JP4506924B2 - 合成樹脂成型物の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂成型物の製造方法に関し、さらに詳しく言えば、熱膨張性マイクロカプセルを用いた厚肉プラスチック成型品の製造技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック成型品は、あらゆる分野の商品に応用され、工業製品はもとより、一般消費生活製品としても大量かつ安価に市場に提供され、生活水準の向上に役立っている。
【０００３】
これらプラスチック成型品は、金属材料に比べ低融点であり、性状などのコントロールもしやすいため、各種の成型方法によって成型されている。とりわけその大半が、射出成型や押出成型によって製造され、一般的には、小型・軽量化それに材料コストなどの面から最小限必要な肉厚となるように設計されている。
【０００４】
これに対して一部の製品では、機能、性能もしくはデザインなどの点から厚肉に設計せざるを得ない製品もある。一例として、エアコンの室外機に用いられるプロペラファンにおいては、風量のアップや低騒音化などの送風性能をよくするため厚肉化が図られている。
【０００５】
しかしながら、単純に樹脂量を増やして厚肉化したのでは、重量が増え材料コストが嵩むばかりでなく、成型時の冷却時間も長くかかることになるため、多くの場合、発泡成型技術を採用している。以下に、従来から知られている発泡成型方法を示す。
【０００６】
（１）ケミカル発泡法；化学発泡材として、アゾジカルボンアミドなどを樹脂にブレンドないしは練り込みして成型する。
（２）窒素ガス混合射出成型法；成型機の溶融工程（スクリューシリンダー）の途中で窒素ガスを封入し、混練りした樹脂材料を金型内に高速射出する。
（３）ガスアシスト法；射出成型機のノズルまたは金型のキャビティーコアから窒素ガスを射出充填の途中から注入して、成型品の肉厚部分に中空部を形成する。
（４）コアバックプロセス法；金型のキャビティーにあらかじめ設けた可動コアーを射出時に前進させておき、樹脂材料が充填された後に、ガスを注入しながらコアーを後退させることにより、中空構造の厚肉部分を成型する。
（５）熱膨張性マイクロカプセル法；熱膨張性マイクロカプセルを樹脂（ベースレジン）に混合し、金型内で発泡させる。この場合、熱膨張性マイクロカプセルは微粉末（粒径０．２〜０．３ｍｍ程度）で、樹脂ペレットとともに射出成型機に投入しても樹脂ペレットと分離されやすいため、熱膨張性マイクロカプセルをあらかじめ高濃度に練り込んだマスターバッチを作製して、ベースレジンと混合するようにしている（マスターバッチ法）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）〜（５）の成型方法には、以下のような課題がある。すなわち、（１）または（２）の成型方法を用いて作製された発泡成形製品は、表面にスワールマークと称する渦巻状のパターンが形成されやすく、製品の外観性に問題が生ずることが多い。
【０００８】
また、上記（３）および（４）の成型方法は、薄肉部分には発泡効果がなく、厚肉構造の部分に集中的にボイド（空隙）としての中空部が多数発生する傾向にあるため発泡条件の制御が難しく、金型設計などに熟練を要する。そればかりでなく、プロペラファンのような回転体では、各羽根の均一な重量バランスをとることがきわめて難しい。
【０００９】
これに対して、上記（５）の熱膨張性マイクロカプセル法によれば、スワールマークがほとんど発生せず、また、厚肉構造の部分にボイドが集中することもなく、さらにベースレジンにマスターバッチを混ぜ込むだけで簡単に発泡成形できるという利点があるが、なおも解決すべき課題が残されている。
【００１０】
すなわち、熱膨張性マイクロカプセルをマスターバッチ化する際に熱履歴が加わるため、成型前に予備膨張を起こしてしまい、その結果、製品成型時の膨張率が本来得られるべき膨張率よりも低いものとなってしまう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、熱膨張性マイクロカプセルが有する本来の膨張率を金型内での樹脂成型時に十分に発揮させることができる。
【００１２】
そのため、本発明は、熱膨張性マイクロカプセルとベースレジンとを混合して、金型内で樹脂成型する熱膨張性カプセルを用いた合成樹脂成型物の製造方法において、上記熱膨張性マイクロカプセルを熱膨張させることのない温度条件下で所定のバインダー樹脂により平均粒径が７〜１００メッシュの大きさに顆粒化したうえで、メルトフローレート（ＭＦＲ）が３０〜９０ｇ／１０ｍｉｎのオレフィン系樹脂からなるベースレジンと混合して樹脂成型することを特徴としている。
【００１３】
これによれば、熱膨張性マイクロカプセルが、その膨張温度以上の熱履歴を受けることなく（すなわち、予備膨張することなく）顆粒化されるため、金型内での樹脂成型時に本来の膨張率が得られることになる。
【００１４】
熱膨張性マイクロカプセルには、例えば低沸点液体炭化水素などの有機溶剤が含まれているが、それを膨張させないようにすることと、バインダー樹脂の結合作用などを勘案して、顆粒化工程は８０〜１２０℃の温度範囲で行なわれることが好ましい。
【００１５】
ベースレジン（２〜３ｍｍ径、長さ３〜５ｍｍ程度）との混合性を良好とするため、上記したように本発明では、熱膨張性マイクロカプセルの顆粒化された状態での平均粒径を７（粒径、約２８７０μｍ）〜１００メッシュ（粒径、約１４０μｍ）としている。なお、上記顆粒化工程で、必要に応じて耐候剤や顔料を混合することができる。
【００１６】
また、ベースレジンは低温度成形が可能であり、成形時に熱膨張性マイクロカプセルが破壊されないようにするため、上記したように本発明では、メルトフローレート（ＭＦＲ）が３０〜９０ｇ／１０ｍｉｎのオレフィン系樹脂を用いる。
【００１７】
樹脂成型する際、ベースレジンと顆粒化された熱膨張性マイクロカプセルの混合物を射出成型機のホッパに投入してもよいが、できるだけ熱膨張性マイクロカプセルの予備膨張を防ぐ意味で、顆粒化された熱膨張性マイクロカプセルを射出成型機のシリンダーの中間に設けられているベントポートより投入することが好ましい。
【００１８】
また、２材質成型においては、そのコアとなる材料に顆粒化された熱膨張性マイクロカプセルを混合したリサイクル樹脂を用いることが好ましく、これによれば、より安価な材料で品質のよい製品が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明では、熱膨張性マイクロカプセルの顆粒物をベースレジンに混合して金型内で樹脂成型を行なう。この実施形態での成型対象物は、エアコン室外機用の厚肉プロペラファンである。
【００２０】
ベースレジンには熱可塑性樹脂が用いられるが、熱膨張性マイクロカプセルが破壊されないようにするためメルトフローレート（ＭＦＲ）が重視される。好ましくは、ＭＦＲが３０〜９０ｇ／１０ｍｉｎで、低温成型が可能なオレフィン系樹脂が採用される。
【００２１】
これによれば、高い流動性と粘り強さにより、熱膨張性マイクロカプセルの殻を破壊することなくベースレジンと確実に混練りすることができる。好適なベースレジンの一例として、出光石油化学社製ポリプロピレンＪ−６０８３ＨＰ（ＭＦＲ：６０ｇ／１０ｍｉｎ）を挙げることができる。
【００２２】
また、２材質成型（サンドイッチ成型）を行なう場合においては、そのコアとなる材料に、リサイクルされたポリプロピレンなどを用いることにより、必要性状を確保しつつ、低コストで環境にも配慮した成型品が得られる。
【００２３】
熱膨張性マイクロカプセルは、例えば低沸点液体炭化水素をアクリル系樹脂でコーティングしたものからなる。平均粒径が２０〜３５μｍ、膨張率が外径比で３〜５倍、体積膨張比で３０〜６０倍程度、膨張温度１８０℃前後のものが好ましく採用され、この実施形態では、松本油脂製薬社製の熱膨張性マイクロカプセルＦ−１００Ｄ，Ｆ−１１０Ｄを採用した。
【００２４】
この熱膨張性マイクロカプセルを、例えば濤和化学社製のＭＣ着色加工用オートメーターでバインダー樹脂と混ぜ合わせることにより、平均粒径が７（約２８７０μｍ）〜１００メッシュ（約１４０μｍ）程度の顆粒状に調粒することができる。
【００２５】
この顆粒化に用いられるバインダー樹脂はポリプロピレン粉末（例えば、旭化成社製Ｍ−１５００）などが好適である。使用するバインダー樹脂によっては常温で顆粒化できるが、顆粒化する際に加熱を要する場合には、熱膨張性マイクロカプセルが膨張を開始する温度以下の８０〜１２０℃の温度範囲とすることが好ましい。
【００２６】
次に、この熱膨張性マイクロカプセルの顆粒とベースレジンとを混合して射出成型機に投入して厚肉プロペラファンの成型を行なったので、これについて説明する。射出成型機には通常の射出成型機を用いた。シリンダー温度は通常のレジンの溶融温度よりも少し低めで、熱膨張カプセルがピーク膨張を示す温度１８０℃付近に設定した。
【００２７】
金型は肉厚範囲５ｍｍ以上３０ｍｍ程度の肉厚成型品用のものを使用し、射出時の金型温度は２０〜３０℃程度の比較的低温度に設定した。射出はできるだけ高速に一気に金型内に樹脂充填が完了するようにし、保持圧時間は、ほとんどかけずカプセルが破壊しないように圧力を調整し、膨張を妨げないようにした。
【００２８】
材料の溶融可塑化計量にあたっては、シリンダーの回転を通常と同程度かやや低めに設定し、さらに背圧を適度に抑制して、シリンダー内でも膨張をできるだけ抑えるようにした。
【００２９】
なお、熱膨張性マイクロカプセルの予備膨張（事前膨張）をさらに抑制するためには、熱膨張性マイクロカプセルの顆粒を射出成型機のシリンダーの中間に設けられたベントポートより投入することが好ましい。これによれば、熱膨張性マイクロカプセルに射出成型の直前まで熱履歴をほとんど与えることなく混合することができる。
【００３０】
このようにして厚肉プロペラファンを作製したところ、次のような効果が得られた。すなわち、熱膨張性マイクロカプセルがベースレジン内で均等に膨張することにより、低密度軽量化が図られ、モータに係る負荷が軽減される。その結果、所要馬力を下げることができ、モータシャフトおよびベアリングに係る負荷も低減される。
【００３１】
また、通常の発泡成型では、表面に多少のスワールマークが発現し外観が損なわれるが、この膨張成型によると、スキン層には平滑性があり、ソリッド成型品と同等の艶のある良好な外表面が得られ商品価値が高められる。
【００３２】
さらに、膨張率のコントロールが容易なため、樹脂の冷却収縮に伴なうヒケ（シンクマーク）の発生がなく、プロペラファンの三次元曲面形状を正確に表現できる。
【００３３】
使用する樹脂重量が少なくてよいことから、金型内で冷却する熱容量が少なくて済み、また、膨張した材料が金型のキャビティー面に強く押し付けられるため、金型に対する伝熱が良好で冷却がより加速される。これにより、冷却時間の短縮と、サイクルタイムを短くすることができる。
【００３４】
熱膨張性マイクロカプセルをマスターバッチ化するものと比べて、熱膨張性マイクロカプセルが熱履歴によって予備膨張を受けていないため、ベースレジンへの添加量が少なくて済む。
【００３５】
ちなみに、マスターバッチ製法では、軟質のエラストマーを利用して熱膨張性マイクロカプセルをペレット化するため、少なくとも１２０℃以上の加熱が必要であり、これによりなにがしかの事前膨張が起こる。また、エラストマーを含むため、ベースレジンの物性を損ねるおそれもあるが、本発明によれば、このような問題は生じない。
【００３６】
なお、本発明は、上述した厚肉プロペラファンだけでなく、例えば椅子などの肘掛け、自動車のドアハンドル、冷蔵庫などの取手や厚い靴底などの製造にも適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱膨張性マイクロカプセルとベースレジンとを混合して、金型内で樹脂成型する熱膨張性カプセルを用いた合成樹脂成型物の製造方法において、熱膨張性マイクロカプセルを熱膨張させることのない温度条件下で所定のバインダー樹脂により平均粒径が７〜１００メッシュの大きさに顆粒化したうえで、メルトフローレート（ＭＦＲ）が３０〜９０ｇ／１０ｍｉｎのオレフィン系樹脂からなるベースレジンと混合して樹脂成型するようにしたことにより、熱膨張性マイクロカプセルとベースレジンとをほぼ均一に混合でき、また、熱膨張性マイクロカプセルが熱履歴を受けることなく顆粒化されるため、金型内での樹脂成型時に本来の膨張率が得られることになる。

Claims (6)

1. 熱膨張性マイクロカプセルとベースレジンとを混合して、金型内で樹脂成型する熱膨張性カプセルを用いた合成樹脂成型物の製造方法において、
   上記熱膨張性マイクロカプセルを熱膨張させることのない温度条件下で所定のバインダー樹脂により平均粒径が７〜１００メッシュの大きさに顆粒化したうえで、メルトフローレート（ＭＦＲ）が３０〜９０ｇ／１０ｍｉｎのオレフィン系樹脂からなるベースレジンと混合して樹脂成型することを特徴とする合成樹脂成型物の製造方法。
2. 上記顆粒化する際の温度条件が８０〜１２０℃の温度範囲である請求項１に記載の合成樹脂成型物の製造方法。
3. 上記熱膨張性マイクロカプセルは所定の耐候剤とともに顆粒化される請求項１または２に記載の合成樹脂成型物の製造方法。
4. 上記熱膨張性マイクロカプセルは所定の顔料とともに顆粒化される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の合成樹脂成型物の製造方法。
5. 上記ベースレジンを射出成型機にて金型内に射出するにあたって、上記顆粒化された熱膨張性マイクロカプセルを上記射出成型機のシリンダーの中間に設けられているベントポートより投入する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の合成樹脂成型物の製造方法。
6. ２材質成型において、そのコアとなる材料に上記顆粒化された熱膨張性マイクロカプセルが混合されたリサイクル樹脂を用いる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の合成樹脂成型物の製造方法。