JP6654626B2 - 押出成型ポリマー気泡およびそれから形成される部品の押出成型に使用される亜大気圧形態制御プロセス - Google Patents
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Description
A)亜大気圧処理は、金型内加圧、セル内圧力減衰、および成型誘導セル伸長に起因する気泡セル崩壊の傾向を逆転させる。これは、部分的にから完全にまでセルを再膨張させ、続いて既存のセルの体積を膨張させ、そして、残留するガス含有ポリマーが新たに課された環境と平衡に達するにつれて、新しいセルを創出することを可能にし;それにより部品の密度を従来のアプローチをはるかに超えて低減する。標準的なHDPE吹込成型法の下でやっと1.37の膨張比を達成することが知られている、樹脂および化学発泡システムにこのプロセスを用いて、型半分が閉鎖された後に外部から加えられる内部吹き込み圧力なしで、最大3倍の膨張比が観察された。任意の大きさの正の内部吹込圧は達成可能な膨張比をさらに減少させることが知られている。
C)HDPE(高密度ポリプロピレン)およびPP(ポリプロピレン)のようなポリオレフィンのために最初に開発されたそのシステムは、多くのポリマータイプおよびブレンド、発泡剤、セル核生成剤および補強剤と共に使用することができ;そのそれぞれは特化した特性を提供する。
D)プロセスによって気泡セルは分解されるのではなく最大化されるため、発泡添加剤を最小限に使用することが可能になる。これにより、発泡添加剤の使用量を50%以上削減することができる。
樹脂系の材料特性および成型性を改善し、そして気泡の閉鎖型の支配的性質を維持し、それにより、より困難な形状の形成を可能にする、なぜならば、部品が形成された後に気泡が膨張するからである。
F)標準的な樹脂の亜大気圧処理により与えられる処理ウインドウの拡大により、このアプローチは、長鎖分岐、架橋、共重合、ゴム相添加剤、ナノ粘土などの、新奇で高価な、または問題のある材料増強の必要性を相殺または完全に排除することができる。
G)全体的におよび特異的に材料平面に対して直角に、ポリマーセル壁を伸長しそしてプレストレスをかけ、それにより剛性の顕著な改善をもたらす。ポリマーのこの伸長および整列はまた、鉱物または他のマイクロまたはナノ補強材を、最適な補強に対して優先的に配向する。
I)プロセス温度、ステージタイミング、パリソンの厚さ、および真空と圧力のレベルが、理想的な気泡構造、および材料表面の片方または両方の上の表皮の存在と厚さ、の両方を達成するために使用することができる。薄膜からミリメートルスケールまでの表皮の厚さが可能である。適切にステージングされた、金型内亜大気圧および超大気圧条件に曝露することにより、開放型およびオーセチックなセル構造も可能である。
J)このプロセスは、表皮を形成する可能性があるため非常に滑らかな性質の内側表面を作り出すことができる。これは効率的な流体の取り扱いにとって重要である。
L)サンドイッチ構造は、表皮の付いた表面から、発泡したコアを通って、反対側の表皮表面まで、変化する音速を課し;一連のインピーダンス不整合を生成する。 これは、音響的および構造的な振動性能にとって有益である。
M)表皮の付いた気泡コアは、単に発泡または中実の材料に比較して、優れた重量正規化構造特性を提供することが知られているサンドイッチパネルを構成する。
N)このプロセスは、ポリマー気泡系を劇的に膨張させ、優れた断熱特性を提供することができる。
P)吹込成型用語でピンチオフとしてよく知られている型割線は、気泡が部品空洞の内部に容積的に膨張されるにつれて補強される傾向がある。樹脂が内側に移動するにつれて、内側表面積が減少するため樹脂は空間を奪い合い、それにより2つの前面が合流して混ざり合うにつれて、境界面におけるポリマー鎖の絡み合いが増加する。
Q)このプロセスは、単一の押出機、単層吹込成型システムについて最初に開発されたが、共押出吹込成型システムおよび、単一またはマルチシート熱成型、直接押出シート成型、および圧縮成型においても使用できる。
図8は、本発明の吹込成型金型から形成された右側デミスタダクトの図である。
図9は、本発明の吹込成型金型から形成された左側デミスタダクトの図である。
亜大気圧プロセスは、以下のステップを含む。
1. パリソン(10)を、使用される特定の樹脂、発泡剤、および核形成剤のために使用される装置のための最良の手順に従って押出す。この発泡したパリソンは、過剰に発泡されるべきではなく、軽く膨張したセルのみを有して単純に発泡されるべきである。過剰発泡はセルの合体、崩壊および弱いパリソンを誘導する。ダイの寸法、ダイの隙間、および押出速度に関連するより厚いパリソンは、表皮の厚さおよびコアの気泡特性の制御を改善する。
2. 適切なプレ吹込を頂部と底部の両方で使用し、パリソンを静かに膨張させ、そして所望であればある程度の内側冷却を施して内側表皮の形成を開始する。
4. 金型は、パリソンを金型の上に最適に引き込むために、金型通気口を介した真空引き込みとそして内部に加えられた圧力(金型表面に維持される真空レベルに比較した)と関連して機能する、プログラムされた速度で、完全に閉じられる。
5. 部品画定と内側と外側の表皮を確立するための、通気口を介した真空と事前吹込を所定の時間保持した後、形成された部品の内部から圧力を大気圧に通気する。
7. 内部真空がプラスチック製品を金型表面から引き離すのを防ぐために、内部真空を加減することに注意しながら、温かい気泡コアを膨張させるのに必要なだけ、既定レベルの真空を印加する。部品の内側から外側への1−2 ´´Hgの真空レベルの差は、気泡を膨張させ、部品の崩壊を防ぐことの両方にとって十分であると示唆されているが、その値は、種々の樹脂特性、または特定の金型の、部品形成中に部品を金型表面から開放する傾向、に対して調整するために変化してもよい。適切な温度および材料特性条件の下で、内部真空露出のタイミング、傾斜率および大きさは、内側および外側表面を中実の薄膜または閉鎖型セル構造のままで維持しながら、コア内部に開放型セル構造を生成するために効果的に使用することができる。所望であれば、最内側層に開放型セル構造を課すこともできる。
9. 真空を緩和するために、空洞内部を大気条件に通気する。
10. 部品が十分に冷却されて脱型されるまでの冷却を改善するために、空洞内部に正の圧力を加えて、金型壁との固体接触を確立する。これは、冷却の速度を上げるために、空気のような適切な冷却媒体を内部に流しながら維持することもできるが、上記のステップ8で使用したものよりも高い絶対圧力に維持するだけでよい。適切な正の圧力が適切な時間に加えられると、コア内の気泡は、軟化しても溶融していない状態のままである間に、コア内の気泡は圧縮状態で冷却されることができ、その結果気泡セルはオーセチック構造を有することができる。
11. 内部圧力と金型内通気口における真空の両方をオフにし、大気条件に通気して、部品に対するすべての圧力を解放する。
12. 金型を開き、成型され発泡した部品を取り出す。
1つのパリソンをポリマー材料から押し出すステップ(ステップ10);
内側表皮を形成し始めるためにパリソンを膨張させ、ある程度の内部冷却を提供するステップ(ステップ12);
金型内真空を形成し、そして金型表面に密着するようにポリマー材料をゆっくりと引き込むステップ(ステップ14);
金型の表面に維持された真空レベルに比較した、内部的に印加された圧力を加えるステップ(ステップ16);
温かい気泡コアを膨張させるのに十分な所定のレベルで真空を印加するステップ(20);
所望の気泡膨張を達成するために既定の期間、金型内の真空を調節するステップ(22);
空洞内部を排気して真空を解放するステップ(24);
空洞内部に正圧を加えるステップ(26);
正圧および型内の真空の両方を止めるステップ(28);
成型され発泡した部品を金型から引き出すステップ(30)。
a.パリソンは吹込成型グレードのプレ発泡82.5%HMW(高分子量)HDPE(高密度ポリエチレン)再研削品、15%未使用HMW HDPE、0.5%カーボンブラック濃厚顔料および2%吸熱性化学発泡剤からなる。ベース樹脂ブレンドの比重は0.96である。パリソンは自動車用の空調ダクトに最適化され、厚さ1.5mmの発泡部品を製造するのに十分な420Fで押出される。
b.アルミ金型は、少なくとも2つの吹込ピン、吹込ニードル、またはそれらの組み合わせ用に構成されている。金型は、最大気泡膨張が望まれるすべての領域において、断熱塗料または硬質皮膜陽極酸化などの表面伝導性低減被膜で処理される。これにより、気泡が膨張する前のパリソンから金型への熱損失が低減され、そして内部および外部の冷却速度をバランスさせる助けとなる。金型は80°Fに維持される。パリソンとの接触前に金型空洞の通気口における真空をオンにした。真空は最大達成可能な設定または29.5 ´´Hgに設定された。
d.金型はパリソンの上で閉じる。パリソンが完全に空洞に接触するまで、好ましくは2秒未満の間、可能な最小の時間、空洞内の圧力を保持する。
e.吹込ピン圧力をオフにし、空洞壁からパリソンを引き剥がさない最大到達可能な真空レベル、通常は約27.5 ´´Hgで、吹込ピンを介して空洞に真空を印加する。気泡が膨張してそして冷え始め、安定するまで通常は10−15秒真空を保持する。
f.内部冷却用の大容量/低圧空気の通気を流し始めるために、シリンダーに取り付けられた吹込ニードルで形成された部品を穿孔し、または部品の遠方端の第2の吹込ピンを使用し、気泡が完全に凝固するまで、約15秒間、部品内部を少なくとも25´´Hgの真空に維持する。
h.金型空洞の通気口における真空をオフにし、圧力を標準に戻す。二次吹込ピンまたはニードルの空気流を止め、圧力を標準に戻す。
i. 金型から部品を引き出す。典型的なサイクル時間は、厚さ1.5mmの気泡に対して約60秒であるべきで、その気泡は、部品壁の密度が、発泡していない壁区画よりも50%超減少するように膨張する。
a.パリソンは82.5%吹込成型グレードのプレ発泡HMW HDPE再研削品、15%未使用HMW HDPE、0.5%カーボンブラック濃厚顔料および2%吸熱性化学発泡剤からなる。ベース樹脂ブレンドの比重は0.96である。
b.パリソンは自動車用の空調ダクト用に最適化され、420Fで押出されている。アルミニウムの金型温度は80Fである。
c.パリソンとの接触前に金型空洞の通気口における真空をオンにした。真空は約29.5 ´´Hgに設定された。
d.ピンチバーがパリソンの底で閉じてパリソンを閉鎖する。金型との接触前にパリソンを予め膨らませるために、頂部吹込ピンを介して2−5PSI(平方インチ当たりポンド)および20CFM(立方フィート/分)でプレ吹込する。型半分は近づく方向に移動を始める。
f.金型空洞の通気口における真空をオフにし、圧力を標準に戻す。
g.脱型するのに十分なほど冷えるまで部品を金型内に保持する。金型空洞の通気口における真空をオフにし、圧力を標準に戻す。サイクルタイムは合計で約68秒である。
h.結果として生じるセル構造は疎であり、セルは扁平で、そして壁の厚さ方向に垂直な平面に沿って伸長する。
i.得られる材料の平均比重は0.72、膨張比約1.33である。
a.パリソンは82.5%吹込成型グレードのプレ発泡HMW HDPE再研削品、15%未使用HMW HDPE、0.5%カーボンブラック濃厚顔料および2%吸熱性化学発泡剤からなる。ベース樹脂ブレンドの比重は0.96である。
b.パリソンは自動車の空調ダクト用に最適化され、420Fで押出成型されている。アルミニウムの金型温度は80Fである。
c.パリソンとの接触前に金型空洞の通気口における真空をオンにした。真空は約29.5 ´´Hgに設定された。
d.ピンチバーがパリソンの底で閉じてパリソンを閉鎖する。金型との接触前にパリソンを予め膨らませるために、上部吹込ピンを介して2−5PSIおよび20CFMでプレ吹込する。型半分は近づく方向に移動を始める。
f.約20´´Hgのレベルの真空が頂部吹込ピンを介して部品内部に30秒間印加される。頂部吹込ピンの真空がオフにされ、標準に戻される。
g.脱型するのに十分なほど冷えるまで部品を金型内に保持する。金型空洞通気口における真空をオフにし、圧力を標準に戻す。サイクルタイムは約72秒である。
h.結果として生じるセル構造は密に発泡され、セルは一般的に本質的に球面または多面体であり、そして外側(金型側)セルにおけるわずかに平坦なセルに向かってなだらかな変化率を有する。
i.得られる材料の平均比重は0.45、膨張比約2.13である。
a.パリソンは82.5%吹込成型グレードのプレ発泡HMW HDPE再研削品、15%未使用HMW HDPE、0.5%カーボンブラック濃厚顔料および2%吸熱性化学発泡剤からなる。ベース樹脂ブレンドの比重は0.96である。
b.パリソンは自動車の空調ダクト用に最適化され、420Fで押出成型されている。アルミニウムの金型温度は80Fである。
c.パリソンとの接触前に金型空洞の通気口における真空をオンにした。真空は約29.5 ´´Hgに設定された。
d.ピンチバーがパリソンの底で閉じてパリソンを閉鎖する。金型との接触前にパリソンを予め膨らませるために、上部吹込ピンを介して2−5PSIおよび20CFMでプレ吹込する。型半分は近づく方向に移動を始める。
f.約20´´Hgのレベルの真空が頂部吹込ピンを介して部品内部に30秒間印加される。頂部吹込ピンの真空がオフにされ、そして部品内部壁の最内側層がまだ溶融状態の間に30PSIの圧力が印加される。
g.脱型するのに十分なほど冷えるまで部分を金型内に保持する。金型空洞の通気口における真空および吹込ピン圧力をオフにし;圧力を標準に戻す。サイクルタイムは約70秒である。
h.結果として生じるセル構造は密に発泡され、セルは一般的に本質的に球面または多面体であり、そして外側(金型側)セルにおけるわずかに平坦なセルに向かってなだらかな変化率を有するが、しかし部品の内側表面上に厚い表皮を有する。
i.得られる材料の平均比重は0.57、膨張比約1.68である。
a.パリソンは82.5%吹込成型グレードのプレ発泡HMW HDPE再研削品、15%未使用HMW HDPE、0.5%カーボンブラック濃厚顔料および2%吸熱性化学発泡剤からなる。ベース樹脂ブレンドの比重は0.96である。
b.パリソンは自動車の空調ダクト用に最適化され、420Fで押出成型されている。アルミニウムの金型温度は80Fである。
c.パリソンとの接触前に金型空洞の通気口における真空をオンにした。真空は約29.5 ´´Hgに設定された。
d.ピンチバーがパリソンの底で閉じてパリソンを閉鎖する。金型との接触前にパリソンを予め膨らませるために、上部吹込ピンを介して2−5PSIおよび20CFMでプレ吹込する。型半分は近づく方向に移動を始める。
f.約20´´Hgのレベルの真空が頂部吹込ピンを介して部品内部に30秒間印加される。頂部吹込ピンの真空がオフにされ、そして部品内部壁の最内側層がまだ溶融状態の間に30PSIの圧力が印加される。
g.脱型するのに十分なほど冷えるまで部品を金型内に保持する。金型空洞の通気口における真空および吹込ピン圧力をオフにし;圧力を標準に戻す。サイクルタイムは約72秒である。
h.結果として生じるセル構造は密に発泡され、セルは一般的に本質的に球面または多面体であり、そして外側(金型側)セルにおけるわずかに平坦なセルに向かってなだらかな変化率を有する。
i.得られる材料の平均比重は0.6、膨張比約1.6である。
a.パリソンは82.5%吹込成型グレードのプレ発泡HMW HDPE再研削品、15%未使用HMW HDPE、0.5%カーボンブラック濃厚顔料および2%吸熱性化学発泡剤からなる。ベース樹脂ブレンドの比重は0.96である。
b.パリソンは自動車の空調ダクト用に最適化され、420Fで押出成型されている。アルミニウムの金型温度は80Fである。
c.断熱材または熱源が樹脂の熱を保存するために金型表面の局所に配置される。
d.パリソンとの接触前に金型空洞の通気口における真空をオンにした。真空は約29.5 ´´Hgに設定された。
f.金型はパリソン上で閉じる。 内圧/通気トップ吹込ピンを2秒間オフにする。局所熱源はオフにされ、冷却の開始を可能にする。
g.約20´´Hgのレベルの真空が頂部吹込ピンを介して部品内部に30秒間印加される。頂部吹込ピンの真空がオフにされ、そして標準に戻される。脱型するのに十分なほど冷えるまで部品を金型内に保持する。金型空洞通気口における真空をオフにし圧力を標準に戻す。サイクルタイムは約74秒である。
h.結果として生じるセル構造は一般的な結果とは逆であり、金型に近い表面上および壁の中央付近には、平坦なセルの代わりに高膨張した一般的に球面のセルを有する。局所に形成された表皮は内側表面状に形成され、それは部品内に必要に応じて配置される硬い材料強化を提供する。
a.パリソンは82.5%吹込成型グレードのプレ発泡HMW HDPE再研削品、15%未使用HMW HDPE、0.5%カーボンブラック濃厚顔料および2%吸熱性化学発泡剤からなる。ベース樹脂ブレンドの比重は0.96である。開放型セルの生成のため低融点強化材が好ましい。
b.パリソンは自動車の空調ダクト用に最適化され、420Fで押出成型されている。アルミニウムの金型温度は80Fである。
c.パリソンの最内側表面の冷却を開始するため、トップ吹込ピンは伸長され、そしてパリソンの引き出し中吹込空気は2−5PSIおよび20未満のCFMであるべきである。
d.パリソンとの接触前に金型空洞の通気口における真空をオンにした。真空は約29.5 ´´Hgに設定された。
f.金型はパリソン上で閉じる。 内側と外側の表面の表皮層を急速に冷却するため、5−20PSIの低い内圧が8−10秒間維持される
g.まだ暖かい内部層を急速に膨張させるため、中心層のセル壁の多くを破壊するのに十分な約27.5´´Hgの真空が頂部吹込ピンを介して部品内部に10秒間印加され;開放型セルの通路のネットワークをサンプルのコア全体に形成する。コアがわずかに溶融した状態になるまで維持する。
h.頂部吹込ピンにおける真空がオンにされ、そして開放型セル気泡を再圧縮するため20−50PSIに再加圧され、コア内の多くのセルにリエントラントで、オーセチックな構造を形成する。脱型するのに十分なほど冷えるまで部品を金型内に保持する。金型空洞の通気口における真空をオフにし、圧力を標準に戻す。サイクルタイムは約68秒である。
Claims (13)
- ポリマー気泡および気泡上に表皮を有するサンドイッチパネルの吹込成型の亜大気圧処理の方法であって:
ポリマー材料から1片のパリソンを押し出すステップと;
内側表皮の形成を開始するため、前記パリソンを膨張させそしてある程度の内部冷却を提供するステップと;
金型内真空を形成し、そして前記ポリマー材料を金型表面に密着するようにゆっくりと引き寄せるステップと;
内部に適用される、前記金型の表面に維持される真空レベルと比較した相対的な圧力を印加するステップと;
部品画定および内側表皮と外側表皮を確立するため、既定の保持時間の間、通気口における真空およびプレ吹込の下に前記金型を維持するステップと;
暖かい気泡コアを膨張させるのに十分な既定のレベルの真空を空洞内部に印加するステップと;
所望の気泡膨張を得るため、前記空洞内部の中の真空を既定の期間だけ調節するステップと;
真空を開放するため前記空洞内部を通気するステップと;
前記空洞内部に正の圧力を印加するステップと;
前記正の圧力と金型内の前記通気口における真空の両方をオフにするステップと;
前記部品を前記金型から取り出すステップと;
を有する、ことを特徴とするポリマー気泡および気泡上に表皮を有するサンドイッチパネルの吹込成型の亜大気圧処理の方法。 - 既定の保持時間の間、前記金型を維持する前記ステップは、内部から気泡セルを圧縮することなく外側の表皮がより完全に形成することを可能にするため、通気の後0.1秒から数秒の遅延を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記暖かい気泡コアを膨張させるのに十分な既定のレベルの真空を内部空洞に印加するステップでは、前記部品の内側から外側に向かって25−50 mmHg真空レベルの差異があり、それによりプラスチックが前記金型の表面に引き寄せられ続けるのに十分な外向きのネットの力が前記プラスチック上に残る、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記金型内の真空を10−30秒の既定の期間維持するステップでは、前記保持期間は、所定の量の樹脂を所望の最終厚さに十分に膨張させるために選択される、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記空洞内部に正の圧力を印加するステップは、前記部品が脱型に十分なほど冷却されるまで、前記金型壁との接触を確立して冷却を改良するためである、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記ステップは概してリエントラントまたは凹状の気泡セルで、オーセチック構造の形をとる気泡構造を形成する、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記ステップはガス含有樹脂から新しいセルの核を生成する、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記空洞内部の中の真空を既定の期間だけ調節するステップは、当初の厚さの3倍までの気泡膨張を達成する、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記ステップは閉鎖型セルの気泡に覆われた開放型セルの気泡コアと、内側層および外側層に表皮を有する気泡構造を形成する、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記ステップは、内側層、コア層および外側層の隣接する層の間に20−80%の密度勾配変化を有する気泡構造を形成する、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記ステップは、膨張比が20−100%の差異を示す領域を含む部品を形成する、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記、内部に適用される、前記金型の表面に維持される真空レベルと比較した、相対的な圧力を印加するステップは、形成された部品のまだ溶融したコア層の中の扁平な気泡セルを、材料面に垂直に伸長された、総じて球面のセルに膨張させる、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
- 前記、内部に適用される、前記金型の表面に維持される真空レベルと比較した、相対的な圧力を印加するステップは、形成された部品のまだ溶融したコア層の中の扁平な気泡セルを、材料面に垂直に伸長された、総じて多面体のセルに膨張させる、ことを特徴とする請求項1に記載の吹込成型の亜大気圧処理の方法。
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