JP6631780B2 - 発泡成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内部に多数の気泡を有する発泡成形品に関するものであり、特に、吸音性能を付与した新規な発泡成形品に関するものである。

発泡成形品として、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。

あるいは、車室内の各種ボード、パネル、ドアトリム等においても、軽量化や断熱等の目的で、発泡材が広く使用されている。例えばドアトリムは、ドアパネルに内装されて使用され、小型車のバックドアのインナーパネルの穴隠し等として使用されるものである。

いずれの用途においても、使用する発泡材には衝撃吸収機能等、様々な機能が要求されるが、近年では、その吸音性能に対する要求も厳しくなってきている。自動車等の車両においては、エンジン音や排気音、ロードノイズ等、様々な音が車室内に入り込んでくる。このような騒音を低減するためには、発泡材も吸音性能や防音性能を有することが必要である。

ダクトやボード等において、吸音性を改善する方法としては、対象となる周波数の吸音率の高い部材を発泡材に貼り付ける方法が知られている。しかしながら、この場合には、発泡材と異なる材質の吸音部材を付帯させる必要があるため、工数や部品点数が増加するという問題があり、さらには、リサイクル性が悪化するという問題もある。

このような状況から、発泡材に吸音性能を付与することが検討されている。例えば特許文献１には、熱可塑性樹脂発泡体本体の少なくとも一部の表面から内部に通じる多数の小孔を有する穴あき熱可塑性樹脂発泡体が開示されており、小孔の形状を工夫することで吸音性能の高い穴あき熱可塑性樹脂発泡体とすることが試みられている。発泡材に孔を開けることで吸音性を付与することができれば、特別な吸音部材が不要になり、前記のような様々な問題を解消できるものと期待される。

特開２００６−２６５２９４号公報

しかしながら、例えば独立気泡を有する発泡材の場合、吸音性に乏しく、十分な吸音性能を付与することが難しいという問題が残っている。特許文献１に記載されるような小孔の形状の工夫では、要求される吸音性能を実現することは難しいのが実情である。

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、吸音部材を付帯させることなく、十分な吸音性能を付与することが可能で、自動車分野等において軽量吸音素材として利用することが可能な発泡成形品を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の発泡成形品の製造方法は、ブロー成形により形成され内部に気泡を有する発泡成形品の製造方法であって、金型を用いて発泡成形品を成形する際に、金型に凹部を形成しておくことで、発泡成形品に突出部を形成し、前記突出部を切除することにより発泡成形品の表面に気泡が露呈した領域を部分的に形成することを特徴とする。

また、本発明の発泡成形品の製造方法は、内部に気泡を有する発泡成形品の製造方法であって、金型を用いて発泡成形品を成形する際に、金型に凹部を形成しておくことで、発泡成形品に突出部を形成し、前記突出部を切除することにより発泡成形品の表面に気泡が露呈した領域を部分的に形成することを特徴とするものである。

ブロー成形等により成形される発泡成形品においては、内部に気泡が形成されるものの、表面には、いわゆるスキン層が形成された状態となっており、気泡は吸音性能に寄与しない。本発明においては、例えばスキン層を切除することにより、表面に気泡が露呈した領域を部分的に有する形態となっているので、気泡による吸音性が付与される。

本発明によれば、吸音部材を付帯させることなく、十分な吸音性能を有する発泡成形品を実現することができ、自動車分野等において軽量吸音素材として利用することが可能な発泡成形品を提供することが可能である。

本発明を適用した発泡成形品の一実施形態を示す概略平面図である。 本発明を適用した発泡成形品の他の実施形態を示す概略平面図である。 金型による成形工程の一例を示す概略断面図である。 突出部の切除工程を示す概略断面図である。 実施例及び比較例の垂直入射吸音率を示す特性図である。

以下、本発明を適用した発泡成形品の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の発泡成形品は、内部に多数の気泡を有する発泡成形体であり、その形態としては、ボード、パネル、ダクト等、任意である。成形方法も、押出し成形やブロー成形、真空成形、射出成形等、任意である。

例えばブロー成形により形成される発泡成形品を例に説明すると、発泡成形品は、例えば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製造される。製造される発泡成形品は、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もの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。

発泡成形品の製造に際しては、原料樹脂に所要の添加剤を加え、ブロー成形に供する。ブロー成形では、物理発泡剤を用いて発泡した発泡樹脂を成形する。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、原料樹脂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。なお、超臨界流体が窒素ガスの場合の条件としては、例えば臨界温度−１４９．１℃、臨界圧力３．４ＭＰａとすればよく、超臨界流体が炭酸ガスの場合の条件としては、例えば臨界温度３１℃、臨界圧力７．４ＭＰａとすればよい。

こうして発泡処理された原料樹脂を公知の方法でブロー成形することにより、発泡成形品を成形する。ブロー成形に際しては、先ず、押出機内で成形に用いる原料樹脂を混練して基材樹脂を作製する。原料樹脂としては、任意の樹脂を採用することが可能であるが、ポリオレフィン系樹脂、例えばポリエチレン系樹脂やポリプロピレン系樹脂等が好適である。ポリエチレン系樹脂としては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）や、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状短鎖分岐ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）等を用いることができる。また、エチレンやプロピレンと他の共重合性モノマーとの共重合体であってもよい。

原料樹脂（例えばポリオレフィン系樹脂）は、ペレット化して用いるのが一般的であり、原料樹脂ペレットをブロー成形機のホッパーから投入し、シリンダで溶融混練する。この時、必要な添加剤を同時に投入し、原料樹脂と混練する。添加剤としては、分散剤、及び造核剤として機能する無機粒子、化学発泡剤である。

無機粒子と化学発泡剤は、原料樹脂中に発泡核を形成させるために用いられるものであり、造核剤として機能するものである。無機粒子としては、タルクや炭酸カルシウム等を挙げることができるが、その効果が大きいこと、剛性の向上も併せて実現できること等の理由から、タルクが好ましい。化学発泡剤としては、無味無臭で分解残渣が無毒である炭酸水素ナトリウム（重曹）等の無機系の発泡剤が好適である。化学発泡剤としては、クエン酸やクエン酸塩等を併用することもでき。この場合、例えば重曹等を主化学発泡剤、クエン酸等を補助化学発泡剤として添加する。

分散剤は、前記無機粒子や化学発泡剤を原料樹脂中にムラなく分散させるために用いられるものであり、金属石鹸等が用いられる。金属石鹸は、長鎖脂肪酸のナトリウム、カリウム以外の金属塩であり、ステアリン酸石鹸、ヒドロキシステアリン酸石鹸、ラウリン酸石鹸、ベヘン酸石鹸等を挙げることができる。

発泡成形に際しては、原料樹脂ペレットに所定の添加量となるように前述の添加剤等を配合し、押出機のシリンダ内で混練した後、ダイ内アキュムレータに貯留し、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、環状ダイのダイスリットより、例えば押出速度７００ｋｇ／時以上で、円筒状のパリソンとして分割金型の間に押し出す。その後、分割金型を型締してパリソンを挟み込み、さらにパリソン内にエアを吹き込み、発泡成形品を成形する。

なお、発泡成形品を成形する方法としては、前述のようなブロー成形に限らず、押し出されたパリソンを金型に吸い付けて所定の形状の成形品を成形するバキューム成形を用いても良い。また、エアの吹き込みや吸引を行わず、押し出されたパリソンを金型で挟み込んで成形するコンプレッション成形を用いても良い。

以上が発泡成形品の基本的な成形方法であるが、次に、成形された発泡成形品に吸音性能を付与する方法について説明する。

先ず、発泡成形品の厚さは、３．０ｍｍ以上であることが好ましい。また、発泡倍率は３．０倍以上である。そして、発泡成形品に吸音性能を付与するためには、発泡成形品の表面状態を最適化する必要がある。

成形される発泡成形品は、内部に気泡を有するものであるが、表面には表面被膜（いわゆるスキン層）が形成された状態となっており、内部の気泡は吸音性能にほとんど寄与しない。そこで、本発明においては、この表面のスキン層を切除することで気泡を露呈させ、発泡成形品に吸音性を付与することとする。

図１は、本発明を適用した発泡成形品の一実施形態を示すものである。本実施形態の発泡成形品１は、所定の厚さのボード状の形態を有するものであり、その表面に気泡Ｂが露呈する領域２が部分的に形成されていることが特徴事項となっている。具体的には、発泡成形品１の表面には、円形の領域２が複数配列形成されている。

このように、発泡成形品１の表面に気泡Ｂが露呈する領域２を部分的に形成することにより、発泡成形品１に吸音性能が付与される。この時、気泡Ｂが露呈する領域２の形状や大きさは、吸音対象となる音の周波数等により適宜設計すればよいが、例えば領域２の面積は、発泡成形品１の表面面積の１０％〜６０％とすることが好ましい。領域２の面積が小さすぎたり大きすぎると、十分な吸音性能を付与することが難しい。

領域２の形状としては、図１の例では円形としたが、例えば矩形や方形等、任意の形状とすることができる。図２に示す発泡成形品１においては、表面に気泡Ｂが露呈する領域２が、矩形の領域として複数配列形成されている。図２に示す例では、領域２は概ね長方形状であり、短辺が湾曲形状とされている。

また、前記表面に気泡が露呈した領域２において、当該領域に臨む気泡は、表面と直交する方向に引き伸ばされた形状（斜め方向に引き伸ばされたものも含む）であることが好ましい。これにより、吸音性がより向上する。このような形状とするには、後述の製造方法のように、突出部を形成し、これを切除すればよい。

前述の表面に気泡Ｂが露呈する領域２は、発泡成形品１の表面のスキン層を切除することにより容易に形成することができる。例えば、図３に示すように、発泡成形品１の成形の際に、金型３に凹部（あるいは孔部）４を形成しておく。この状態で軟化した発泡樹脂材料を成形すると、発泡樹脂材料が金型に押し付けられることにより、その一部が凹部４内に入り込み、突出部１Ａ形成される。なお、成形に際して、前記凹部４において真空吸引し、突出部１Ａの形成を促進することも可能である。

図４に示すように、この突出部１Ａ（図中、斜線部分）を切除することでスキン層が切除され、発泡成形品１の表面に気泡Ｂが露呈する領域２が凹部４の形状に応じて形成される。例えば、金型３に
形成される凹部４の開口形状を円形とすれば、図１に示すような円形の領域２が形成される。金型３に形成される凹部４の開口形状を長方形とすれば、図２に示すような長方形の領域２が形成される。突出部１Ａの切除は、例えばスクレーパーのようなものを用いて行えばよく、複数の突出部１Ａを一括して切除することができる。

前記突出部１Ａの切除により、気泡が外部に連通した状態になり、吸音性に効果を発揮する。前記突出部１Ａを形成すると、気泡が突出部１Ａの頂部に向かって引き伸ばされる形状となる。そして、突出部１Ａの切除により、この引き伸ばされた形状の気泡の切断面が表面に露呈し、外部に連通する。このような形状の気泡が表面に露呈することで、吸音性能が大きく向上するものと推測される。

なお、前記突出部１Ａの形成において、突出部１Ａの高さも吸音性に影響を与える。突出部１Ａの高さにより、気泡の引き伸ばし状態が変わることによるものと考えられる。具体的には、前記突出部１Ａの高さを１．０ｍｍ〜４．０ｍｍとすることが好ましく、２．５ｍｍ〜４．０ｍｍとすることがより好ましい。前記範囲とすることで、吸音性向上の効果が高い。突出部１Ａの高さが１．０ｍｍ未満であると、気泡の引き伸ばしが不十分となり、十分な吸音効果を得ることが難しくなるおそれがある。突出部１Ａの高さが４．０ｍｍを越えると、成形が難しくなるおそれがある。

以上のように、本発明の発泡成形品は、表面に気泡が露呈する領域を形成しているので、吸音部材を付帯させることなく、吸音性能を付与することが可能である。したがって、工数や部品点数を増加することなく、またリサイクル性を損なうことなく、十分な吸音性効果を有する軽量吸音素材を提供することが可能である。

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。

実施例Ａ−１
図１に示すように、表面に気泡が露呈する領域の形状が円形の発泡成形品（４５ｍｍ×４５ｍｍ）を作製した。成形に際しては、突出部の高さが１．０ｍｍ〜２．０ｍｍとなるようにして成形し、これを切除した。円形の気泡露呈領域の直径は３ｍｍ、発泡成形品における気泡露呈領域の面積率は１１．１％である。得られた発泡成形品の吸音率は、周波数２０００Ｈｚで５．０％、周波数４０００Ｈｚで６．０％であった。

実施例Ａ−２
実施例Ａ−１と同様、表面に気泡が露呈する領域の形状が円形の発泡成形品を作製した。成形に際しては、突出部の高さが１．０〜２．０ｍｍとなるようにして成形し、これを切除した。円形の気泡露呈領域の直径は５ｍｍ、発泡成形品における気泡露呈領域の面積率は１７．４％である。得られた発泡成形品の吸音率は、周波数２０００Ｈｚで８．０％、周波数４０００Ｈｚで９．０％であった。

実施例Ａ−３
実施例Ａ−１と同様、表面に気泡が露呈する領域の形状が円形の発泡成形品を作製した。成形に際しては、突出部の高さが１．０〜２．０ｍｍとなるようにして成形し、これを切除した。円形の気泡露呈領域の直径は７ｍｍ、発泡成形品における気泡露呈領域の面積率は２９．５％である。得られた発泡成形品の吸音率は、周波数２０００Ｈｚで１３％、周波数４０００Ｈｚで２０％であった。

実施例Ｂ−２
図１に示すように、表面に気泡が露呈する領域の形状が円形の発泡成形品を作製した。成形に際しては、突出部の高さが２．５ｍｍ〜４．０ｍｍとなるようにして成形し、これを切除した。円形の気泡露呈領域の直径は５ｍｍ、発泡成形品における気泡露呈領域の面積率は１７．４％である。得られた発泡成形品の吸音率は、周波数２０００Ｈｚで２１％、周波数４０００Ｈｚで３９％であった。

実施例Ｂ−３
実施例Ｂ−２と同様、表面に気泡が露呈する領域の形状が円形の発泡成形品を作製した。成形に際しては、突出部の高さが２．５ｍｍ〜４．０ｍｍとなるようにして成形し、これを切除した。円形の気泡露呈領域の直径は７ｍｍ、発泡成形品における気泡露呈領域の面積率は２９．５％である。得られた発泡成形品の吸音率は、周波数２０００Ｈｚで３８％、周波数４０００Ｈｚで４２％であった。

実施例Ｃ
図２に示すように、表面に気泡が露呈する領域の形状が長方形の発泡成形品（４５ｍｍ×４５ｍｍ）を作製した。成形に際しては、突出部の高さが２．５ｍｍ〜４．０ｍｍとなるようにして成形し、これを切除した。長方形の気泡露呈領域のサイズは、４０ｍｍ×１０ｍｍであり、形成した気泡露呈領域の数は３である。得られた発泡成形品の吸音率は、周波数２０００Ｈｚで５４％であった。

比較例
突出部の形成や切除を行わず、表面に気泡が露呈する領域を形成していない発泡成形品を比較例とした。比較例の発泡成形品の吸音率は、周波数２０００Ｈｚで０．７％、周波数４０００Ｈｚで３．０％であった。

作製した各実施例及び比較例の発泡成形品について、垂直入射吸音率の測定結果を図５に示す。いずれの周波数領域においても、比較例の発泡成形品の吸音率に比べて、実施例の発泡成形品の吸音率が高くなっており、表面に気泡が露呈する領域の形成が吸音性の向上に効果があることが明らかである。

１ 発泡発泡品
２ 表面に気泡が露呈する領域
３ 金型
４ 凹部
Ｂ 気泡

Claims (2)

1. ブロー成形により形成され内部に気泡を有する発泡成形品の製造方法であって、
   金型を用いて発泡成形品を成形する際に、金型に凹部を形成しておくことで、発泡成形品に突出部を形成し、
   前記突出部を切除することにより発泡成形品の表面に気泡が露呈した領域を部分的に形成することを特徴とする発泡成形品の製造方法。
2. 前記突出部の形成により、突出部近傍の気泡が突出部の頂部に向かって引き伸ばされることを特徴とする請求項１記載の発泡成形品の製造方法。

Images