JP5707475B2 - スチレン系樹脂発泡シート - Google Patents
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Description
このような成形加工は、スチレン系樹脂発泡シートを変形可能な温度まで加熱して実施されるため、例えば、下記特許文献1に示すように、スチレン系樹脂発泡シートには、加熱収縮などの熱変形を起こさないことが求められている。
そして、その場合には、サーキュラ金型の吐出口から溶融状態のスチレン系樹脂組成物が押し出される際に急峻に発泡しながら冷却されることから、押出し方向(以下「MD方向」ともいう)に延伸された状態となってスチレン系樹脂発泡シートが作製されている。
また、押し出された後に冷却マンドレルによって周方向(押出し方向と直交する方向:以下「TD方向」ともいう)への延伸が加えられたりもしている。
(1) 0.7≦(SDO/SDI)≦1.4
(2) −0.1≦{(LMD0−LMD1)/LMD0}≦0.2
(3) −0.1≦{(LTD0−LTD1)/LTD0}≦0.2
(4) 0.9≦{(LMD1/LMD0)+(LTD1/LTD0)}/2≦1.05
(5) 0.8≦(LOMD1/LIMD1)≦1.05
(6) 0.8≦(LOTD1/LITD1)≦1.05
(ただし、「SDO」は、スチレン系樹脂発泡シートに対して、前記筒状の発泡体の外側に相当する側の表面から0.2mm深さまでの平均密度を測定した値を表し、「SDI」は、スチレン系樹脂発泡シートに対して、前記筒状の発泡体の内側に相当する側の表面から0.2mm深さまでの平均密度を測定した値を表している。さらに、「LMD0」、「LTD0」は押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向とにおける加熱処理前のそれぞれ寸法を表し、「LMD1」、「LTD1」は押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向とにおける加熱処理後のそれぞれ寸法を表している。また、「LOMD1」、「LOTD1」は、前記筒状の発泡体の外側に相当する側から、加熱処理後のスチレン系樹脂発泡シートの寸法を押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向について測定した値を表し、「LIMD1」、「LITD1」は、前記筒状の発泡体の内側に相当する側から、加熱処理後のスチレン系樹脂発泡シートの寸法を押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向について測定した値を表している。なお、先の「LMD1」と「LTD1」とは、この筒状の発泡体の外側に相当する側の寸法と、内側に相当する側の寸法との平均で求められる値であり、当該値との間に〔LMD1=(LOMD1+LIMD1)/2〕、〔LTD1=(LOTD1+LITD1)/2〕の関係を有するものである。)
まず、スチレン系樹脂発泡シートについて説明する。
図1は、本実施形態に係る樹脂発泡シートの断面図であり、本実施形態に係るスチレン系樹脂発泡シート1は、発泡押出しされたシート単体で構成されているもので、非発泡層などの他の層が備えられてはいないものである。
ただし、この図1にも示されているように、図1正面視上側の表面1a(以下「第一表面1a」ともいう)と下側の表面1b(以下「第二表面1b」ともいう)とがいずれも厚み方向中心部に比べて気泡径が小さく、発泡度が低い(密度が高い)状態となって形成されている。
本実施形態にかかるスチレン系樹脂発泡シートは、全体の平均密度が0.05g/cm3以上、0.14g/cm3以下の範囲の内のいずれかとなっている。
(1) 0.7≦(SDO/SDI)≦1.4
(2) −0.1≦{(LMD0−LMD1)/LMD0}≦0.2
(3) −0.1≦{(LTD0−LTD1)/LTD0}≦0.2
(4) 0.9≦{(LMD1/LMD0)+(LTD1/LTD0)}/2≦1.05
(5) 0.8≦(LOMD1/LIMD1)≦1.05
(6) 0.8≦(LOTD1/LITD1)≦1.05
(ただし、「SDO」は、スチレン系樹脂発泡シートに対して、前記筒状の発泡体の外側に相当する側の表面から0.2mm深さまでの平均密度を測定した値を表し、「SDI」は、スチレン系樹脂発泡シートに対して、前記筒状の発泡体の内側に相当する側の表面から0.2mm深さまでの平均密度を測定した値を表している。さらに、「LMD0」、「LTD0」は押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向とにおける加熱処理前のそれぞれ寸法を表し、「LMD1」、「LTD1」は押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向とにおける加熱処理後のそれぞれ寸法を表している。また、「LOMD1」、「LOTD1」は、前記筒状の発泡体の外側に相当する側から、加熱処理後のスチレン系樹脂発泡シートの寸法を押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向について測定した値を表し、「LIMD1」、「LITD1」は、前記筒状の発泡体の内側に相当する側から、加熱処理後のスチレン系樹脂発泡シートの寸法を押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向について測定した値を表している。なお、先の「LMD1」と「LTD1」とは、この筒状の発泡体の外側に相当する側の寸法と、内側に相当する側の寸法との平均で求められる値であり、当該値との間に〔LMD1=(LOMD1+LIMD1)/2〕、〔LTD1=(LOTD1+LITD1)/2〕の関係を有するものである。)
上記関係式に用いられている各パラメータについては、以下のようにして求められうる。
まず、図2に示すように、スチレン系樹脂発泡シートを四辺がMD方向とTD方向とに平行となるように10cm角の試験片を切り出し、しかも、円筒状に押し出された際の外側面(図2の符号“Os”)に相当する側と、内側面(図2の符号“Is”)に相当する側とを判別可能な状態にして試験片を作製し、該試験片を金網上に敷いた状態で125℃に加熱されたギヤオーブンに入れて2分30秒間加熱し、該加熱後の試験片について、対向する辺の中心間距離を試験片の両面において測定し、これを加熱処理後の各測定値(LOMD1、LIMD1、LOTD1、LITD1)とすることができる。
なお、加熱後の試験片などに湾曲等を生じている場合は、中心間距離の測定を直線距離で測定するのではなく、表面に沿った曲線距離で測定するものとする。
この曲線距離は、例えば、巻尺のようなものを試験片の表面に沿わせて測定することができる。
そして、加熱処理後の寸法(LMD1、LTD1)は、得られた測定値から、MD方向とTD方向との両方において試験片の両面(Os側、Is側)の平均値〔(LOMD1+LIMD1)/2〕、〔(LOTD1+LITD1)/2〕をそれぞれ計算して求めることができる。
また、表面付近の平均密度(SDI、SDO)が、0.1g/cm3以上であることが重要なのは、平均密度(SDI、SDO)が、0.1g/cm3未満では、作製された成形品を吸着パッド等で移送する際に、この吸着パッドの痕が付いてしまうおそれを有するためである。
また、前記ビニル系単量体としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、ジメチルマレエート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、エチルフマレートが挙げられる。
その場合には、スチレン系樹脂とポリフェニレンエーテル系樹脂との合計100質量部に対して、10質量部以上50質量部以下となる割合で前記フェニレンエーテル系樹脂を含有させることが好ましい。
このとき、用いるスチレン系樹脂としては、ポリフェニレンエーテル系樹脂との相溶性の観点から、汎用ポリスチレン樹脂(GPPS)などと呼ばれるスチレン単独重合体(スチレンホモポリマー)が好ましい。
なお、ポリフェニレンエーテル系樹脂は、通常、次の一般式で表される。
例示すれば、ポリ(2,6−ジメチルフェニレン−1,4−エーテル)、ポリ(2,6−ジエチルフェニレン−1,4−エーテル)、ポリ(2,6−ジクロルフェニレン−1,4−エーテル)等が本実施形態において用いられ得る。
また、重合度nは、通常10〜5000の範囲内である。
また、一般的にはスチレン系樹脂に比べて高価であるために上記範囲を超えてポリフェニレンエーテル系樹脂を含有させると材料コストの観点においても問題を生じさせるおそれを有する。
一方で、上記のようにポリフェニレンエーテル系樹脂をブレンドする方法は、単に製品に耐熱性を付与することができるばかりでなく、優れた靱性を付与することができる点においても優れている。
この消臭成分としては、ゼオライト系やリン酸ジルコニウム系の無機物粒子が挙げられる。
なかでも、消臭効果の点においては、リン酸ジルコニウム系の成分を採用することが好ましい。
なかでも、脂肪族炭化水素が好ましい。
なお、これらのガス成分は単独で使用されても複数併用されてもよい。
このスチレン系樹脂発泡シートを製造するための装置について図3〜図5を参照しつつ説明する。
図3は、本発明に係るスチレン系樹脂発泡シートの製造方法に用いられる製造装置の一例を示す構成図であり、サーキュラ金型からスチレン系樹脂組成物を発泡押出しして筒状の発泡体を形成させた後、該筒状の発泡体を冷却マンドレルの外周に沿わせて冷却し、冷却された発泡体を上下に二分割してロールに巻き取る様子を示したもので図4は、このサーキュラ金型を押出し方向下流側から上流側に向けて見た場合の正面図と、該正面図に示されているX−X’線の矢視断面図を表している。
さらに、図5は、図4の矢視断面図と同じ視点において、前記スチレン系樹脂組成物が押出し発泡される様子を示したものである。
そして、この上流側押し出し機70aの下流側には、ベース樹脂とガス性成分とを含有する発泡性樹脂組成物を溶融混練して合流金型XHに吐出するための押出し機(以下「下流側押し出し機70b」ともいう)が備えられている。
前記外型ORは、押出し方向先端部の前記開口部OPから押出し方向上流側に向かって縮径した円錐台形状の空間部を形成させるべく傾斜した内周面ORiを有している。
一方で、前記内型CLには、前記外型ORの前記内周面ORiに対向する外周面CLiが形成され、しかも、前記外型ORの内周面ORiが水平軸HAに傾斜している角度θ1よりも大きな傾斜角θ2で傾斜した外周面CLiが形成されている。
すなわち、前記外型ORは、サーキュラ金型CDの先端部において押出し方向に広がる円錐台形状の空間部を有し、前記内型CLは、サーキュラ金型CDの先端部に前記空間部よりも一回り小さな円錐台形状となる部分を当該空間部内に位置させるべく配されており、しかも、前記外型ORと前記内型CLとは円錐台形状の底面が外型ORの空間部と内型CLとで略面一となるようにして配されている。
そして、円錐台形状の空間部の底面に相当する前記開口部OPの直径が、前記内型CLの直径よりも径大とされ、該内型CLの外縁と前記開口部OPの開口縁との間に円環状の吐出口LPが形成されている。
また、外型ORと内型CLとは、上記のように互いの斜面を互いに対向させて配されることにより、前記吐出口LPへと至る流路FLをこの斜面の間に形成させている
しかも、このサーキュラ金型CDは、前記内型CLと前記外型ORとの間に形成されたスチレン系樹脂組成物の流路FLとなる部分の断面積が、押出し方向に向けて小さくなるように形成されている。
この傾斜角の差(Δθ)がこのような範囲内であることが重要であるのは、この傾斜角の差(Δθ)が溶融されたスチレン系樹脂組成物の圧力の調整に重要な意味を持ち、吐出口LPから吐出される際の発泡挙動に重要な意味を有するためである。
また、傾斜角の差(Δθ)の上限値が、10度に設定されているのは、傾斜角の差(Δθ)が10度を超える状態となると、前記吐出口LPから吐出された際の発泡において溶融樹脂に過大なせん断力を発生させるおそれがあり、MD方向における「寸法変化量」を先のような範囲内の値とすることが難しくなるためである。
なお、θ2(内型の傾斜面と中心線とがなす角度)は、通常15度〜70度の範囲である。
この内型CLと外型ORの温度は、押出されるスチレン系樹脂組成物に与えるせん断力に影響するため、35℃以上の温度差を生じると「内外差」や「表層密度差」を先に述べた範囲内とすることが難しくなる。
ただし、次に述べる冷却装置CR1、CR2によっても内型CLと外型ORとは温度変化されることから、必ずしも内型CLと外型ORとがそれ自身に温度調整機構を有していなくとも35℃以上の温度差が生じることを抑制することは可能である。
この冷却装置CR1、CR2は、室温〜40℃程度の温度の空気を発泡体FBの内外において周方向に略均一な風量となる冷却風を吹き付けうるように構成されており、この冷風の温度が内外で略同じである場合には、その内側の風量の比率(外側の冷却装置CR1から風量/内側の冷却装置CR2からの風量)が0.7以上、1.3以下となるように調整可能なものとすることが好ましい。
また、通常、円筒状の樹脂発泡シートの内外に吹き付ける風量は、上記のような温度においては、得られるスチレン系樹脂発泡シート1m2当たり0.01m3以上、0.1m3以下とされる。
なお、冷却装置CR1、CR2からそれぞれ単位時間に排出される空気などの冷却用気体の量をその温度における大気圧換算した値を、例えば、それぞれV1(m3/min)、V2(m3/min)とし、作製されるスチレン系樹脂発泡シートの全幅をW(m)、スチレン系樹脂発泡シートの引取り速度をv(m/min)とした場合に、前記風量は、「V1/W/v」、「V2/W/v」で表され、風量の比率が“0.7以上、1.3以下”とは(V1/W/v)/(V2/W/v)、すなわち、(V1/V2)の値が0.7〜1.3となることを意味するものである。
ただし、この冷却マンドレルMDの外径は、前記吐出口の口径(D:吐出口の中央部を通る円の直径(通常、外型ORの開口部OPの直径と内型CLの直径との平均値)。)に対して3.1倍以上、4.5倍以下のいずれかの値を有していることが好ましい。
この吐出口の口径に対する冷却マンドレルMDの外径の割合は、すなわち、発泡体FBを周方向にどの程度延伸させるかを規定するものであり、3.1倍未満の場合には、延伸不足によって加熱時にドローダウンを招くおそれがある。
また、4.5倍を超えると延伸が過大となってTD方向における「寸法変化量」を先のような値とすることが難しくなる。
また、ここで述べていない装置類で、スチレン系樹脂発泡シートの製造に関わる装置として従来公知のものについては、本発明においても採用が可能であり、本発明の効果が著しく損なわれない範囲において各種の技術事項を採用可能である。
その後、下流側押出し機70bで発泡押出しに適した温度に調整してサーキュラ金型CDの円環状の吐出孔LPから円筒状に押出し、押出された発泡体FBをその内外から冷却装置CR1、CR2によって冷却した後、冷却マンドレルMDに沿わせてさらなる冷却を実施する。
この冷却装置CR1、CR2による冷却条件を調整することで、冷却マンドレルMDによる延伸も調整することができるとともに、発泡シート1の表面付近の気泡径を小さく(密度を高く)することができる。
そして、その後、冷却マンドレルMDによって冷却された発泡体FB’をスリットして巻取りローラ92で巻取り、帯状のスチレン系樹脂発泡シート1を得ることができる。
また、冷却装置CR1、CR2の冷却風の風量を調整するなどして、より確実に先の関係式(1)〜(6)を満足させるようなスチレン系樹脂発泡シートを容易に得ることができる。
押出し方向上流側に向かって縮径した状態となるように傾斜した内周面を有する外型と、該外型の前記内周面に対向する外周面が形成された内型とが備えられており、しかも、前記外型の内周面が傾斜している角度よりも大きな傾斜角で傾斜した外周面が前記内型に形成されて該内型と前記外型との間に形成された流路の断面積が押出し方向に向けて小さくなるように形成されているサーキュラ金型を用いて、加熱溶融されたスチレン系樹脂組成物を発泡押出し、該発泡押出しによって形成された筒状の発泡体に内外から空冷を行って冷却した後、前記円環状の吐出口の口径よりも大きな外径を有する冷却マンドレルに沿わせてさらに冷却することともに周方向の延伸を実施しスチレン系樹脂発泡シートを作製した。
また、筒状の発泡体に対する内外からの空冷は約28℃の空気を、(外側から風量/内側からの風量)の比率が下記表1に示す値となるようにした。
また、得られたスチレン系樹脂発泡シートの厚みと密度を測定した結果を、下記表1に示す。
なお、厚みは、Teclock社製、「定圧厚み測定機」(型式:SCM−627)を用いて測定し、スチレン系樹脂発泡シートの密度は、JIS K 7222:2005「発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の求め方」に基づいて求めた。
また、実施例1〜3、比較例1〜6のスチレン系樹脂発泡シートに対して125℃で2分30秒の加熱処理を実施した際の寸法変化を、前記関係式(2)〜(6)に基づいて表現し、下記表2に示す。
また、クランプ部より下に50mm以上シートが垂れたものを「ドローダウン」について「×」として判定し、50mm未満となったものを「○」と判定した。
そして、成形時にシートに“波打ち”が見られたものを「×」として判定し、見られないものを「○」と判定した。
さらに、得られた成形品に、“シワ”の発生がないかどうか、“吸着パッド痕”が見られるかどうかを目視にて観察し、これらが見られたものを「×」として判定し、見られないものを「○」と判定した。
評価を行った結果を、下記表2に示す。
以下に、樹脂成分がスチレン系樹脂単独のスチレン系樹脂発泡シートと、ポリフェニレンエーテル系樹脂を含有させたスチレン系樹脂組成物で作製したスチレン系樹脂発泡シートとにおいて割れ難さを評価した事例を示す。
スチレン系樹脂(DIC社製GPPS(スチレンホモポリマー)、商品名「XC−515」)70質量%、及び、ポリフェニレンエーテル系樹脂(PPE)とスチレン系樹脂(PS)との混合樹脂(サビック社製、商品名「ノリルEFN4230」、PPE/PS=70/30)30質量%からなる樹脂成分100質量部に対して、消臭成分として東亜合成社製のリン酸ジルコニウム系消臭剤(商品名「ケスモンNS−10」)を0.5質量部含有する樹脂組成物を押出し発泡して、厚み2.0mm、目付け180g/m2のスチレン系樹脂発泡シート(シート1)を作製した。
GPPS、PPE、及び、消臭成分を含む樹脂組成物に代えてアクリル系モノマーとスチレンモノマーとの共重合体を押出し発泡してシート1と同じ厚みで同じ目付けのスチレン系樹脂発泡シート(シート2)を作製した。
GPPS、PPE、及び、消臭成分を含む樹脂組成物に代えてGPPSのみを押出し発泡してシート1と同じ厚みで同じ目付けのスチレン系樹脂発泡シート(シート3)を作製した。
上記シートから6.5±0.5mgのサンプルを採取し、JIS K7121に基づいて示差走査熱量測定を実施した(使用装置:エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、示差走査熱量計装置、型名「DSC6220」)。
その結果、シート1、シート2のサンプルにおいては、JIS K7121 9.3(1)に記載の「中間点ガラス転移温度(Tmg)」が120℃付近に観察され、シート3のサンプルでは、106℃に観察された。
上記シート1〜3から、100×100mmのテストピースを採取して、該テストピースに対して、ASTM D3763に基づくダイナタップ衝撃試験を実施した(使用装置:General Research Corp.社製、ダイナタップ衝撃試験装置、型名「GRC8250」)。
その結果、シート2のテストピースについては、最大点変位3.2mm、最大荷重29Nという結果となり、シート3のテストピースについては、最大点変位4.0mm、最大荷重36Nという結果となった。
一方でシート1のテストピースについては、最大点変位4.4mm、最大荷重42Nという結果となった。
このことからもシート1は、PPE系樹脂が含有されることによって変位と荷重が大きな割れ難い状態となっていることがわかる。
Claims (1)
- 加熱溶融されたスチレン系樹脂組成物がサーキュラ金型の円環状の吐出口から発泡押出しされて得られた筒状の発泡体を平坦に展開したスチレン系樹脂発泡シートであって、
1.0mm以上、3.5mm以下の厚みを有し、全体の平均密度が0.05g/cm3以上、0.14g/cm3以下で、前記スチレン系樹脂組成物には、スチレン系樹脂とポリフェニレンエーテル系樹脂とが含有され、前記ポリフェニレンエーテル系樹脂が前記スチレン系樹脂と前記ポリフェニレンエーテル系樹脂との合計100質量部に対して10質量部以上50質量部以下となる割合で含有されており、両表面から厚み方向0.2mm深さまでの平均密度が0.10g/cm3以上で、該0.2mm深さまでの平均密度が下記関係式(1)を満足させるとともに、125℃で2分30秒の加熱処理を行った際に生じる外形変化が、下記(2)〜(6)の関係式を全て満足させることを特徴とするスチレン系樹脂発泡シート。
(1) 0.7≦(SDO/SDI)≦1.4
(2) −0.1≦{(LMD0−LMD1)/LMD0}≦0.2
(3) −0.1≦{(LTD0−LTD1)/LTD0}≦0.2
(4) 0.9≦{(LMD1/LMD0)+(LTD1/LTD0)}/2≦1.05
(5) 0.8≦(LOMD1/LIMD1)≦1.05
(6) 0.8≦(LOTD1/LITD1)≦1.05
(ただし、「SDO」は、スチレン系樹脂発泡シートに対して、前記筒状の発泡体の外側に相当する側の表面から0.2mm深さまでの平均密度を測定した値を表し、「SDI」は、スチレン系樹脂発泡シートに対して、前記筒状の発泡体の内側に相当する側の表面から0.2mm深さまでの平均密度を測定した値を表している。さらに、「LMD0」、「LTD0」は押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向とにおける加熱処理前のそれぞれ寸法を表し、「LMD1」、「LTD1」は押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向とにおける加熱処理後のそれぞれ寸法を表している。また、「LOMD1」、「LOTD1」は、前記筒状の発泡体の外側に相当する側から、加熱処理後のスチレン系樹脂発泡シートの寸法を押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向について測定した値を表し、「LIMD1」、「LITD1」は、前記筒状の発泡体の内側に相当する側から、加熱処理後のスチレン系樹脂発泡シートの寸法を押出し(MD)方向と該押出し方向と直交する(TD)方向について測定した値を表している。なお、先の「LMD1」と「LTD1」とは、この筒状の発泡体の外側に相当する側の寸法と、内側に相当する側の寸法との平均で求められる値であり、当該値との間に〔LMD1=(LOMD1+LIMD1)/2〕、〔LTD1=(LOTD1+LITD1)/2〕の関係を有するものである。)
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