JP6508514B2 - ブロー成形方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ブロー成形方法に関するものであり、特に、比較的厚さの厚い中空成形品を発泡ブロー成形する際の気泡対策に関するものである。
発泡ブロー成形品として、例えば自動車のインストルメントパネル内に取り付けられる各種空調ダクトが知られている。これら空調ダクトには、発泡した樹脂材料を成形した発泡ダクトが広く用いられている。発泡ダクトは、軽量であり、例えばポリオレフィン系樹脂等の樹脂材料に発泡剤を加えて溶融混練し、押出機のダイヘッド（ダイスリット）から押し出される発泡パリソンをブロー成形することにより容易に製造することができる。
発泡ブロー成形品に用いられる樹脂材料としては、ポリオレフィン系樹脂が広く用いられており、中でもポリプロピレン系樹脂が一般的である。近年では、より安価な材料構成とすること等を目的として、ポリエチレン系樹脂への置き換えも検討されている。
ブロー成形においては、前述の通り、溶融樹脂をダイスリットから円筒状のパリソンとして押し出し、これを金型内でブロー成形する。この時、ダイスリットの間隔（スリット幅）を調整することでパリソンの厚さを調整し、成形される中空成形品の肉厚が設計値になるようにしている。
しかしながら、中空成形品サイズが大きかったり、肉厚が厚い場合、１ショット当たりの重量が大きくなり、ドローダウンの懸念が生ずる。ドローダウンは、自重によりパリソンが伸ばされてしまい、上部の肉厚が減少する現象である。ドローダウンにより、製品（中空成形品）においても肉厚差が生じてしまうことになる。
ドローダウンを回避するには、例えば使用する樹脂の配合を変えることも考えられるが、この方法では使用する樹脂に制約が生ずることになり、好ましくない。そこで、ダイスリットから押し出されるパリソンの厚さを補正する方法も提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。
具体的に、特許文献１には、パリソンの目標肉厚ｔと目標長さＬより算出される必要樹脂重量Ｗに基づいてアキュムレータの計量ストロークＳを設定するとともに、目標肉厚ｔをスウェル比Ｒで除して得られたダイギャップ設定値Ｄｔをストローク長さｘに応じて生じるドローダウン現象に起因する肉厚減少量を補正してダイギャップ最終設定値Ｄｆを設定して所望のパリソンを形成するブロー成形方法が開示されている。
特開平７−２９０５６３号公報
ところで、比較的厚さの厚い中空成形品の発泡ブロー成形等においては、成形された中空成形品の表面に水脹れ状の気泡が形成されてしまうという現象が問題となっている。前述の特許文献１記載の方法を採用すれば、ドローダウンの影響を最小限に抑えることができるが、水脹れ状の気泡の発生は抑えることはできない。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、厚さの厚い中空成形品をブロー成形する場合にも、水脹れ状の気泡の発生を抑えることができ、高品質の中空成形品を作製し得るブロー成形方法を提供すること目的とする。
前述の目的を達成するために、本発明のブロー成形方法は、ダイヘッドにおけるダイスリットの間隔を成形される中空成形品の目標肉厚に応じて設定し、アキュムレータ内の溶融樹脂を前記ダイスリットから筒状に押し出してパリソンを形成し、当該パリソンを金型内で成形するブロー成形方法であって、パリソンの厚さが次第に増加するようにダイスリットの間隔を所定の経時変化で次第に大きくするとともに、押し出し開始時にダイスリットの間隔を前記目標肉厚に応じて設定される値よりも小さくし、その後直ちに、ダイスリットの間隔を目標肉厚に応じて設定される値と一致するように前記経時変化よりも大きな経時変化で広げることを特徴とする。
厚さの厚い中空成形品をブロー成形する場合、ダイスリットの間隔（スリット幅）を大きくする必要がある。中空成形品の厚さは、ダイスリットの間隔に比例するからである。パリソンの押し出し開始時に、成形される中空成形品の目標肉厚に応じて設定される値となるようにダイスリットを開いてしまうと、急激な圧力低下が起こり、アキュームレータ内の樹脂溜圧が低下する。本発明者が試行錯誤を重ねた結果、このアキュームレータ内の樹脂溜圧の低下が水脹れ状の気泡の原因であるとの知見を得るに至った。
本発明においては、パリソンの押し出し開始時にダイスリットの間隔を目標肉厚に応じて設定される値よりも小さくしているので、急激な圧力低下が抑えられ、アキュームレータ内の樹脂溜圧が所定のレベルに維持される。このため、水脹れ状の気泡の発生が抑制される。
本発明によれば、水脹れ状の気泡の発生がなく、品質の高い中空成形品を製造し得るブロー成形方法を提供することが可能である。
発泡ダクトの一例を示す概略斜視図である。 ダクトをブロー成形する際の態様を模式的に示す概略断面図である。 パリソン押し出し時のダイスリット間隔の経時変化を示す図である。 パリソン押し出し時のアキュームレータ内の樹脂圧の経時変化を示す図である。
以下、本発明を適用したブロー成形方法の実施形態について、発泡ダクトのブロー成形を例にして、図面を参照しながら詳細に説明する。
発泡ブロー成形品である発泡ダクト１０は、エアコンユニット（図示は省略する。）より供給される空調エアを内部の流路により流通させ、所望の部位に通風されるように構成される。なお、発泡ダクト１０の形状としては、図１に示すものに限定されず、用途や設置場所等に応じて任意の形状とすることができる。
本実施形態の発泡ダクト１０は、押出機のダイから発泡樹脂を押し出すことによって形成した発泡パリソンを金型で挟んでブロー成形することにより得られる。なお、ブロー成形直後のダクトは、両端が閉じた状態となっており、ブロー成形後のトリミングによって両端が切断されて開口形状にされる。
本実施形態の発泡ダクト１０は、管壁が発泡層によって構成される中空の発泡樹脂成形品からなる。発泡層が独立気泡構造を有する構成とすることにより、軽量で断熱性に優れたダクトとすることができる。独立気泡構造とは、複数の独立した気泡セルを有する構造であり、少なくとも独立気泡率が７０％以上のものを意味する。こうした構成により、発泡ダクト１０内に冷房の空気を流通させた場合であっても、結露が発生する可能性をほとんどなくすことができる。
本実施形態の発泡ダクト１０は、基本的には発泡樹脂材料としてポリプロピレン系樹脂を用いたものである。ポリプロピレン系樹脂は、物性等の点において最適化が容易で、発泡成形性が良好であるという特徴を有する。
使用するポリプロピレン系樹脂としては、プロピレン単独重合体、あるいはプロピレンと他のα−オレフィンとのランダムもしくはブロック共重合体等を挙げることができる。プロピレンと共重合される他のα−オレフィンとしては、エチレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテン、メチルペンテン等である。プロピレンと共重合されるα−オレフィンの量は任意であるが、ポリプロピレンの優れた物性を維持するためには、例えば０．１〜２０質量％程度とすることが好ましい。
また、ポリプロピレン系樹脂は、長鎖分岐構造を有することが好ましい。ポリプロピレン系樹脂は溶融時の溶融張力が小さく、発泡成形において成形加工性が劣るという欠点を有しているが、長鎖分岐構造を導入することで、溶融特性を改良することができ、前記欠点を解消することができる。
さらに、発泡ダクト１０においては、ポリプロピレン系樹脂に加えて、ポリエチレン系エラストマーを併用することで、耐衝撃性を改善し、発泡成形性と耐衝撃性を両立させるようにしてもよい。
ポリエチレン系エラストマーは、ポリエチレン系樹脂のマトリックス中にオレフィン系ゴムを微分散させたものであり、ポリプロピレン系樹脂との相溶性に優れ、樹脂材料にゴム弾性を付与して耐衝撃性を改善することができるという特徴を有する。
ポリエチレン系エラストマーの樹脂材料に占める割合は、耐衝撃性を改善するという目的からは、５質量％以上とすることが好ましい。ポリエチレン系エラストマーの割合が５質量％未満であると、発泡ダクト１０の耐衝撃性が不十分になるおそれがある。ポリエチレン系エラストマーの割合が多ければ多いほど耐衝撃性改善には有利であるが、ポリエチレン系エラストマーの割合が多くなりすぎると、相対的にポリプロピレン系樹脂の割合が低下して、発泡成形性等、ポリプロピレン系樹脂が有する優れた物性を維持することが難しくなる。そのような観点から、ポリエチレン系エラストマーの割合は、３５質量％以下とすることが好ましい。すなわち、ポリエチレン系エラストマーの割合は、５〜３５質量％とすることが好ましい。
発泡ダクト１０を製造するには、前述のポリプロピレン系樹脂等に必要に応じて酸化防止等の添加剤を添加し、ブロー成形に供するが、ブロー成形に際しては、発泡剤を用いて発泡する。発泡剤としては、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水等の無機系発泡剤や、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ジクロロメタン、ジクロロエタン等の有機系発泡剤等を使用することができる。これらの中で、発泡剤としては、空気、炭酸ガス、または窒素ガスを用いることが好ましい。これらを用いることで有機物の混入を防ぐことができ、耐久性等の低下を抑制することができる。
また、発泡方法としては、超臨界流体を用いることが好ましい。すなわち、炭酸ガスまたは窒素ガスを超臨界状態とし、樹脂材料を発泡させることが好ましい。超臨界流体を用いることで、均一且つ確実に発泡することができる。こうして発泡処理された樹脂材料を公知の方法でブロー成形することにより、発泡ダクト１０を成形する。図２は、発泡ダクト１０をブロー成形する際の態様を示す図である。
ブロー成形に際しては、先ず、押出機内で成形に用いる樹脂材料を混練して基材樹脂を作製する。バージン樹脂のみを用いて成形する場合であれば、前述の樹脂材料のバージン樹脂に、必要に応じて改質材を加えて混練し、基材樹脂を作製する。回収樹脂材料を用いる場合には、粉砕された回収樹脂材料にバージン樹脂を所定割合加え、混練して基材樹脂を作製する。
こうした基材樹脂に発泡剤を添加し押出機内で混合した後、ダイ内アキュムレータ（図示せず）に貯留し、続いて、所定の樹脂量が貯留された後にリング状ピストン（図示せず）を水平方向に対して直交する方向（垂直方向）に押し下げる。そして、図２に示す環状ダイ２１のダイスリットより、例えば押出速度７００ｋｇ／時以上で、円筒状のパリソンＰとして、型締装置３０を構成する分割金型３１，３２の間に押し出す。その後、分割金型３１，３２を型締してパリソンＰを挟み込み、さらにパリソンＰ内に０．０５〜０．１５ＭＰａの圧力範囲でエアを吹き込み、発泡ダクト１０を形成する。
成形後に、冷えて固化した樹脂材料における完成品以外の部分を粉砕して回収樹脂材料とし、この回収樹脂材料にバージン樹脂を所定割合加えた混合樹脂を用いて、再度同様のブロー成形を行う。こうした製造サイクルを繰り返すことにより、発泡ダクト１０を大量生産することができる。
前述のブロー成形において、例えば発泡倍率２．８倍、厚さ３．５ｍｍ以上の中空成形品（発泡ダクト１０）を成形する場合、ドローダウンや水脹れ状の発泡が問題になるおそれがある。そこで、本実施形態のブロー成形方法では、ダイスリットの間隔を適正に制御することで、これら現象を回避することとする。
図３は、パリソンＰ押し出し時のダイスリット間隔の経時変化を示す図である。本実施形態のブロー成形方法では、ドローダウンを考慮して、パリソンＰの厚さが次第に増加するようにダイスリットの間隔Ｔを次第に大きくする。すなわち、図３において、線Ｌ１に示すように、ダイスリットの間隔Ｔを次第に大きくする。これにより、上部のパリソンＰがその重量により下方に引っ張られて薄肉化する現象が相殺される。
したがって、パリソンＰの押し出し開始時には、この線Ｌ１を押し出し開始時点まで延長した点Ａで表される間隔にダイスリット間隔を設定することになるが、このような設定では、厚さの厚い中空成形品（発泡ダクト１０）を成形する場合、水脹れ状の発泡が発生してしまう。そこで、本実施形態では、前記点Ａよりも狭い点Ｂで示すダイスリット間隔でパリソンの押し出しを開始する。点Ｂにおけるダイスリット間隔Ｔは、例えば２〜３ｍｍである。
このようなダイスリット間隔でパリソンＰの押し出しをスタートした後、ダイスリット間隔を線Ｌ２に沿って拡大し、先の線Ｌ１に一致した以降は、線Ｌ１に沿ってダイスリットを次第に拡大する。このような軌跡でダイスリット間隔Ｔを制御すると、アキュームレータ内の樹脂溜圧の低下が抑えられ、水脹れ状の気泡の発生が抑えられる。
図４は、パリソンＰの押し出し開始後のアキュームレータ内の樹脂溜圧の変化を示すものである。従来法の場合（パリソンＰの押し出し開始時に点Ａまでダイスリット間隔を開いた場合）、押し出し開始直後にアキュームレータ内の樹脂溜圧は４０ｂａｒ未満に低下している（アキュームレータ内の樹脂溜圧の設定値は５０ｂａｒ）。これに対して、本発明法では、押し出し開始時のアキュームレータ内の樹脂溜圧の低下は僅かであり、４０ｂａｒ未満にはなっていない。
なお、パリソンＰの押し出し終了直前には、図３に線Ｌ３で示すように、ドローダウンを考慮した線Ｌ１よりもダイスリット間隔を拡大し、パリソンＰの上部における破裂を防止することが好ましい。パリソンＰの最上部は、様々な要因により破裂のおそれがあるが、ダイスリット間隔を拡大し、厚さを拡大することで、破裂を防止することができる。
以上が本発明のブロー成形方法におけるダイスリット間隔の制御例であるが、ブロー成形方法においては、種々の成形条件を最適化することも有用である。
例えば、本発明のブロー成形方法において、発泡倍率は２．５〜３．５倍、成形品の平均肉厚が３．５〜４．５ｍｍであることが好ましい。アキュームレータに溶融樹脂を充填する際の樹脂圧力は６０ｂａｒ以上が好ましく、８０ｂａｒ以上がより好ましい。窒素ガス濃度は、０．２２質量％未満が好ましく、０．２０質量％未満がより好ましい。
以上、本発明を適用した実施形態についてを説明してきたが、本発明が前述の実施形態に限られるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
以下、本発明の具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。
発泡ダクトの作製
原料としてポリプロピレン系樹脂、及びポリエチレン系エラストマーを用い、下記配合で発泡ダクトをブロー成形した。使用した原料は下記の通りである。
・ポリプロピレン系樹脂Ａ：ボレアレス社製、商品名ＷＢ１４０（長鎖分岐構造を有するポリプロピレン）
・ポリプロピレン系樹脂Ｂ：日本ポリプロ社製、商品名ノバテックＰＰ・ＢＣ４ＢＳＷ
・ポリエチレン系エラストマー：三井化学社製、商品名ＤＦ６０５
・配合：ポリプロピレン系樹脂Ａ：ポリプロピレン系樹脂Ｂ：ポリエチレン系エラストマー＝７０：２３：７（質量比）
ガスの種類を窒素ガス（サンプル１〜５）、及び炭酸ガス（サンプル６〜８）とし、種々の条件でブロー成形を行い、発泡ダクトを作製した。なお、サンプル５及びサンプル８は、本発明を適用し、図３の点Ｂで示すダイスリット間隔でパリソンの押し出しを開始した例である。他は従来法に該当するものであり、図３の点Ａで示すダイスリット間隔でパリソンの押し出しを開始した例である。作製した発泡ダクトの総重量は約５ｋｇである。
評価
作製した発泡ダクトについて、水脹れ、及び気泡径を評価した。評価基準は下記の通りである。
・水脹れ：目視にて表面の水脹れ状の気泡の発生を確認し、水脹れ状の気泡が認められた場合は×、ほとんど認められなかった場合を○、全く認められなかった場合を◎とした。
・気泡径：断面を観察し、気泡の長手方向の径が１０００μｍを超える場合を×、１０００μｍ未満である場合を○、７００μｍ以下である場合を◎とした。
結果を表１に示す。表１から明らかなように、本発明を適用したサンプル５及びサンプル８において、水脹れがなく、気泡径も小さく良好な発泡ダクトが成形されている。これに対して、窒素ガスを用いて従来法で作製した発泡ダクト（サンプル１〜４）は、水脹れ状の気泡が発生しており、製品の品質に劣るものであった。また、炭酸ガスを用いて従来法で作製した発泡ダクト（サンプル６，７）は、水脹れはほとんど発生していないが、気泡径が大きく、この点で品質の低下が見られた。
Figure 0006508514
１０ 発泡ダクト
２１ 環状ダイ
３０ 型締装置
３１，３２ 分割金型
Ｐ パリソン

Claims (5)

  1. ダイヘッドにおけるダイスリットの間隔を成形される中空成形品の目標肉厚に応じて設定し、アキュムレータ内の溶融樹脂を前記ダイスリットから筒状に押し出してパリソンを形成し、当該パリソンを金型内で成形するブロー成形方法であって、
    パリソンの厚さが次第に増加するようにダイスリットの間隔を所定の経時変化で次第に大きくするとともに、
    押し出し開始時にダイスリットの間隔を前記目標肉厚に応じて設定される値よりも小さくし、その後直ちに、ダイスリットの間隔を目標肉厚に応じて設定される値と一致するように前記経時変化よりも大きな経時変化で広げることを特徴とするブロー成形方法。
  2. ドローダウンに起因する肉厚減少を考慮して、前記目標肉厚に応じて設定される値を補正することを特徴とする請求項１記載のブロー成形方法。
  3. 押し出し開始直後のアキュムレータ内の圧力を４０ｂａｒ以上に保つことを特徴とする請求項１または２記載のブロー成形方法。
  4. 発泡ブロー成形であり、成形される中空成形品の肉厚が３．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のブロー成形方法。
  5. 樹脂がポリプロピレンを主体とするものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のブロー成形方法。
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