型キャビティに射出し、圧縮充填した後、可動金型を金型キャビティ容積が拡大する方向に前記キャビティの厚みの１．５〜３倍の範囲で後退させることを特徴とする繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法。
前記繊維含有軽量樹脂トレイが板状部を有し、その主要部の面重量が０．４ｇ／ｃｍ ^２以下であることを特徴とする請求項１記載の繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法。
前記可動金型が前記金型キャビティの容積が拡大する方向に後退を開始した後、前記金型キャビティ内の溶融樹脂にガスを注入することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法。
前記溶融樹脂が、２〜１００ｍｍの範囲の全長を有するとともに、この全長と等しい長さの繊維が互いに平行に配列された状態となって全体の３０〜８０重量％含有された繊維含有熱可塑性樹脂ペレット（Ａ）と高流動性熱可塑性樹脂ペレット（Ｂ）からなる原料樹脂を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法。
前記溶融樹脂に膨張助剤が配合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の繊維含有軽量樹脂トレイの製造方法。