JP4992380B2 - プラスチック中空板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック中空板の製造方法および製造装置に関する。本発明により、軽量で剛性が強いプラスチック中空板であって、歪みがほとんど無いものが提供される。

プラスチック、代表的にはポリエチレンを材料とし、真空成形により多数のキャップを形成したキャップフィルムと、平坦なバックフィルムとを貼り合わせ、多数の密閉された空気室を形成したプラスチック製の気泡シートが、主として緩衝包装の分野で、また一部は断熱材として使用されている。この変更態様として、キャップの頂を連ねてもう一枚の平坦なフィルムであるライナーフィルムを貼り合わせ、三層構成としたものがある。

この三層構成の気泡シートにおいて、構成するフィルムの厚さを数百ミクロンのオーダーに厚くしてなる、中空のプラスチック板が製造され、市販されている。このプラスチック中空板は、軽量であるが高い剛性を有することが買われ、種々の構造材としてその用途が拡大しつつある。プラスチック中空板としては、ハモニカ形状のダイから押し出して２枚のシートの間を多数の平行するリブが接続した構造の、「段プラ」と呼ばれる製品があるが、これが機械的特性および加工性に関して方向性が大きいのに対し、気泡シートタイプのプラスチック中空板は、方向性が小さい点が有利である。図１に、そのような気泡シートタイプのプラスチック中空板の構造を示す。

ところが、気泡シートタイプのプラスチック中空板は、その製造に当たって、製品に反りが生じるのが避け難いという問題がある。この反りの発生は、製造工程に原因があると考えられる。前述のように、気泡シート三層品の製造は、まず真空成形によるキャップシートの成形、ついでそのキャップ底面つまりオープンセル側へのバックシートの貼り合わせ、最後にキャップの頂を連ねるライナーシートの貼り合わせ、という手順に従う。温度の低いシートに温度の高いシートを貼り合わせれば、冷却したとき、収縮の度合いは後者の方が大きく、いわゆるバイメタル効果によって、反りが生じることは必然である。気泡シートタイプのプラスチック中空板は、製品の中心面に関して、構造的にも、熱履歴的にも非対称である。このようなわけで、反りは、中空板の幅方向にも長さ方向にも生じる。

出願人は、反りが軽減されたプラスチック中空板を提供することを意図して研究し、効果的な製造方法と、その実施に使用する装置を開発して、すでに開示した（特許文献１）。その製造方法は、下記の諸工程からなることを特徴とする。
Ａ）回転する金属の円筒に多数の凹みを設け、凹みの底を真空吸引源に接続した成形ロールを用いて、熱可塑化状態にあるプラスチックシートを真空成形して多数のキャップを有するキャップシートを形成すること、
Ｂ）キャップシートにバックシートを貼り合わせて二層品を形成すること、
Ｃ）二層品を、温度分布が均一な弾性体状態にすること、
Ｄ）弾性体状態の二層品を、幅方向の延伸手段上で、ライナーシートの収縮にほぼ見合う量だけ幅方向に延伸すること、
Ｅ）幅方向に延伸された二層品を、キャップ側が拡張されるような山なりの通路を通過させて、ライナーシートの収縮にほぼ見合う量だけ流れ方向に拡張した状態とし、その上に、熱可塑化状態にあるライナーシートを貼り合わせて三層品とすること、および
Ｆ）三層品を、ライナーシートが収縮するに任せて収縮させること。
特開２００２−３２６２９７

上記の諸工程のうち、工程Ｅの前半部である、「山なりの通路を通過させ」ることは、不可欠ではない。その工程を含むにせよ含まないにせよ、プラスチック中空板の製造においては、別の問題が発生した。それは、とくに厚手の中空板を製造する場合、したがって構成するシートが厚手である場合に生じやすい問題であるが、真空成形ロールの軸方向に関して、形成された二層構成の中間製品が真空成形ロールから剥離する状況に違いが生じ、一方の端が他方の端より遅れるという現象である。この現象を誇張して図示すれば、図２のようになる。この剥離の遅速は、中間製品が、ライナーシートの貼り合わせ工程に至るまでの経路の長さに影響を与えるため、中間製品に面方向の歪みを生じさせ、最終製品の反りを軽減するという目的の達成を妨げる。

真空成形ロールからの中間製品の剥離状況に、ロール軸方向で遅速が生じる理由は、ロールの冷却にある。真空成形ロールは、溶融状態のプラスチックシートを連続的に真空成形するので、蓄熱により温度が上昇するから、ロール内部に冷却水を通して一定の温度に保っている。この冷却水は、ロールの回転軸を通って、一方から他方に抜ける。冷却水の入口側の端は、新鮮な冷却水によって冷却されるからよいが、出口側の端は、冷却水が温まっているので、抜熱が不十分になり、結果として、ロール軸方向に温度差が生じることが避けられない。相対的に温度が高い冷却水出口側では、入口側にくらべて、二層の中間製品の冷却が弱い結果、剥離が遅れる。これが上記の問題の生じる原因である。

本発明の目的は、上記したようなプラスチック中空板の製造過程において生じる、真空成形ロールの部分による温度差に起因する、中間製品の剥離の遅速がもたらす面方向の歪みを解消して、製品に生じる反りを防止した製造方法およびその方法の実施に使用する装置を提供することにある。

本発明のプラスチック中空板の製造方法は、多数のキャップ状突起をもつキャップシートの両側に、それぞれ平坦なシートが貼り合わされた、図１に示したような構造の三層構成のプラスチック中空板を、下記の諸工程に従って製造する方法において、図３に示すように、
Ａ）回転する金属の円筒に多数の凹みを設け、凹みの底を真空吸引源に接続した真空成形ロール（５）を用いて、熱可塑化状態にあるプラスチックシートを真空成形して多数のキャップ状突起を有するキャップシート（１）を形成すること、
Ｂ）真空成形ロール上において、キャップシートのキャップ底部に平坦なバックシート（２）を、加圧ロール（６）を用いて貼り合わせ、二層の中間製品（Ｉ）を形成すること、
Ｃ）中間製品の両側縁を、図４に示したようにテンター（７Ａ，７Ｂ）で把握して引き出すことにより、真空成形ロールから剥離して移送すること、および
Ｄ）移送された中間製品のキャップ頂部を連ねて、もう１枚の平坦なライナーシート（３）を、別の加圧ロール（８）を用いて貼り合わせることにより、三層構成の製品（ＩＩ）とすること、真空成形ロールからの中間製品の剥離の状況が、真空成形ロール（５）の一方の端において他方の端より遅くなった場合は、遅くなった側の側縁を把握して移送するテンター（７Ａまたは７Ｂ）の走行速度を一時的に速めて剥離の遅れを回復することにより、中間製品（Ｉ）に生じた歪みを解消してライナーシート（３）の貼り合わせを行なうことを特徴とする。

本発明の方法により、真空成形ロールからの、二層の中間製品の剥離にロール軸方向で遅速が生じたとき、剥離が遅れた側のテンターの走行を速めることにより直ちに是正し、中間製品の経路が長くなることを防ぐことによって、ライナーシートの貼り合わせ工程に至る中間製品の、面方向の歪みの発生を抑えるという機構を通じて、三層構成の最終製品に生じる反りを最小限にするという目的の達成に寄与することができる。

上記の方法を実施するための本発明のプラスチック中空板製造装置は、図３に示した構成の、下記の部分を本質的な構成要素とする装置である：
多数のキャップ状突起をもつキャップシートの両側に、それぞれ平坦なシートが貼り合わされた構造の三層構成のプラスチック中空板を製造するための、図３および図４に示す、下記の諸部分を本質的な構成部分とする装置において、
イ）キャップシート（１）、バックシート（２）およびライナーシート（３）とするプラスチックシートを溶融押し出しするための、それぞれのＴ−ダイ（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）、
ロ）熱可塑化状態にあるキャップシート用のプラスチックシートを真空成形によりキャップシートとするための、多数の凹みを有し、真空吸引手段、冷却水循環手段および回転駆動手段（これらは図示してない）をそなえた真空成形ロール（５）、
ハ）真空成形ロール上で成形されたキャップシートのキャップの底面にバックシートを貼り付けて二層構成の中間製品（Ｉ）を得るための加圧ロール（６）、
ニ）中間製品を真空成形ロールから剥離し、移送するための左右一対のテンター（７Ａ，７Ｂ）、および
ホ）中間製品のキャップ側にライナーシートを貼り合わせて三層構成の製品（ＩＩ）とするための、別の加圧ロール（８）、
上記テンターが、左右（７Ａおよび７Ｂ）で異なる速度で走行可能であることを特徴とする製造装置。

実際の操業においては、真空成形ロールから二層の中間製品が剥離する状況を監視し、ロールの一方の側（冷却水出口側）の遅れが目立ったとき、その程度に応じてテンターの走行速度を調節し、若干速めることにより、強制的に剥離を促して遅れを解消する。このとき、中間製品は、一時、部分的に引き延ばされることになるが、中間製品が熱可塑化状態にあるため、ライナーシートを貼り合わせる工程に至る間に、その歪みは、面内で吸収される。歪みの吸収は、厳密にいえばキャップ配列の歪みと、二層の中間製品の厚さの変動とを伴っているはずであるが、それらが目視によって認められる程度に達することはない。テンターの速度が左右で異なる度合いは、少ない場合は０．１％であり、通常数％で有効であって、１０％に達することはない。テンター片側の速度を一時的に速めて運転する必要が生じる時間も、操業時間の中に占める割合としては数％に止まる。

本発明のプラスチック中空板の材料としては、熱可塑性であってシート化可能なものであれば、とくに制限はないが、プラスチック気泡シートの材料としてとくに有用な、ポリエチレンおよびポリプロピレンが、ここでも好適に使用可能である。熱収縮の挙動は、プラスチック材料ごとに異なるから、３層に同一材料を使用することが好ましい。

製品のシート厚さや坪量、さらにキャップの直径および高さ、配置および密度などは、いうまでもないが、プラスチック中空板の用途に関連して所望される物理的特性、たとえば面方向の坐屈強度、面に垂直な方向の圧縮強度や、加工特性たとえば切断、曲げそのほかの加工性の良否等にしたがって選択すればよい。プラスチック中空板の用途として現在展開されている、自動車の内装材、包装箱の材料などに関していえば、シートの厚さは、それぞれ下記の範囲が一般的であって、この厚さは、坪量にして４５０〜３０００ｇ／ｍ^２に相当する。
キャップシート：２５０〜１５００μｍ、
バックシート： １２５〜８００μｍ、
ライナーシート：１２５〜１２００μｍ
キャップの直径は、３〜１５mmの範囲、高さはそれに応じて３〜１５mmの範囲が一般的である。

材料としてＨＩＰＰ「住友ノーブレン」（住友化学製）を使用し、図３に示した構成の装置を用いて、プラスチック中空板を製造した。３種のシートの押し出し厚さはつぎのとおりであり、
キャップシート：６７０μｍ
バックシート： ３７０μｍ
ライナーシート：６３５μｍ
キャップの大きさは、外径が５mm、ピッチが８mmであって、配置は横断方向に対して１５度傾斜した配列である。

キャップシートとバックシートとを貼り合わせてなる二層の中間製品を、テンターによって真空成形ロールから剥離しつつ、横方向に２．５％延伸した。真空成形ロールからの剥離に左右の遅速が明確になったとき、遅い側のテンターの走行速度を、一時的に０．８〜５％の範囲で速めて、強制的に剥離を促進することによって是正した。テンターで延伸された二層品は、温度が約９０℃に低下したが、その上に、温度約２３０℃のライナーシートをのせて、加圧ロールで貼り合わせて三層の製品とした。これに続いて、テンターの延長上にある、赤外線加熱ランプを並べた、雰囲気温度約１５０℃の加熱トンネル内に、約５秒間滞留させてアニーリングを行なったのち、１分間かけて常温まで冷却した。冷却後、縁を切り落として幅１０００mmとし、長さ２０００mmの定尺に切断した。

得られた三層のプラスチック中空板は、厚さが５mm、坪量が１５００ｇ／ｍ^２である。この製品の反りを測定した。反りは、製品から１００cm角のサンプルを切り出し、平らな板の上に置いて最高部の高さを測り、
反り＝｛（高さ−板厚）／１００（各辺）｝×１００（％）
として算出した。結果は、つぎのとおりである。
反り：幅方向に１．５％、長さ方向に１．０％

本発明のプラスチック中空板の構造を説明するための斜視図。 プラスチック中空板の製造過程において、真空成形ロールから中間製品が剥離するときに生じる遅速を説明する、やや誇張した側面図。 本発明のプラスチック中空板の製造装置の概略を説明するための、装置主要部の断面図。 本発明のプラスチック中空板の製造装置における、左右のテンターのはたらきを示す平面図。

符号の説明

１ キャップシート
２ バックシート
３ ライナーシート
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ Ｔ−ダイ
５ 真空成形ロール
６ 加圧ロール
７Ａ，７Ｂ テンター
８ 加圧ロール
Ｉ 二層構成の中間製品
ＩＩ 三層構成の製品（プラスチック中空板）

Claims (1)

1. 多数のキャップ状突起をもつキャップシートの両側に、それぞれ平坦なシートが貼り合わされた構造の三層構成のプラスチック中空板を、下記の諸工程に従って製造する方法において、
   Ａ）回転する金属の円筒に多数の凹みを設け、凹みの底を真空吸引源に接続した真空成形ロールを用いて、熱可塑化状態にあるプラスチックシートを真空成形して多数のキャップ状突起を有するキャップシートを形成すること、
   Ｂ）真空成形ロール上において、キャップシートのキャップ底部に平坦なバックシートを、加圧ロールを用いて貼り合わせ、二層の中間製品を形成すること、
   Ｃ）中間製品の両側縁をテンターで把握して引き出すことにより、真空成形ロールから剥離して移送すること、および
   Ｄ）移送された中間製品のキャップ頂部を連ねて、もう１枚の平坦なライナーシートを、別の加圧ロールを用いて貼り合わせることにより、三層構成の製品とすること、
   真空成形ロールからの中間製品の剥離の状況が、真空成形ロールの一方の端において他方の端より遅くなった場合は、遅くなった側の側縁を把握して移送するテンターの走行速度を一時的に速めて剥離の遅れを回復することにより、中間製品に生じた歪みを解消してライナーシートの貼り合わせを行なうことを特徴とする製造方法。

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