JP6593065B2

JP6593065B2 - 発泡成形体の製造方法

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Publication number: JP6593065B2
Application number: JP2015189801A
Authority: JP
Inventors: 正明小野寺
Original assignee: Kyoraku Co Ltd
Current assignee: Kyoraku Co Ltd
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-09-28
Also published as: JP2017064932A

Description

本発明は、発泡成形体の製造方法に関する。

例えば、自動車等の空調装置では、空気を通風させるための管状の空調用ダクトが用いられている。

空調用ダクトとしては、熱可塑性樹脂を発泡剤により発泡させた発泡樹脂を用いた発泡成形体が知られている。発泡成形体は、高い断熱性と軽量化を同時に実現できることから需要が拡大している。

こうした発泡成形体の製造方法としては、溶融状態の発泡樹脂を分割金型で型締めし、内部に空気を吹き込んで膨張させる発泡ブロー成形が広く知られている。

近年、軽量化の要請から、発泡成形体の発泡倍率が高められる傾向があるが、発泡倍率を高めると発泡パリソンの外面同士が融着して発泡成形体の外面にすじが形成される、所謂「折れ肉」という現象が発生しやすくなる。特許文献１には、折れ肉の発生を抑制するために、筒状の発泡パリソンの下部を閉じ、発泡パリソンを金型に挟む前又は／及び挟みながら、パリソン内部に気体を吹き込むことによってパリソンを拡張させる方法が開示されている。

特開２００２−１９２６０１号公報

しかし、特許文献１の方法は、金型の型締め前にパリソン内部に気体を吹き込む必要があるので、製造工程が複雑になる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な工程で折れ肉の発生を抑制することが可能な発泡成形体の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、ダイコアとこれを囲むダイシェルの間の環状スリットから発泡剤を含む溶融混練樹脂を押し出して円筒状の発泡パリソンを形成して一対の分割金型間に押し出す押出工程と、前記分割金型の下側に配置された下ピンチ部において前記発泡パリソンを挟む下ピンチ工程と、前記下ピンチ工程の後に、前記分割金型の型締めを行って前記発泡パリソンの成形を行う成形工程を備え、前記ダイコアの直径をＤ、前記ダイコアの下面と前記分割金型の上面の間の距離をＨ、前記分割金型の下面と前記下ピンチ部の上面の間の距離をＬとすると、Ｈ／Ｄが１．３３〜３．３３であり、Ｌ／Ｄが０．３３〜２．００である、発泡成形体の製造方法が提供される。

本発明者の実験によれば、ダイコアの直径をＤ、ダイコアの下面と分割金型の上面の間の距離をＨ、分割金型の下面と下ピンチ部の上面の間の距離をＬとしたときに、Ｈ／Ｄが１．３３〜３．３３、Ｌ／Ｄが０．３３〜２．００となるように、ダイコアと、分割金型と、下ピンチ部を配置することによって、折れ肉の発生を抑制することができることを見出し、本発明の完成に到った。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記発泡成形体は、発泡倍率が２．５倍以上である。
好ましくは、前記発泡成形体は、主経路とこれに連結された副経路を備える管状体であり、前記主経路と副経路の間の角度が４５〜９０度である。
好ましくは、前記発泡成形体は、前記発泡パリソンの押出方向との角度が０〜４５度である断面でのブロー比が０．５〜０．８である。
好ましくは、前記成形工程において、前記分割金型のそれぞれを減圧して前記発泡パリソンを前記分割金型のそれぞれに吸着させる工程を備え、前記分割金型の一方の減圧の開始タイミングを、前記分割金型の他方の減圧の開始タイミングよりも１秒以上遅らせる。
好ましくは、前記押出工程において、折れ肉が発生しやすい部位での前記発泡パリソンの肉厚が、他の部位での前記発泡パリソンの肉厚よりも小さくなるように、前記発泡パリソンの厚さを制御する。

本発明の一実施形態の発泡成形体の製造装置の構成を示す。図１中のダイヘッド１２の断面図である。図１中のダイヘッド１２、分割金型１４及び下ピンチ部１５近傍の断面図である。図３の状態から下ピンチ部１５で発泡パリソン１３を挟んだ状態を示す断面図である。図４の状態から分割金型１４の型締めを行った状態を示す断面図である。（ａ）は、本発明が好適に適用される発泡成形体１６の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面又はＢ−Ｂ断面を示す。

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。

最初に、本発明の一実施形態の発泡成形体の製造方法を実施するのに適した、発泡成形体の製造装置について説明し、その後、本実施形態の発泡成形体の製造方法について説明する。

１．発泡成形体の製造装置
本発明の一実施形態の発泡成形体の製造装置は、図１〜図５に示すように、発泡押出機１、分割金型１４、及び下ピンチ部１５を備える。発泡押出機１は、シリンダ３と、樹脂投入口５と、スクリュー７と、発泡剤注入口Ｐと、温度制御部９と、樹脂押出口１１と、ダイヘッド１２を備える。

以下、各構成要素を詳細に説明する。

＜樹脂投入口５＞
樹脂投入口５は、いわゆるホッパーであり、ここから、原料樹脂を投入する。原料樹脂の形態は、特に限定されないが、通常は、ペレット状である。原料樹脂は、例えばポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂であり、ポリオレフィンとしては、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体及びその混合物などが挙げられる。原料樹脂は、樹脂投入口５からシリンダ３内に投入された後、シリンダ３内で加熱されることによって溶融されて溶融樹脂になる。また、シリンダ３内に配置されたスクリュー７の回転によってシリンダ３の一端に設けられた樹脂押出口１１に向けて搬送される。

＜スクリュー７＞
スクリュー７は、シリンダ３内に配置され、その回転によって溶融樹脂を混練しながら樹脂押出口１１に向けて搬送する。スクリュー７の一端にはギア装置１５が設けられており、ギア装置１５によってスクリュー７が回転駆動される。シリンダ３内に配置されるスクリュー７の数は、１本でもよく、２本以上であってもよい。

＜発泡剤注入口Ｐ＞
シリンダ３には、シリンダ３内に発泡剤を注入するための発泡剤注入口Ｐが設けられる。発泡剤注入口Ｐを設ける位置は特に限定されないが、シリンダ３の樹脂投入口５側の端部の位置を０、樹脂押出口１１側の端部の位置をＬとした場合、発泡剤注入口Ｐは、０．３Ｌ〜０．７Ｌ（好ましくは０．４〜０．６Ｌ）の位置に設けることが好ましい。発泡剤注入口Ｐが０．３Ｌよりも樹脂投入口５側に設けられると、溶融樹脂の混練が不十分な状態で発泡剤が注入されてしまって発泡剤の分散が不十分になる場合がある。また、溶融樹脂の温度は通常樹脂押出口１１に向かって徐々に低下するように制御されるので、発泡剤注入口Ｐ０．７Ｌよりも樹脂押出口１１側に設けられると、発泡剤を注入する部位での溶融樹脂の温度が低すぎて発泡剤の注入量が減少してしまう場合がある。

発泡剤注入口Ｐから注入される発泡剤は、物理発泡剤、化学発泡剤、及びその混合物が挙げられるが、物理発泡剤が好ましい。物理発泡剤としては、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水等の無機系物理発泡剤、およびブタン、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物理発泡剤、さらにはそれらの超臨界流体を用いることができる。超臨界流体としては、二酸化炭素、窒素などを用いて作ることが好ましく、窒素であれば臨界温度−１４９．１℃、臨界圧力３．４ＭＰａ以上、二酸化炭素であれば臨界温度３１℃、臨界圧力７．４ＭＰａ以上とすることにより得られる。化学発泡剤としては、酸（例：クエン酸又はその塩）と塩基（例：重曹）との化学反応により炭酸ガスを発生させるものが挙げられる。化学発泡剤は、発泡剤注入口Ｐから注入する代わりに、樹脂投入口５から投入してもよい。

＜温度制御部９＞
温度制御部９は、シリンダ３に沿って設けられた複数の温調ユニットを個別に制御して、シリンダ３の各部分の温度を制御するように構成されている。また、温度制御部９は、発泡パリソン１３を形成するためのダイヘッド１２の温度、及びシリンダ３とダイヘッド１２の間の連結部１０の温度も制御可能である。

＜樹脂押出口１１・ダイヘッド１２＞
原料樹脂と発泡剤が溶融混練されてなる溶融混練樹脂は、樹脂押出口１１から押し出され、連結部１０を通じてダイヘッド１２内に注入される。ダイヘッド１２は、図２に示すように、円筒状のダイ外筒４１と、その内部に収容されるマンドレル４３を備え、その間の空間４６にシリンダ３から押し出された溶融混練樹脂を貯留する。また、ダイヘッド１２の先端には、ダイコア４７とこれを囲むダイシェル４８が設けられ、その間に環状スリット４９が設けられる。そして、空間４６に溶融混練樹脂が所定量貯留された後にリング状ピストン４５を鉛直方向に押し下げることによって溶融混練樹脂を環状スリット４９から押し出して円筒状の発泡パリソン１３を形成する。発泡パリソン１３は、一対の分割金型１４間に押し出される。

＜分割金型１４・下ピンチ部１５＞
一対の分割金型１４は、発泡パリソン１３の成形を行って発泡成形体を得るために用いられる。図３に示すように、分割金型１４のそれぞれには、キャビティ１４ｂを取り囲むようにピンチオフ部１４ａが設けられている。また、ピンチオフ部１４ａを取り囲むようにバリ逃し部１４ｃが設けられている。発泡パリソン１３がピンチオフ部１４ａで挟まれた部位が、図６（ｂ）に示すパーティングラインＰＬとなり、ピンチオフ部１４ａの外側の部分がバリとなる。分割金型１４の上面からピンチオフ部１４ａまでの距離Ｒは、例えば５０ｍｍである。バリ逃し部１４ｃの側から見たピンチオフ部１４ａの高さＱは、例えば５〜１０ｍｍである。

分割金型１４を用いた成形の方法は特に限定されず、分割金型１４のキャビティ内にエアーを吹き込んで成形を行うブロー成形であってもよく、分割金型１４のキャビティの内面からキャビティ内を減圧して発泡パリソン１３の成形を行う真空成形であってもよく、その組み合わせであってもよい。下ピンチ部１５は、図３〜図４に示すように、発泡パリソン１３の下部を挟んで（下ピンチして）発泡パリソン１３内に閉空間１３ａを形成するために用いられる。分割金型１４は、下ピンチの後に型締めされる。

図２〜図３に示すように、分割金型１４は、（ダイコア４７の下面と分割金型１４の上面の間の距離Ｈ）／（ダイコア４７の直径Ｄ）が１．３３〜３．３３となるように配置され、下ピンチ部１５は、（分割金型１４の下面と下ピンチ部１５の上面の間の距離Ｌ）／（ダイコア４７の直径Ｄ）が０．３３〜２．００となるように配置される。Ｈ／Ｄ又はＬ／Ｄの値が小さすぎると、下ピンチ後に分割金型１４の型締めを行う際に、型締め完了前に発泡パリソン１３の閉空間１３ａの内圧が大きくなりすぎて発泡パリソン１３が破裂する場合がある。Ｈ／Ｄ又はＬ／Ｄの値が大きすぎると、下ピンチ後に分割金型１４の型締めを行う際にキャビティ１４ｂ内の発泡パリソン１３の閉空間１３ａの内圧が十分に大きくならないために、型締め後のキャビティ１４ｂ内の発泡パリソン１３の形状と、最終製品としての発泡成形体の形状との差が大きくなるために、折れ肉が発生しやすくなる。Ｈ／Ｄは、具体的には例えば、１．３３、１．５０、２．００、２．５０、３．００、３．３３であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。Ｌ／Ｄは、具体的には例えば、０．３３、０．５０、１．００、１．５０、２．００であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。Ｄは、５０〜３００ｍｍであり、具体的には例えば、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００ｍｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

２．発泡成形体の製造方法
本発明の一実施形態の発泡成形体の製造方法は、押出工程と、下ピンチ工程と、成形工程を備える。

押出工程では、図３に示すように、ダイコア４７とこれを囲むダイシェル４８の間の環状スリット４９から発泡剤を含む溶融混練樹脂を押し出して円筒状の発泡パリソン１３を形成して一対の分割金型１４間に押し出す。押出工程では、分割金型１４及び下ピンチ部１５は開状態になっている。

下ピンチ工程では、図３〜図４に示すように、分割金型１４の下側に配置された下ピンチ部１５において発泡パリソン１３を挟む。具体的には、下ピンチ部１５を図３の矢印Ｘ方向に移動させて、図４に示す下ピンチ状態にする。これによって、発泡パリソン１３に閉空間１３ａが形成される。

成形工程では、図４〜図５に示すように、下ピンチ工程の後に、分割金型１４の型締めを行って発泡パリソン１３の成形を行う。具体的には、分割金型１４の型締めは、分割金型１４を図４の矢印Ｙ方向に移動させることによって行うことができる。発泡パリソン１３の成形は、ブロー成形、真空成形、その組み合わせの何れであってもよい。本実施形態では、（ダイコア４７の下面と分割金型１４の上面の間の距離Ｈ）／（ダイコア４７の直径Ｄ）が１．３３〜３．３３であり、（分割金型１４の下面と下ピンチ部１５の上面の間の距離Ｌ）／（ダイコア４７の直径Ｄ）が０．３３〜２．００であるために、型締めの際に発泡パリソン１３が破裂したり、発泡パリソン１３の成形の際に折れ肉が発生したりすることが抑制される。

ところで、分割金型１４のそれぞれを減圧して発泡パリソン１３を分割金型１４のそれぞれに吸着させる工程を備える場合には、分割金型１４の一方の減圧の開始タイミングを、分割金型１４の他方の減圧の開始タイミングよりも１秒以上（例えば１〜５秒）遅らせることが好ましい。特に、折れ肉が発生しやすい側の分割金型１４の減圧の開始タイミングを遅らせることが好ましい。一例として、右側の分割金型１４での減圧が先に開始されると、キャビティ１４ｂ内にある発泡パリソン１３は、右側に寄り、左側の分割金型１４と発泡パリソン１３の間の隙間が大きくなる。その状態で左側の分割金型１４の減圧を開始すると、発泡パリソン１３が拡張する空間が大きいので、発泡パリソン１３の皺が伸ばされやすく、折れ肉が発生しにくい。従って、発泡パリソン１３の左側の部分に折れ肉が発生しやすい場合には、右側の分割金型１４の減圧を先に開始することが望ましい。逆に、発泡パリソン１３の右側の部分に折れ肉が発生しやすい場合には、左側の分割金型１４の減圧を先に開始することが望ましい。

押出工程において、折れ肉が発生しやすい部位での発泡パリソン１３の肉厚Ｔ１が、他の部位での発泡パリソン１３の肉厚Ｔ２よりも小さくなるように、発泡パリソン１３の厚さを制御することが好ましい。Ｔ１／Ｔ２は、０．８〜０．９が好ましい。この場合、折れ肉が発生しやすい部位において発泡パリソン１３が引き伸ばされやすくなり、折れ肉の発生が抑制される。発泡成形体が図６に示すように、主経路１７とこれに連結された副経路１８を備える管状体である場合、主経路１７と副経路１８の間の連結部１９に折れ肉が発生しやすいので、連結部１９に対応する部位において、発泡パリソン１３の肉厚を薄くすることが好ましい。

３．発泡成形体
本実施形態の発泡成形体の製造方法は、任意の形状及び発泡倍率の発泡成形体の製造に好適に利用可能なものであるが、折れ肉の発生を効果的に抑制する方法であるので、折れ肉が発生しやすい形状又は発泡倍率の発泡成形体の製造に特に適している。

このような観点から、発泡成形体は、発泡倍率が２．５倍以上が好ましい。発泡倍率が高いほど発泡パリソン１３の強度が低下して発泡パリソン１３に皺が発生して折れ肉が発生しやすくなるからである。発泡倍率の上限は特に規定されないが、例えば、５倍である。発泡倍率は、具体的には例えば、２．５、３、３．５、４、４．５、５倍であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。また、発泡成形体の平均肉厚は、２ｍｍ以上が好ましい。使用する樹脂量が同じであれば平均肉厚が大きいほど、発泡倍率が高くなり、発泡パリソン１３の強度が低下して折れ肉が発生しやすくなるからである。平均肉厚の上限は特に規定されないが、例えば、６ｍｍである。平均肉厚は、具体的には例えば、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６ｍｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

図６（ａ）に示すように、発泡成形体１６は、一例では、主経路１７とこれに連結された副経路１８を備える管状体である。主経路１７と副経路１８の間の角度αは、４５〜９０度であることが好ましい。図６（ａ）の例では、角度αは９０度である。このような形状の場合に、主経路１７と副経路１８の間の連結部１９に折れ肉が発生しやすい。副経路１８は、図６（ａ）では分岐経路となっているが、略Ｌ字状に屈曲した経路であってもよい。

発泡パリソン１３の押出方向との角度βが０〜４５度である断面Ｓでのブロー比が０．５〜０．８であることが好ましい。図６（ａ）中のＡ−Ａ断面では、角度βは４５度であり、Ｂ−Ｂ断面では角度βは０度である。断面Ｓは、副経路１８又は連結部１９での断面であることが好ましく、連結部１９での断面であることがさらに好ましい。このような部位の断面でのブロー比を算出することによって折れ肉の発生のしやすさの予測精度を高めることができるからである。ブロー比は、以下の方法で算出する。まず、図６（ｂ）に示すように、断面Ｓにおいて、対向するパーティングラインの最外点同士を直線Ｗで連結する。次に、断面Ｓ内で、直線Ｗから最も離れた点Ｔと直線Ｗを直線Ｖで連結する。次に、ブロー比＝（直線Ｖの長さ）／（直線Ｗの長さ）の式に従ってブロー比を算出する。ブロー比は、具体的には例えば、０．５、０．６、０．７、０．８であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

図１に示す発泡成形体の製造装置を用いて、発泡成形品を作製し、折れ肉の発生の有無の評価を行った。発泡押出機１のシリンダ３の内径は５０ｍｍであり、Ｌ／Ｄ＝３４であった。原料樹脂には、ＬＤＰＥ（グレード：Ｇ２０１−Ｆ，住友化学製）と、ＨＤＰＥ（グレード：Ｂ４７０，旭化成ケミカルズ製）とを質量比１：１で混合したものを用いた。発泡パリソン１３の温度が１９０〜２００℃になるように温度制御部９の設定を行った。スクリュー７の回転数は、６０ｒｍｍとし、押出量は、２０ｋｇ／ｈｒとした。発泡剤にはＮ_２ガスを用い、０．５Ｌの位置に設けられた発泡剤注入口Ｐから注入した。注入ガス量を変化させることによって発泡倍率の調整を行った。ダイコア４７の直径は、１５０ｍｍとした。

以上の条件で形成された発泡パリソンを用いてブロー成形を行って、表１に示す条件で、図６に示す形状の発泡成形体を製造し、得られた発泡成形体に折れ肉が発生したかどうかの評価を行った。

表１に示すように、試料Ｎｏ．３〜８及び１１〜１６については、それぞれ、折れ肉が形成された。折れ肉は、何れも、連結部１９において、発泡パリソン１３の押出方向との角度βが０〜４５度となる方向に延びるように形成された。また、折れ肉が延びる方向に沿った断面においてブロー比を算出したところ、表１に示すように、ブロー比が０．５〜０．８となる位置において、折れ肉が発生しやすいことが分かった。

また、Ｈ／Ｄが１．３３〜３．３３であり且つＬ／Ｄが０．３３〜２．００である試料Ｎｏ．１〜２及び９〜１０においては、ブロー比に関わらず、折れ肉が形成されなかった。

以上より、Ｈ／Ｄを１．３３〜３．３３とし且つＬ／Ｄを０．３３〜２．００をすることによって、発泡倍率が２．５倍以上であり且つ連結部１９のブロー比が０．５〜０．８である発泡成形体においても折れ肉の発生を防ぐことができることが分かった。なお、発泡倍率が２倍以下の場合には、Ｈ／Ｄ及びＬ／Ｄが上記範囲外であっても折れ肉が発生しなかった。

１：発泡押出機、３：シリンダ、５：樹脂投入口、７：スクリュー、９：温度制御部、１１：樹脂押出口、１２：ダイヘッド、１３：発泡パリソン、１４：分割金型、１５：、下ピンチ部、４７：ダイコア、４８：ダイシェル、４９：環状スリット、Ｐ：発泡剤注入口

Claims

ダイコアとこれを囲むダイシェルの間の環状スリットから発泡剤を含む溶融混練樹脂を押し出して円筒状の発泡パリソンを形成して一対の分割金型間に押し出す押出工程と、
前記分割金型の下側に配置された下ピンチ部において前記発泡パリソンを挟む下ピンチ工程と、
前記下ピンチ工程の後に、前記分割金型の型締めを行って前記発泡パリソンの成形を行う成形工程を備え、
前記ダイコアの直径をＤ、前記ダイコアの下面と前記分割金型の上面の間の距離をＨ、前記分割金型の下面と前記下ピンチ部の上面の間の距離をＬとすると、Ｈ／Ｄが１．３３〜３．３３であり、Ｌ／Ｄが０．３３〜２．００である、発泡成形体の製造方法。
前記発泡成形体は、発泡倍率が２．５倍以上である、請求項１に記載の方法。
前記発泡成形体は、主経路とこれに連結された副経路を備える管状体であり、前記主経路と副経路の間の角度が４５〜９０度である、請求項１又は請求項２に記載の方法。
前記発泡成形体は、前記発泡パリソンの押出方向との角度が０〜４５度である断面でのブロー比が０．５〜０．８である、請求項３に記載の方法。
前記成形工程において、前記分割金型のそれぞれを減圧して前記発泡パリソンを前記分割金型のそれぞれに吸着させる工程を備え、
前記分割金型の一方の減圧の開始タイミングを、前記分割金型の他方の減圧の開始タイミングよりも１秒以上遅らせる、請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の方法。
前記押出工程において、折れ肉が発生しやすい部位での前記発泡パリソンの肉厚が、他の部位での前記発泡パリソンの肉厚よりも小さくなるように、前記発泡パリソンの厚さを制御する、請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の方法。