JP5798963B2 - 電子機器用緩衝材 - Google Patents
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さらに、微細なクリアランスに対するスペーサーとして用いる場合、クリアランスに対応するために80〜90%圧縮して用いることが多いが、目的の微小なクリアランスに対応することが出来なかった。
また、同文献の実施例には、微小なクリアランスに対応するために、0.30μmの厚さを有する発泡体を0.10μmにまで圧縮(約67%圧縮)した状態で対反発荷重を測定したことが記載されているが、より圧縮された状態でも優れた緩衝性を有する発泡体が望まれている。
0.02〜0.20mmの平均気泡径及び30〜100kg/m3の見掛け密度を有するポリオレフィン系樹脂発泡体から構成され、
前記ポリオレフィン系樹脂発泡体が、1〜30%の気泡破れ率を有し、かつ0%圧縮時及び80%圧縮解放から10秒後において、40%以下の反発弾性率を有することを特徴とする電子機器用緩衝材が提供される。
本発明の電子機器用緩衝材に用いられるポリオレフィン系樹脂発泡体(以下、単に「発泡体」とも称する)は、複数の気泡と、複数の気泡を気泡ごとに区画するポリオレフィン系樹脂を含む壁とを有している。更に、上記発泡体は、個々の気泡を区画する多くの壁が、破れを有していること、すなわち、気泡破れを有することを特徴の1つとしている。例えば、図1は気泡破れを多く有する上記発泡体の断面の走査電子顕微鏡写真、図2は気泡破れの少ない従来の発泡体の断面の走査電子顕微鏡写真である。これら写真から、上記発泡体は、個々の気泡に多くの破れがあることがわかり、このようなある範囲の気泡破れ率を有することにより、優れた緩衝性を有する。
なお、気泡破れ率とは、発泡体の断面の走査電子顕微鏡写真を、破れ箇所とそれ以外の箇所が白黒となるように2値化処理し、2値化処理写真から得られた写真の面積に対する破れの面積の割合を意味する。具体的な測定法は、実施例の欄で説明する。
上記発泡体は、1000mm/分の圧縮速度で80%圧縮したときに350kPa以下の圧縮応力を有することが好ましい。圧縮応力が350kPaを超えると、落下等のような短時間における強い衝撃に対して所望の緩衝性が得られないことがある。この条件での発泡体の圧縮応力のより好ましい範囲は325kPa以下であり、更に好ましい範囲は300kPa以下である。
他のオレフィンとしては、例えば、エチレンやプロピレンの他に、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン等の炭素数が4〜10であるα−オレフィンが挙げられる。
これらの内、発泡性や耐熱性が優れるホモポリプロピレンや、ポリプロピレンのブロック共重合体が好ましい。中でも、耐熱性に優れるホモポリプロピレンがより好ましい。
非架橋エチレン−プロピレン−ジエン共重合体を構成するジエン成分としては、例えばエチリデンノルボルネン、1,4−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン等が挙げられる。ここで、非架橋エチレン−プロピレン−ジエン共重合体エラストマーは、1種又は2種以上を混合してもよい。このような非架橋エチレン−プロピレン−ジエン共重合体エラストマーを使用することにより、通常のポリプロピレン系樹脂を押出発泡成形する場合と同様の押出機での製造が可能となる。更に、発泡体をリサイクルし再び押出機へ供給して発泡成形をする場合でも、架橋エラストマーを用いた時に問題となる架橋ゴムによる発泡不良も抑制できる。
エチレンとα−オレフィンとの共重合体としては、例えば、住友化学社製の商品名エスプレンNO416(エチレン−1−ブテン共重合体)、日本ポリケム社製の商品名カーネルKS240(エチレン−1−ヘキセン共重合体)及びダウ・ケミカル社製の商品名アフィニティーEG8100(エチレン−1−オクテン共重合体)を挙げることができる。
界面活性剤は、すべり性及びアンチブロッキング性を付与するものである。また、分散剤は、無機充填剤の分散性を向上させるものである。分散剤としては、例えば、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等が挙げられる。
他の添加剤の含有量は、気泡の形成、発泡体の物性等を損なわない範囲で適宜選択でき、通常の発泡体に含まれる含有量を採用できる。
本発明の発泡体は、押出発泡成形法により製造できる。この方法に使用できる押出機としては、単軸押出機、二軸押出機、タンデム型押出機等が挙げられる。これらの内、押出条件を調整しやすいことから、タンデム型押出機が好ましい。
ここで、円環ダイDの気泡生成部2における樹脂の吐出速度Vが50〜300kg/cm2・時間であり、かつ円環ダイD手前での樹脂圧力が7MPa以上となる条件下で押出発泡させることが好ましい。
V=押出樹脂重量/金型気泡生成部断面積・時間
押出樹脂重量は、金型から押し出された総重量をいう。したがって、押出樹脂重量は、熱可塑性樹脂組成物と発泡剤との合計量となる。また、押出樹脂重量は、1時間当りの吐出量(kg/時間)で表すことができる。
気泡破れ率を樹脂温度によって調整するためには、独立気泡発泡体や気泡破れ率の小さい発泡体が得られる押出条件よりも、樹脂温度を1〜3℃高くすればよい。
気泡破れ率を環状金型によって調整するためには、独立気泡発泡体や気泡破れ率の小さい発泡体が得られる金型に比べ、金型の気泡生成部2の直径及び金型の発泡体成形部1の直径を5〜10%小さくし、更に、金型の気泡生成部2の間隔を10〜30%広くすること等によって調整できる。
ポリプロピレン系樹脂のメルトフローレート(MFR)は、JIS K7210:1999のB法に準拠して、試験温度230℃、試験荷重21.18Nにて測定されたものをいう。
ポリプロピレン系樹脂のMFRは、ポリプロピレン系樹脂は、1種を単独で用いる場合には、その樹脂のMFRを上記方法で測定されたものをいう。
また、ポリプロピレン系樹脂を2種以上混合して用いる場合には、それぞれ個々のポリプロピレン系樹脂のMFRを上記測定方法で測定し、それぞれのMFRの値から、下記の様にして、算出したものをいう。
即ち、ポリプロピレン系樹脂が、n種類のポリプロピレン系樹脂の混合物であるとした場合、ポリプロピレン系樹脂1のMFRをMFR1、ポリプロピレン系樹脂2のMFRをMFR2、・・・ポリプロピレン系樹脂nのMFRをMFRnとすると共に、ポリプロピレン系樹脂1の含有量をC1、ポリプロピレン系樹脂2の含有量をC2・・・ポリプロピレン系樹脂nの含有量をCnとする。なお、ポリプロピレン系樹脂nの含有量は、ポリプロピレン系樹脂nの重量をポリプロピレン系樹脂全体の重量で除したものとする。そして、ポリプロピレン系樹脂のMFRは、下記式によって算出される。
MFR(g/10分)=(MFR1)C1×(MFR2)C2×・・・×(MFRn)Cn
本明細書において、ポリオレフィン系樹脂発泡体の気泡破れ率は、下記の様にして、測定されたものをいう。
具体的には、発泡シートをMD方向(押出方向)及びTD方向(押出方向に直交する方向)に沿って切断し、それぞれの切断面の中央部を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−3000N)で倍率20倍に拡大して撮影した。
次に、発泡体評価ソフト(ナノシステム株式会社製Nano Hunter NS2K−Pro)にTD方向に沿って切断した切断面の画像を取り込み、測定範囲を座標幅370×370の正方形とし、設定した範囲の2値化を行った。2値化は閾値=50で白黒反転させた。
2値化した画像で、気泡に破れがなく、完全に連通化している部分の削除を行っていき、面積の計測をし、全体に占める面積に対しての白色部分の面積の割合をMD方向の気泡破れ率とした。この測定を取り込んだ画像中のそれぞれ違う範囲で合計3回行い、それぞれの結果の平均値を全体の気泡破れ率とした。
本明細書において、ポリオレフィン系樹脂発泡体の平均気泡径は、ASTM D2842−69の試験方法に準拠して、下記の様にして、測定されたものをいう。
具体的には、発泡シートをMD方向(押出方向)及びTD方向(押出方向に直交する方向)に沿って切断し、それぞれの切断面の中央部を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−3000N)で拡大して撮影した。
次に、撮影した画像をA4用紙上に印刷し、画像上に長さ60mmの直線を一本、描く。なお、MD方向に切断した切断面についてはMD方向に平行に、TD方向に切断した切断面についてはTD方向に平行に、VD方向(厚み方向)はMD方向及びTD方向に対して垂直(シートに対して垂直)に直線を描く。このとき、60mmの直線上に気泡が10〜20個程度となる様に、上記の電子顕微鏡での拡大倍率を調整した。
上記直線上に存在する気泡数から気泡の平均弦長(t)を下記式により算出し、この平均弦長を各方向(MD方向、TD方向及びVD方向)の平均気泡径とした。
平均弦長 t=60/(気泡数×写真の倍率)
なお、直線を描くにあたっては、できるだけ直線が気泡に点接触することなく貫通した状態となるようにする。又、一部の気泡が直線に点接触してしまう場合には、この気泡も気泡数に含め、更に、直線の両端部が気泡を貫通することなく、気泡内に位置した状態となる場合には、直線の両端部が位置している気泡も気泡数に含める。
前記式で算出された平均弦長tに基づいて次式により気泡径を算出する。
気泡径(mm)D =t/0.616
そして、得られたMD方向の気泡径(DMD)、TD方向の気泡径(DTD)とVD方向の気泡径(DVD)の相加平均値を再生樹脂含有ポリオレフィン系樹脂発泡体の平均気泡径とする。
平均気泡径(mm)=(DMD+DTD+DVD)/3
本明細書において、気泡に破れを有するポリオレフィン系樹脂発泡体の見掛け密度はJIS K 7222−1999記載の方法に準拠した方法により測定される。具体的には、試料から10cm3以上(半硬質及び軟質材料の場合は100cm3以上)の試験片を試料の元のセル構造を変えない様に切断し、その質量を測定し、次式により算出する。
密度(kg/m3)=試験片質量(g)/試験片体積(cm3)×103
圧縮応力は、JIS K6767 発泡プラスチック−ポリエチレン−試験方法に記載の方法に準拠して、下記の様にして、測定された値をいう。具体的には、50mm×50mmに裁断した試験片を1mm/分の圧縮速度で80%若しくは90%又は1000mm/分の圧縮速度で80%圧縮した際の圧縮応力の測定を行う。測定装置としては、オリエンテック社製テンシロン万能試験機UCT−10Tを用いることができる。試験片の厚みが2mm以上である場合はそのまま測定し、試験片の厚みが2mm未満の場合は約2mmとなるように重ねて測定する。
反発弾性率は、温度23℃、湿度50%の条件下でJIS K6400−3記載の方法に準拠した方法により測定される。具体的には、85mm×85mmに裁断した試験片を50mm厚みになるように重ねてセットする。つぎに500mm高さから直径16mm、質量16.8gの鋼球を落下させ、跳ね返った最大の高さを記録し、反発弾性率とした。測定装置としては、高分子計器株式会社製反発弾性試験機FR−1型を用いることができる。
80%圧縮解放から10秒後における反発弾性率は、温度23℃、湿度50%の条件下で下記のようにして、測定された値をいう。具体的には85mm×85mmに裁断した試験片を50mm厚みになるように重ねる。つぎに、37トンプレス機に重ねた試験片をセットし、プレス機のクリアランスを10mm(80%圧縮)になるように1mm/分又は1000mm/分の圧縮速度で圧縮して、そのまま24時間放置する。24時間後、試験片を取出して10秒後に上記反発弾性率の測定方法と同様にして反発弾性率を測定する。
比較例中で測定不可というのは、取出した直後に、圧縮前と同等の厚みに復元してしまい、圧縮時の反発弾性率が測定出来ないことを意味している。
25mm×25mm、0.5mm厚みのガラス板に、25mm×25mmの発泡体を載せたものを、50mm×50mm、1mmのアクリル板で挟んだものを試験片とした。
温度23℃、湿度50%の条件下で試験片を金属製の台座にセットし、0.39N(40g重)の鋼球を高さ150cmから、試験片に自由落下させることで測定を行った。これを、ガラス板が破損するまで行い、ガラス板が破損するまでの回数を計測することにより行った。ただし、自由落下の回数は上限を200回とし、表中の>200は、自由落下を200回行っても、ガラス板に破損がなかったこと意味する。
80%圧縮時における反発弾性率は、下記のようにして測定された値をいう。具体的には25mm×25mmに裁断した試験片を50mm厚みになるように重ねる。つぎに、37トンプレス機に重ねた試験片をセットし、プレス機のクリアランスを10mmになるように圧縮(80%圧縮)して、そのまま24時間放置する。24時間後、試験片を1枚取り出し、その10秒後、取り出した試験片を用いて上記落球試験の測定方法と同様に測定する。
比較例中で測定不可というのは、取出した直後に、圧縮前と同等の厚みに復元してしまい、圧縮時の落球試験が測定出来ないことを意味している。
(ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造)
口径が65mmの第一押出機の先端に、口径が75mmの第二押出機を接続してなるタンデム型押出機を用意した。
このタンデム型押出機の第一押出機に、ポリオレフィン系樹脂としてMFR:0.2g/10分のポリプロピレン樹脂(日本ポリプロ社製SH9000)100重量部に、非架橋エチレン−プロピレン−ジエン共重合体エラストマーである熱可塑性エラストマー(MFR:14g/10分)を67重量部加えた配合樹脂組成物100重量部に、気泡核剤として平均粒子径12μmのタルクを70重量%含有したマスターバッチ10重量部を混合させたポリオレフィン系樹脂発泡用組成物を第一押出機に供給して溶融混練した。第一押出機の途中から発泡剤として超臨界状態の二酸化炭素を4.2重量部圧入して、溶融状態のポリオレフィン系樹脂発泡用組成物と二酸化炭素を均一に混合混練した上で、この発泡剤を含む溶融樹脂組成物を第二押出機に連続的に供給して溶融混練しつつ発泡に適した樹脂温度に冷却した。その後、第二押出機の先端に取り付けた金型の気泡生成部口径φ33mm、金型の気泡生成部間隔0.3mm(気泡生成部の断面積:0.275cm2)、発泡体成形部の間隔3.5mm、発泡体成形部の出口口径φ66の円環ダイから吐出量30kg/時間(吐出速度V=109kg/cm2・時間)、樹脂温度178℃、円環ダイ手前での樹脂圧力7〜8MPaの条件で押出発泡させ、円環ダイの発泡体成形部において成形された円筒状の発泡体を冷却されているマンドレル上に添わせるとともに、その外面をエアリングからエアーを吹き付けて冷却成形し、マンドレル上の一点で、カッターにより円筒状の発泡体を切開して、シート状のポリオレフィン系樹脂発泡体を得た。得られた発泡体をスプリッティングマシン(フォーチュナ社製「AB−320D」)によりスライス加工して表皮を除去して、厚み0.5mmの両面がスライス面とされたシート状発泡体を得た。
非架橋エチレン−プロピレン−ジエン共重合体エラストマーである熱可塑性エラストマーをMFR:2.2g/10分の熱可塑性プラストマー(日本ポリエチ社製KS240T)に変更した以外は実施例1と同様にして、ポリプロピレン系樹脂発泡体を得た。得られた発泡体をスプリッティングマシン(フォーチュナ社製「AB−320D」)によりスライス加工して表皮を除去して、厚み0.5mmの両面がスライス面とされたシート状発泡体を得た。
ポリオレフィン樹脂をMFR:0.5g/10分のポリプロピレン樹脂(プライムポリマー社製E−100GV)に変更した以外は実施例1と同様にして、ポリプロピレン系樹脂発泡体を得た。得られた発泡体をスプリッティングマシン(フォーチュナ社製「AB−320D」)によりスライス加工して表皮を除去して、厚み0.5mmの両面がスライス面とされたシート状発泡体を得た。
ポリオレフィン樹脂をMFR:0.4g/10分のポリプロピレン樹脂(サンアロマー社製PB170A)に変更した以外は実施例1と同様にして、ポリプロピレン系樹脂発泡体を得た。得られた発泡体をスプリッティングマシン(フォーチュナ社製「AB−320D」)によりスライス加工して表皮を除去して、厚み0.5mmの両面がスライス面とされたシート状発泡体を得た。
実施例1と同様にして得られた発泡体をスライス加工せずに、発泡体の表面を熱融着することで、空気の逃げ場がない発泡体を得た。
ポリオレフィン樹脂をMFR:0.5g/10分のポリプロピレン樹脂(プライムポリマー社製B241)、非架橋エチレン−プロピレン−ジエン共重合体エラストマーである熱可塑性エラストマーをMFR:0.6g/10分の動的架橋されたエチレン−プロピレン−ジエン共重合体エラストマー(三井化学社製ミラストマーM4400N),気泡核剤の添加量を5重量部に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリプロピレン系樹脂発泡体を得た。得られた発泡体をスプリッティングマシン(フォーチュナ社製「AB−320D」)によりスライス加工して表皮を除去して、厚み0.5mmの両面がスライス面とされたシート状発泡体を得た。
ここで得られた発泡体は気泡破れのほぼないものであった。
ポリオレフィン樹脂をMFR:0.3g/10分のポリプロピレン樹脂(プライムポリマー社製E−185G)、非架橋エチレン−プロピレン−ジエン共重合体エラストマーである熱可塑性エラストマーをMFR:0.6g/10分の動的架橋されたエチレン−プロピレン−ジエン共重合体エラストマー(三井化学社製ミラストマーM4400N)、気泡核剤の添加量を5重量部に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてポリプロピレン系樹脂発泡体を得た。得られた発泡体をスプリッティングマシン(フォーチュナ社製「AB−320D」)によりスライス加工して表皮を除去して、厚み0.5mmの両面がスライス面とされたシート状発泡体を得た。
ここで得られた発泡体は気泡破れのほぼないものであった。
2:気泡生成部
3:発泡剤含有混練溶融樹脂流路部
4:円環ダイイン側金型
5:円環ダイアウト側金型
Claims (3)
- ポリプロピレン系樹脂と、非架橋エチレン−プロピレン−ジエン共重合体エラストマーとを含み、少なくとも1つのスライス面を有し、0.02〜0.20mmの平均気泡径及び30〜100kg/m3の見掛け密度を有する発泡体から構成され、
前記発泡体が、1〜30%の気泡破れ率を有し、かつ0%圧縮時及び80%圧縮解放から10秒後において、40%以下の反発弾性率を有することを特徴とする電子機器用緩衝材。 - 前記発泡体が、1000mm/分の圧縮速度で80%圧縮したときに、350kPa以下の圧縮応力を有する請求項1に記載の電子機器用緩衝材。
- 前記発泡体が、1mm/分の圧縮速度で90%圧縮したときに、1500kPa以下の圧縮応力を有する請求項1又は2に記載の電子機器用緩衝材。
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