JP5231820B2 - 発泡射出成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カウンタープッレッシャー法を用いた発泡射出成形品の製造方法に関する。

パソコンなどの情報機器、家電、ＯＡ機器等の筐体や、自動車などの内装パネルは、表面外観に優れているだけでなく、軽量化を図ることができるため、熱可塑性樹脂成形品が用いられている。また、これらの樹脂成形品として、より軽量化のために、発泡射出成形品が用いられつつある。

この発泡射出成形品の射出発泡成形方法として、従来は、２種類の方法が考えられている。1つの方法は、アゾ化合物や炭酸水素ナトリウムなどの化学発泡剤を用いる方法で、化学発泡剤の熱分解温度以上の温度を与えることにより熱分解ガスを発生させ、熱可塑性樹脂に溶解・混練させた溶融状態の発泡性樹脂組成物を金型キャビティ内に射出充填し、金型キャビティ内で発泡させる方法である。もう1つの方法は、窒素や炭酸ガスなどのガスを物理発泡剤として熱可塑性樹脂の溶融状態に溶解させた溶融状態の発泡性樹脂組成物を金型キャビティ内に射出充填し、金型キャビティ内で発泡させる方法である。

また、成形品の表面が非発泡で、内部が発泡している発泡射出成形品を得る方法として、成形品の表面状態の向上および表面強度の向上を図るために、一般にカウンタープレッシャー法と呼ばれる成形方法（特許文献１、２参照）や断熱金型を用いる方法（特許文献３参照）や加熱制御金型を用いる方法（特許文献４参照）が提案されている。

しかし、上記各成形法には、それぞれ以下のような問題がある。
すなわち、カウンタープレッシャー法は、ガスを充填して発泡剤を溶解させた発泡性樹脂組成物の発泡圧力よりも高いガス圧力に加圧した金型キャビティ内に発泡性樹脂組成物を射出することで、表面に非発泡な成形品またはスワールマークのない成形品が得られ、その後、金型キャビティの容積を拡大することで成形品の内部を発泡させて、表面に非発泡層を有する製品を得るようになっているが、この方法では、発泡性樹脂組成物を金型キャビティ内に射出充填する際に金型キャビティ内に加圧されたガスが充填されているので、このガスが樹脂の流動を妨げて、転写不良やヒケなどの発泡不良が発生するおそれがある。

一方、上記断熱金型を用いた方法の場合、成形品の意匠面に対応する金型面にポリイミド樹脂等の断熱層を設け、断熱層に接触して流れる発泡性樹脂組成物の表面温度をその固化温度を超える状態に保ち、射出時に発泡性樹脂組成物のフローフロントから生じたガスが金型キャビティの外部に排出されるまでの間、表面の流動性を良好な状態に保つことによって、スワールマークを生じることなく冷却固化させるようにしているが、金型の意匠面に設けられた断熱層が、上記のように、ポリイミド樹脂等からなるため、金型の耐久性に問題があるとともに、成形品の冷却固化に時間がかかり、成形サイクルが長くなるという問題がある。

他方、加熱制御金型を用いる方法の場合、成形品可視面（意匠面）側の型面温度を充填開始から完了まで高温に保持することにより、射出時に発泡性樹脂組成物のフローフロントから生じたガスが金型キャビティの外部に排出されるまでの間、表面の流動性を良好な状態に保つことによって、スワールマークを生じることなく冷却固化させるようにしているが、瞬間的に金型型面の表面を非発泡にしたいところのみの温度を上昇・制御できる装置を付加した加熱制御金型を用いなければならず、複雑な金型になるとともに、金型の熱膨張等により金型に歪みが発生して金型の耐久性の低下を招くおそれがある。

特公昭６２−１６１６号公報 特開２００４−２１６５７８号公報 特開２００４−６６７５１号公報 特開平１０−８０９３２号公報

本発明は、上記事情に鑑みて、金型が複雑化せず、また、金型の耐久性に問題がないとともに、成形品の表面が非発泡またはスワールマークと呼ばれる発泡模様がなく、内部が発泡した高外観発泡射出成形品が得られる発泡射出成形品の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の発明者らは、アゾ化合物や炭酸水素ナトリウムなどの化学発泡剤を用いる発泡射出成形による成形品であって、カウンタープレッシャー法を用いるとともに、溶融状態の発泡性樹脂組成物が金型キャビティ内に充填されるに伴って金型キャビティの発泡性樹脂組成物の流動が停止する位置を臨む部分から金型キャビティ内の加圧ガスを排気し、かつ、金型キャビティ内のガス圧力を精密に制御することで、スワールマークと呼ばれる発泡模様がなく、さらに、転写不良やヒケなどの発泡不良を防止できることを見出し、本発明を完成するにいたった。
すなわち、本発明にかかる発泡射出成形品の製造方法は、金型キャビティ内に発泡性樹脂組成物を射出し、内部に発泡構造を有しかつ表面が非発泡な樹脂成形品を得る発泡射出成形品の製造方法において、金型キャビティ内ガス圧力が（大気圧＋０．３ＭPa）〜（大気圧＋６ＭPa）となるようにガスを注気した状態の金型キャビティ内に化学発泡剤を含む発泡性樹脂組成物を射出充填するとともに、充填開始から充填完了までの間で金型キャビティの発泡性樹脂組成物の流動が停止する位置を臨む部分に設けられた排気部から金型キャビティ内のガスを排気し、発泡性樹脂組成物の充填完了時の金型キャビティ内ガス圧力を（大気圧＋０．１ＭPa）より大きく、（大気圧＋０．２５ＭPa）以下にすることを特徴としている。

本発明において、金型キャビティ内に注気されるガスのガス圧力が（大気圧＋０．３ＭPa）〜（大気圧＋６ＭPa）〔圧力計のゲージ圧で０．３〜６ＭPa、以下、明細書中、圧力はすべてゲージ圧で記載する〕に限定されるが、その理由は、ガス圧力が０．３ＭPa未満であると、スワールマークが発生するおそれがあり、ガス圧力が６ＭPaを越えると、発泡性樹脂組成物の充填不良や、ヒケが発生するおそれがあるためである。
また、発泡性樹脂組成物の充填完了時の金型キャビティ内のガス圧力が０．２５ＭPa以下の正圧に限定され、より好ましくは、０．１〜０．２ＭPaであるが、その理由は、ガス圧力が高すぎると、ヒケが発生するおそれがあり、ガス圧力が低すぎるとスワールマークが発生するおそれがあるためである。

なお、充填完了時の金型キャビティ内のガス圧力が０．２５ＭPa以下の正圧に調整する方法としては、金型キャビティ内のガス圧力をガス圧力センサーで検知し、発泡性樹脂組成物の充填が完了するときには、ガス圧力が０．２５ＭPa以下の正圧、好ましくは０．１〜０．２ＭPaの圧力になるように排気用ガス孔につながっている開閉バルブを調整する方法が挙げられる。
ガス圧力センサーとしては、特に限定されず、適宜のものを使用できるが、例えば、市販品としてバルコム社製の中高圧用アンプ内蔵圧力センサー等を用いることができる。

本発明において、発泡性樹脂組成物の流動が停止する位置とは、金型キャビティの発泡性樹脂組成物の流動端末であって、多点ゲートの場合、ウェルド部分も含まれる。

本発明において、注気されたガスを排気する機構は、特に限定されるわけでなく、たとえば、金型キャビティ外に臨む排気用のガス孔を金型に設け、このガス孔と、金型キャビティとを溶融樹脂が入らないように、１００〜２００μｍ程度の溝で連結させた機構、あるいは前記ガス孔と金型キャビティとの間に多孔質な焼結金属製のブロックを介在させ、焼結金属の小孔を介して金型キャビティ内のガスをガス穴から排気する機構が挙げられる。

本発明において、金型キャビティ内に注気されるガスとしては、特に限定されないが、たとえば、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが挙げられ、これらを混合して用いる場合もある。

本発明の発泡射出成形品の製造方法に用いる樹脂としては、特に限定されないが、たとえば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリスチレン，プロピレン／エチレンコポリマーなどのポリオレフィン系樹脂が挙げられる。

化学発泡剤としては、特に限定されないが、アゾジカルボンアミド（有機化合物）や重炭酸ナトリウム等の重炭酸塩（無機化合物）などが挙げられる。

また、上記発泡性樹脂組成物には、上記熱可塑性樹脂および化学発泡剤以外に、必要に応じて、公知の、発泡助剤、発泡核剤、発泡成形安定剤、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤、滑剤、着色剤、難燃剤、架橋剤および／または充填剤を配合することができる。

因みに、発泡助剤としては、例えば、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カリウム、ステアリン酸亜鉛などのステアリン酸塩、モンタン酸（オクタドコサン酸）カルシウム、モンタン酸亜鉛などのモンタン酸塩等の高級脂肪酸金属塩、尿素もしくは尿素系化合物、パラフィン、その他ステアロアミド等が挙げられる。
発泡核剤としては、タルク、シリカ、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム等の無機フィラー等が挙げられる。

本発明にかかる発泡射出成形品の製造方法は、以上のように、金型キャビティ内ガス圧力が０．３〜６ＭPaとなるようにガスを注気した状態の金型キャビティ内に化学発泡剤を含む発泡性樹脂組成物を射出充填するとともに、充填開始から充填完了までの間で金型キャビティの発泡性樹脂組成物の流動が停止する位置を臨む部分に設けられた排気部から金型キャビティ内のガスを排気し、発泡性樹脂組成物の充填完了時の金型キャビティ内ガス圧力を０．２５ＭPa以下の正圧にするようにしたので、成形品の表面が非発泡またはスワールマークと呼ばれる発泡模様がなく、内部が発泡したヒケなどのない高外観発泡射出成形品が得られる。しかも、発泡性樹脂組成物の流動が停止する位置を臨む部分に排気部を設けるだけであるので、金型の構造もそれほど複雑化することがない。また、樹脂製の断熱層をキャビティ面に設ける必要がないので、金型の耐久性も問題がない。

以下に、本発明を、その実施の形態を表す図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は本発明にかかる発泡射出成形品の製造方法に用いる発泡射出成形装置の1例を表している。

図１に示すように、この発泡射出成形装置１は、金型２と、射出機３とを備えている。
射出機３は、射出シリンダー３１と、射出スクリュー３２と、射出ノズル３３とを備えている。
金型２は、固定型４と、可動型５、カウンタープレッシャー装置６とを備えている。

固定型４は、閉合により後述する可動型５のキャビティ部５１との間で金型キャビティＣを形成するキャビティ部４１と、射出機３から金型キャビティＣに充填される発泡性樹脂組成物の流路４２と、ガス圧力センサー４３と、Ｏリング４４と、ガス圧力センサー４３で計測されたガス圧力を表示する圧力計４５とを備えている。このガス圧力センサー４３は、計測された圧力を後述する電磁開閉弁５６ａにフィードバックできるようになっている。

可動型５は、図１及び図２に示すように、キャビティ部５１と、このキャビティ部５１及び後で詳述するカウンタープレッシャー装置６から注気されるガスの通路である注気用ガス孔５２と、キャビティ部５１と注気用ガス孔５２を連結するスリット状溝５３と、金型キャビティＣに注気されたガスを排気するための排気用ガス孔５４と、キャビティ部５１と排気用ガス孔５４を連結するスリット状溝５５と、排気用ガス孔５４に接続された電磁開閉弁５６ａ付きのガス排気用配管５６と、Ｏリング嵌合溝５７と、ゲート５８とを備えている。
上記スリット状溝５５は、発泡性樹脂組成物の流動が停止する位置であるゲート５８から最も遠い位置に設けられている。
カウンタープレッシャー装置６は、注気用ガス孔５２に接続され、窒素ガスボンベ６１と、圧力制御弁６２ａおよび電磁開閉弁６２ｂ付きのガス注気用配管６２とを備えている。

また、上記発泡射出成形装置１は、図示していないが、制御器、電磁開閉弁の開閉のタイマー等からなるコントローラーを備え、タイマーが、金型型締完了と同時にスタートし、ガス注気および排気のタイミングをコントロールできるようになっている。

そして、上記発泡射出成形装置１は、次のようにして発泡射出成形品を製造することができる。
すなわち、まず、可動型５が型締を開始し、図１に示すように、型締を完了すると、ガス注気側の電磁開閉弁６２ｂ及びガス排気側の電磁開閉弁５６ａのタイマーがスタートする。そして、予め経験的に求められたガス注気開始の設定時間が来れば、電磁開閉弁６２ｂの弁が開き、金型キャビティＣ内のガス圧力が、０．３〜６ＭPaとなるように、カウンタープレッシャー装置６から窒素ガスが金型キャビティＣ内に注気され、予め経験的に求められたガス注気終了の設定時間が来れば、電磁開閉弁６２ｂの弁が閉じる。なお、ガス圧力の制御は、圧力制御弁６２ａによって設定される。

その後、予め経験的に求められたガス排気開始の設定時間が来れば、電磁開閉弁５６ａの弁が開き、金型キャビティＣ内のガスが排気が開始され、ガス圧力センサー４３によって計測された金型キャビティＣ内のガス圧力が、充填完了時に０．２５ＭPa以下の正圧、好ましくは、０．１〜０．２ＭPaとなるまで、金型キャビティＣ内のガスが排気され、排気が完了すると、電磁開閉弁５６ａの弁が閉じる。
また、上記のように、電磁開閉弁６２ｂ、５６ａが作動している間に、図３に示すように、発泡性樹脂組成物Ｐ１が金型キャビティＣ内に充填される。

発泡性樹脂組成物Ｐ１の充填開始から所定時間が経過し、金型キャビティＣへの発泡性樹脂組成物Ｐ１の充填が完了すると、図４に示すように、コアバック法により、可動型５がL1の距離だけ移動し、発泡性樹脂組成物Ｐ１が発泡する。
冷却固化完了後、金型２が開放され、発泡射出成形品Ｐ２が金型２から取り出される。

以下に、本発明の具体的な実施例を比較例と併せて説明する。
図１に示すような発泡射出成形装置１によって、以下の基本条件にて、ポリプロピレン（プライムポリマー社製商品名プライムポリプロＪ８３０ＨＶ）１００重量部に対し、発泡剤マスターバッチ（永和化成工業社製商品名ポリスレンＥＥ２７５Ｆ）を５重量部添加した発泡性樹脂組成物を、射出成形機（東芝機械社製ＥＣ１６０Ｎ）を用い、表１に示す発泡性樹脂組成物充填開始時の金型キャビティ内ガス圧力、発泡性樹脂組成物充填完了時の金型キャビティ内ガス圧力で発泡射出成形品をそれぞれ製造し、得られた成形品のスワールマークの有無、ヒケの有無を目視で観察し、その結果をガス注気用の電磁開閉弁６２ｂの弁開放開始時間（秒）、ガス注気用の電磁開閉弁６２ｂの弁閉鎖時間（秒）、ガス排気用の電磁開閉弁５６ａの弁開放開始時間（秒）と併せて表１に示した。
なお、電磁開閉弁６２ｂの弁開放開始時間（秒）、電磁開閉弁６２ｂの弁閉鎖時間（秒）、電磁開閉弁５６ａの弁開放開始時間（秒）は、それぞれ型締完了からの時間を示す。また、ガス圧力は、ガス圧力センサー４３により測定されたものである。射出充填開始前のガス圧力は、圧力制御弁６２ａで調整した。
（基本条件）
発泡性樹脂組成物Ｐ１の温度：２００℃
射出スクリュー３２の回転数：８０ｒｐｍ
金型２の温度：６０℃
発泡性樹脂組成物Ｐ１射出時の金型キャビティＣの厚さ：１．４３ｍｍ
金型キャビティＣの大きさ：３３０ｍｍ（横）×１３０ｍｍ(縦)
コアバック時の型開き幅（L１）：１．５５ｍｍ
型開き待ち時間：０．５秒
充填時間：２．１秒
成形品Ｐ２の厚さ：２．７３ｍｍ（発泡倍率１．９倍）
冷却時間：４０秒

表１から金型キャビティ内ガス圧力が０．３〜６ＭPaとなるようにガスを注気した状態の金型キャビティ内に化学発泡剤を含む発泡性樹脂組成物を射出充填するとともに、充填開始から充填完了までの間で金型の発泡性樹脂組成物の流動が停止する位置を臨む部分に設けられた排気部から金型キャビティ内のガスを排気し、発泡性樹脂組成物の充填完了時の金型キャビティ内ガス圧力を０．２５ＭPa以下の正圧になるように、金型キャビティ内のガス圧力を制御するようにすれば、成形品の表面が非発泡またはスワールマークと呼ばれる発泡模様がなく、内部が発泡したヒケ等のない高外観発泡射出成形品が得られることがよくわかる。

本発明にかかる発泡射出成形品の製造方法は、たとえば、パソコンなどの情報機器、家電、ＯＡ機器等の筐体や、自動車などの内装品等の製造に好適に用いられる。

本発明の発泡射出成形品の製造方法に使用される射出成形装置の1例を一部断面にして示した図である。 図１の射出成形装置の可動型の平面図である。 図１の射出成形装置の金型のコアバック直前の状態を示す図である。 図１の射出成形装置の金型のコアバック直後の状態を示す図である。

符号の説明

１ 発泡射出成形装置
２ 金型
３ 射出機
３１ 射出シリンダー
３２ 射出スクリュー
３３ 射出ノズル
４ 固定型
４１ キャビティ部
４２ 流路
４３ ガス圧力センサー
４４ Ｏリング
４５ 圧力計
５ 可動型
５１ キャビティ部
５２ 注気用ガス孔
５３ スリット状溝
５４ 排気用ガス孔
５５ スリット状溝
５６ ガス排気用配管
５６ａ 電磁開閉弁
５７ Ｏリング嵌合溝
５８ 製品ゲート
６ カウンタープレッシャー装置
６１ 窒素ガスボンベ
６２ ガス注気用配管
６２ａ 圧力制御弁
６２ｂ 電磁開閉弁
Ｃ 金型キャビティ
Ｐ１ 発泡性樹脂組成物
Ｐ２ 発泡射出成形品

Claims (1)

1. 金型キャビティ内に発泡性樹脂組成物を射出し、内部に発泡構造を有しかつ表面が非発泡な樹脂成形品を得る発泡射出成形品の製造方法において、金型キャビティ内ガス圧力が（大気圧＋０．３ＭPa）〜（大気圧＋６ＭPa）となるようにガスを注気した状態の金型キャビティ内に化学発泡剤を含む発泡性樹脂組成物を射出充填するとともに、充填開始から充填完了までの間で金型キャビティの発泡性樹脂組成物の流動が停止する位置を臨む部分に設けられた排気部から金型キャビティ内のガスを排気し、発泡性樹脂組成物の充填完了時の金型キャビティ内ガス圧力を（大気圧＋０．１ＭPa）より大きく、（大気圧＋０．２５ＭPa）以下にすることを特徴とする発泡射出成形品の製造方法。

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