JP7277866B2 - 発泡ダクト - Google Patents

Description

本発明は、発泡ダクトに関するものであり、特に、エラストマーを含む樹脂材料を成形した発泡ダクトに関する。

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等も検討されている（特許文献１等を参照）。

特許文献１には、長鎖分岐構造を有し、比重０．９５～０．９６、メルトフローレイト（ＭＦＲ）３～７ｇ／１０分、溶融張力１００～２５０ｍＮの高密度ポリエチレンと、メルトフローレイト（ＭＦＲ）０．３～１．０ｇ／１０分の高密度ポリエチレンとを混合した混合樹脂に化学発泡剤を添加し、ブロー成形した自動車用ダクトが開示されている。

特開２０１１－１９４７００号公報

前述の通り、通常、発泡ダクトの主原料にはポリプロピレンや高密度ポリエチレン等のポリオレフィン系の樹脂材料が用いられる。ここで、発泡ダクトが採用される理由としては、軽量化効果や高断熱性が得られることが挙げられるが、一方で、発泡ダクトを採用した場合、機械物性の低下や嵌合部位の変形等が問題視されている。

ブロー成形した発泡ダクトは、樹脂壁内部に気泡を有しており、従来の量産品と同様、ポリプロピレンやポリエチレンを原料とした場合、前記気泡が破壊の起点となって強度を低下させる上、オレフィン系材料が弾性変形域が小さいことに起因して、製品が破損し易くなる傾向にある。特に、低温環境下においては、発泡ダクトの割れや搬送時の破損度が発生し易い。

このような状況から、従来、ダクト形状に応じた専用の通箱やラックを用意すること等も行われているが、搬送効率の低下やコスト増を招く要因となっている。

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、可変性や復元性が高く、破損し難い発泡ダクトを提供することを目的とし、さらには、搬送効率や嵌合性も向上することが可能な発泡ダクト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、本発明の発泡ダクトは、ポリオレフィン系樹脂及びエラストマーを含む発泡樹脂をブロー成形することにより形成され、片持ちでも形状を維持し得る剛性を有し、屈曲させた後負荷を開放すると元の状態に復元される発泡ダクトであって、前記エラストマーの含有量が６０質量％～８５質量％であり、発泡倍率が２倍以下であることを特徴とする。

エラストマーは、弾性変形域が大きく、その割合を増やすことにより、外力を受けた場合、発泡ダクトそのものが変形し、破損に至らない。また、通常、発泡ダクトにはコンプレッション部や流路の起伏が設けられているため、外力が除去された後、元のダクト形状に復元しようとする。さらに、内部に気泡が存在するため、単位容積当たりの樹脂に与えられる応力が小さくなり、負荷除去後の残留応力の蓄積が抑制される。

本発明によれば、可変性や復元性が高く、破損し難い発泡ダクトを提供することが可能であり、搬送効率や嵌合性も向上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。 エラストマーを含む発泡ダクトの断面の写真である。 エラストマーを含む発泡ダクトの形態を示す写真であり、（Ａ）は無負荷時のダクトの形態、（Ｂ）は屈曲時のダクトの形態、（Ｃ）は捩り時のダクトの形態をそれぞれ示す。

以下、本発明を適用した発泡ダクト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。

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や高密度ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂を用いたものであり、中でも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。

そして、本実施形態の発泡ダクト１０においては、前記ポリオレフィン系樹脂の他、エラストマーを含有することが重要である。

ここで、使用するエラストマーとしては、例えばスチレン系エラストマーや、エチレン・α－オレフィンランダム共重合体、ポリエチレン系エラストマー等を例示することができる。スチレン系エラストマーの代表例としては、ポリブタジエンブロックセグメントと、スチレン・ブタジエン共重合体ブロックセグメントとからなるブロック共重合体あるいはその水素添加物、ポリイソプレンブロックセグメントと、スチレン・イソプレン共重合体ブロックセグメントとからなるブロック共重合体あるいはその水素添加物、スチレンを主体とする重合体ブロックと共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックとからなるブロック共重合体、スチレンと共役ジエン化合物とのランダム共重合体あるいはその水素添加物、スチレンを主体とする重合体ブロックと共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックとからなるブロック共重合体あるいはその水素添加物等を挙げることができる。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。

エラストマーの樹脂材料に占める割合は、６０質量％～８５質量％とすることが好ましい。エラストマーの割合が６０質量％未満であると、可変性や復元性等が不十分となるおそれがある。また、屈曲時に発生する樹脂の白化や皺を抑制するためにも、エラストマーの割合を６０質量％以上とすることが好ましい。逆に、エラストマーの割合が８５質量％を越えると、本来のダクト形状を維持することが難しくなるおそれがある。

前記発泡樹脂材料には、必要に応じて各種添加剤を添加することも可能である。例えば、リン系の酸化防止剤やフェノール系の酸化防止剤等の酸化防止剤を添加してもよい。リン系の酸化防止剤は、耐加水分解性、耐揮散性に優れ、酸素と結合した樹脂と反応し、連鎖反応で酸化劣化を防止するという機能を有する。フェノール系の酸化防止剤は、各種樹脂、エラストマーの耐熱性向上に効果を発揮する酸化防止剤であり、高分子量であるため、低抽出性、低揮散性であるという特徴を有する。

本実施形態の発泡ダクト１０の発泡倍率は任意であるが、原料樹脂がエラストマーを多く含み溶融延展性に乏しいことから、２倍以下に抑えることが好ましい。これにより、変形性、形状復元性を有し、片持ちでも形状を維持し得る剛性を有する発泡ダクト１０を得ることが可能である。

発泡ダクト１０を製造するには、前述のポリオレフィン系樹脂（ポリプロピレン系樹脂）やエラストマーを含む樹脂材料をブロー成形装置に供することで行うが、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、物理発泡剤、化学発泡剤のいずれを用いてもよく、例えば空気、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。 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。

アキュムレータ式の成形機は、従来の油圧機であってもよいし、全電動機であってもよい。油圧機では、シリンダに油を送ることでアキュムレータを作動させるが、この油圧をコントロールすることでアキュムレータに背圧を付与し、ヘッド内のセル膨張を抑制し、パリソンの高発泡倍率化を達成している。

全電動機の場合、樹脂を貯蔵するアキュムレータをボール螺子とサーボモータで動作させるが、パリソンの高発泡化は難しい。しかしながら、本実施形態の発泡ダクト１０の成形においては、前述の通り発泡倍率は２倍以下であり、アキュムレータ式全電動機でも十分に成形が可能である。

前述の通り、本発明の発泡ダクトは、可変性や復元性が高く、嵌合性も良好である。また、本発明の発泡ダクトは、破損し難く、専用の通箱やラックを用意する必要もないことから、搬送効率も良好である。

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。

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エラストマーを用い、表１に示す配合で発泡ダクトをブロー成形した（実施例１～４、比較例１～３）。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：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）
・エラストマー：クラレプラスチックス社製、商品名アーネストン
・化学発泡剤ＣＦ４０Ｅ－Ｊ（重曹とクエン酸との混合物のマスターバッチ、ポリプロピレン系樹脂＋エラストマー１００質量部に対して４質量部）
・着色剤なし

評価
作製した発泡ダクトについて、屈曲性、捩り性、屈曲後の白化及び皺、剛性（形状維持）を評価した。結果を表１に示す。

表１から明らかな通り、エラストマーの配合が少ないと屈曲性や捩り性等の可変性が不十分であることがわかる（比較例２，３参照）。また、エラストマーの割合が５０質量％のサンプルでは、屈曲後に白化や皺の発生が見られた。エラストマーの割合が９０質量％のサンプル（比較例１）は、形状を維持することができないという問題があった。

これに対して、実施例１～４に示すように、エラストマーの割合を６０質量％～８５質量％とすることで、良好な可変性を実現することができ、復元性、剛性（形状維持）も良好であった。

図３は、エラストマーの割合が７０質量％のサンプル（発泡ダクト）（実施例３）の断面画像である。このサンプルの発泡倍率は１．８倍、気泡径は１８９μｍである。

図４は、エラストマーの割合が７０質量％のサンプル（発泡ダクト）（実施例３）の形態を示すものであり、（Ａ）は無負荷時のダクトの形態、（Ｂ）は屈曲時のダクトの形態、（Ｃ）は捩り時のダクトの形態をそれぞれ示す。屈曲させたり捩りを加えた後、負荷を開放すると、（Ａ）の状態に速やかに復元された。

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. ポリオレフィン系樹脂及びエラストマーを含む発泡樹脂をブロー成形することにより形成され、片持ちでも形状を維持し得る剛性を有し、屈曲させた後負荷を開放すると元の状態に復元される発泡ダクトであって、
   前記エラストマーの含有量が６０質量％～８５質量％であり、
   発泡倍率が２倍以下であることを特徴とする発泡ダクト。
2. 前記ポリオレフィン系樹脂がポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項１記載の発泡ダクト。
3. 前記ポリプロピレン系樹脂が長鎖分岐構造を有することを特徴とする請求項２記載の発泡ダクト。
4. 前記エラストマーが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ポリエチレン系エラストマーであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の発泡ダクト。
5. アキュムレータ式全電動機によりブロー成形されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の発泡ダクト。

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