JP7390585B2 - 発泡成形体の製造装置 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しながら本発明の第1の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、図1に示す製造装置1を用いて発泡成形体を製造する。製造装置1は、射出成形装置(射出製造装置)である。製造装置1は、主に、可塑化シリンダ(シリンダ)10と、シリンダ10の内部に、軸回りに回転自在かつ軸方向に進退自在に配置された可塑化スクリュ(スクリュ)20と、物理発泡剤をシリンダ10に供給するボンベ(物理発泡剤供給機構)50と、金型が設けられた型締めユニット(図示せず)と、シリンダ10および型締めユニットを動作制御するための制御装置(図示せず)とを備えている。
シリンダ10内において、可塑化溶融された溶融樹脂は、図1における右手から左手に向かって流動するようになっている。以下、シリンダ10の内部において、図1における右手を「上流」または「後方」とし、図1における左手を「下流」または「前方」とする。
なお、図示は省略するが、シールゾーン15と飢餓ゾーン16との間に、溶融樹脂の移動速度を調整するゾーンや、溶融樹脂を混錬するフライト構造が設けられたゾーンをさらに設けてもよい。
(1)熱可塑性樹脂を可塑化溶融する。
まず、シリンダ10の可塑化ゾーン40において、熱可塑性樹脂を可塑化溶融し、溶融樹脂とする(図2のステップS1)。熱可塑性樹脂としては、目的とする耐熱性や成形体の用途に応じて種々の樹脂を使用できる。具体的には、例えば、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、アモルファスポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂)、ポリフェニレンスルファイド、ポリアミドイミド、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等の熱可塑性樹脂、及びこれらの複合材料を用いることができる。特に結晶性樹脂が微細セルを形成しやすいので望ましい。これら熱可塑性樹脂は、単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。また、これらの熱可塑性樹脂にガラス繊維、タルク、カーボン繊維、セラミック等の各種無機フィラー、セルロースナノファイバー、セルロース、木粉等の有機フィラーを混練したものを用いることもできる。熱可塑性樹脂には、発泡核剤として機能する無機フィラー、有機フィラーや溶融張力を高める添加剤を混合することが好ましい。これらを混合することで、発泡セルを微細化することができる。また、熱可塑性樹脂は、必要に応じてその他の汎用の各種添加剤を含むものであってもよい。
次に、一定圧力の物理発泡剤を圧力調整容器5に供給し、圧力調整容器5から飢餓ゾーン16に一定圧力の加圧流体を導入して、飢餓ゾーン16を前記一定圧力に保持する(図2のステップS2)。
なお、溶融樹脂を加圧する物理発泡剤の圧力が「一定である」とは、所定圧力に対する圧力の変動幅が、好ましくは±20%以内、より好ましくは±10%以内であることを意味する。飢餓ゾーン16の圧力は、例えば、シリンダ10の導入口2に対向する位置に設けられた圧力センサ(図示せず)により測定される。
次に、溶融樹脂を飢餓ゾーン16に流動させ、飢餓ゾーン16において溶融樹脂を飢餓状態とする(図2のステップS3)。本実施の形態では、溶融樹脂が圧縮されて圧力が高まる圧縮ゾーン13を、飢餓ゾーン16の上流に設けることにより、飢餓ゾーン16において溶融樹脂を飢餓状態としている。飢餓状態は、飢餓ゾーン16の上流から飢餓ゾーン16への溶融樹脂の送り量と、飢餓ゾーン16からその下流への溶融樹脂の送り量とのバランスにより決定される。飢餓ゾーン16は、前者の方が少ないと飢餓状態となる。
第1移行部20Aは、上流側から下流側に向かって、スクリュ軸の直径dが徐々に大きくなり、フライト深さhが段階的に小さくなるように形成されている。この第1移行部20Aは、上流側のフィードゾーン12に位置する部分と比較して、スクリュ軸の直径dが大きくなっており、フライト深さhが小さくなっている。第1移行部20Aは、隣接するスクリュフライト7間の溝が上流側から下流側に向かって段階的に浅くなるように形成されているということもできる。なお、第2移行部20Eは、第1移行部20Aと略同様であるため、重複する説明を省略する。
計量ゾーン14において、スクリュが1回転することに伴い下流側に移動する(送り出される)溶融樹脂の最大量は、隣接するスクリュフライト7間の軸回り1周あたりの容積となる。(これを容積Aとする。)また、飢餓ゾーン16において、スクリュが1回転することに伴い下流側に移動する(送り出される)溶融樹脂の最大量は、隣接するスクリュフライト21間の軸回り1周あたりの容積となる。(これを容積Bとする。)
図3に戻り説明する。本実施の形態では、深溝部20D(飢餓ゾーン16に対応する部分)は、多条フライト構造となっている。図3では、多条フライト構造の一例として2条フライト構造(ダブルフライト構造)としている。深溝部20Dは、その外周面に形成された第1スクリュフライト21と、第2スクリュフライト22とを備えている。多条フライト構造によれば、溶融樹脂を複数のフライトに分配して移送することができる。また、多重フライト構造とすることで、シングルフライトとした場合と同一量の溶融樹脂を、複数に分割して移送することができる。これにより、製造装置1をより大型化し、スクリュ径Dをより大径とした場合でも、隣接するスクリュフライト間の容積を過度に増大させることなく、溶融樹脂を下流に送ることができる。また、多条フライト構造によれば、スクリュ径Dをより大径とした場合でも、隣接するフライト間の容積が増大するのを抑えることができる。このため、隣接するフライト間に堆積する溶融樹脂の量を低減でき、飢餓状態を安定させることができる。これにより、物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積の低下が抑制され(物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積を増やすことができ)、物理発泡剤の溶融樹脂への浸透時間が確保されるため、飢餓ゾーン16における物理発泡剤の浸透性を高めることができる。
次に、飢餓ゾーン16を一定圧力に保持した状態で、飢餓ゾーン16において、飢餓状態の溶融樹脂と、一定圧力の物理発泡剤とを接触させる(図2のステップS4)。すなわち、飢餓ゾーン16において、溶融樹脂を物理発泡剤により一定圧力で加圧する。飢餓ゾーン16は、溶融樹脂が未充満(飢餓状態)であり物理発泡剤が存在できる空間があるため、物理発泡剤と溶融樹脂とを効率的に接触させることができる。溶融樹脂に接触した物理発泡剤は、溶融樹脂に浸透して消費される。物理発泡剤が消費されると、圧力調整容器5中に滞留している物理発泡剤が飢餓ゾーン16に円滑に供給される。これにより、飢餓ゾーン16の圧力は一定圧力に保持され、溶融樹脂は一定圧力の物理発泡剤に接触し続ける。
製造装置1を大型とした場合でも、適切な大きさの圧力調整容器5を設けることにより、シリンダ10内で溶融樹脂が物理発泡剤により一定圧力で常時、加圧された状態で成形が行なわれることが担保され、成形体内部に微細セルが形成される良好な発泡成形を実現できるという低圧の物理発泡剤を用いた成形方法の効果を享受できる。例えば、飢餓ゾーン16において物理発泡剤が大量に消費された場合に、物理発泡剤の供給が間に合わず、飢餓ゾーン16の圧力が急減する恐れがあるが、圧力調整容器5により安定的に物理発泡剤が供給されて、飢餓ゾーン16の圧力変動が抑制され、シリンダ10内で溶融樹脂が物理発泡剤により一定圧力で常時、加圧された状態で成形が行われることが可能となる。
次に、物理発泡剤を接触させた溶融樹脂を発泡成形体に成形する(図2のステップS5)。シリンダ10には、飢餓ゾーン16の下流に隣接する再圧縮ゾーン17が設けられている。スクリュ20の回転により、飢餓ゾーン16の溶融樹脂は再圧縮ゾーン17に流動するようになっている。再圧縮ゾーン17では、溶融樹脂が再圧縮され、圧力が高まるようになっている。物理発泡剤を含む溶融樹脂は、再圧縮ゾーン17において圧力調整され、スクリュ20の前方に押し出されて計量される。シリンダ10には、当該計量を行うためのゾーンとして、再圧縮ゾーン17の下流に隣接する再計量ゾーン18が設けられている。
製造装置1により製造された(射出)発泡成形体(成形品)の評価方法について説明する。熱可塑性樹脂としてタルクを20%混合したポリプロピレン(出光ライオンコンポジット製、4700G)を用いた。成形品の厚み(2.5mm)を一定とし、スクリュシリンダの径にあわせて、成形品の大きさを変更した(150mm角~800mm角)。ゲート部、中央部および流動末端部における成形品の発泡セルの状態を断面SEMにて評価した。視野1mm角における発泡セルを観察し、平均セルが50μm以下を合格とした。また、発泡セルの均一性に関しては、成形品を透かして目視で確認し、破泡が確認できるかどうかを評価した。
実施例1では、スクリュシリンダ内径φ56mmのスクリュを用い、発泡射出成形を行った。また、飢餓ゾーン16におけるスクリュはダブルフライト構造とした。スクリュ1回転に伴い移動する溶融樹脂の最大容量について、計量ゾーン14における容積Aを30cm3とし、飢餓ゾーン16における容積B(容積C×2経路)を38cm3とした。また、A/B(0.1~1.0が望ましい)を0.78とした。また、飢餓ゾーン16の多条フライトにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り1周あたりの容積C(5cm3~100cm3が望ましい)を、19cm3とした。
金型に150mm角の平板を用い、減圧弁51の調整による窒素による物理発泡剤の圧力が8MPa、スクリュ背圧が10MPa、樹脂温度が180~210℃、金型温度が40℃という条件で、可塑化計量後、射出速度50mm/sで射出充填を行った。保圧20MPaの圧力にて2秒印加した後、金型を5mm開き3倍のコアバック発泡を行った。
実施例2では、スクリュシリンダ内径φ80mmのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン16におけるスクリュはダブルフライト構造とした。また、計量ゾーン14における容積Aを43cm3とし、飢餓ゾーン16における容積B(容積C×2経路)を52cm3とした。また、A/Bを0.82とした。また、容積Cを26cm3とした。それ以外については実施例1と同様とし、コアバック発泡を行った。
実施例3では、スクリュシリンダ内径φ100mmのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン16におけるスクリュはダブルフライト構造とした。また、計量ゾーン14における容積Aを55cm3とし、飢餓ゾーン16における容積B(容積C×2経路)を86cm3とした。また、A/Bを0.63とした。また、容積Cを43cm3とした。また、金型は250×400mm角の平板を用いた。それ以外については実施例1と同様とし、コアバック発泡を行った。
実施例4では、スクリュシリンダ内径φ200mmのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン16におけるスクリュはトリプルフライト構造とした。また、計量ゾーン14における容積Aを110cm3とし、飢餓ゾーン16における容積B(容積C×3経路)を171cm3とした。また、A/Bを0.64とした。また、容積Cを57cm3とした。また、金型は800mm角の平板を用いた。それ以外については実施例1と同様とし、コアバック発泡を行った。
比較例1では、スクリュシリンダ内径φ100mmのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン16におけるスクリュはシングルフライト構造とした。また、計量ゾーン14における容積Aを55cm3とし、飢餓ゾーン16における容積Bを86cm3とした。また、A/Bを0.63とした。それ以外については実施例3と同様とし、コアバック発泡を行った。
比較例2では、スクリュシリンダ内径φ200mmのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン16におけるスクリュはダブルフライト構造とした。また、容積Cを105cm3とした。それ以外については実施例4と同様とし、コアバック発泡を行った。
比較例3では、スクリュシリンダ内径φ56mmのスクリュを用いた。また、飢餓ゾーン16におけるスクリュはダブルフライト構造とした。また、飢餓ゾーン16における容積Bを28cm3とした。また、A/Bを1.07とした(すなわち飢餓率を低くした)。それ以外については、実施例1と同様とし、コアバック発泡を行った。
換言すると、飢餓ゾーン16を比較的低圧の物理発泡剤で加圧する製造装置(製造方法)において、装置をより大型化した場合、すなわちスクリュシリンダの内径(スクリュ径)をより大径とした場合でも、飢餓ゾーン16におけるフライト構造が多条フライト構造となっていることで、シングルフライトの場合と同一量の溶融樹脂が複数に分割して移送される。このとき、隣接するスクリュフライト間の容積が過度に大きいものとならないため、そこに堆積する溶融樹脂の量を低減できる。このため、物理発泡剤と溶融樹脂との接触面積の低下が抑制されるとともに、物理発泡剤の溶融樹脂への浸透時間が確保される。これにより、成形体の発泡性能が低下することのない良好な発泡成形を実現でき、成形体の内部に微細な発泡セルを安定的に形成することができる。
次に、図面を参照しながら本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態では、製造装置を押出成形装置とする場合について説明する。
シリンダ510の上部側面には、上流側から順に、熱可塑性樹脂をシリンダ510に供給するための樹脂供給口501、および物理発泡剤をシリンダ510内に導入するための導入口502が設けられている。
フィードゾーン512は、熱可塑性樹脂のペレットに余熱が与えられるゾーンである。圧縮ゾーン513は、熱可塑性樹脂が剪断混錬されて可塑化溶融され、溶融樹脂が圧縮されるゾーンである。計量ゾーン514は、圧縮された溶融樹脂の密度が一定に保持されるゾーンである。飢餓ゾーン516は、溶融樹脂が飢餓状態となるゾーンである。再圧縮ゾーン517は、溶融樹脂が再圧縮されるゾーンである。再計量ゾーン518は、溶融樹脂が計量されるゾーンである。
500 押出製造装置
2,502 導入口
5,550 圧力調整容器
10,510 可塑化シリンダ(シリンダ)
40,540 可塑化ゾーン
16,516 飢餓ゾーン
20,520 スクリュ
Claims (2)
- 発泡成形体の製造装置であって、
上流側に設けられ、熱可塑性樹脂が可塑化溶融して溶融樹脂となる可塑化ゾーンと、
下流側に設けられ、前記溶融樹脂が飢餓状態となる飢餓ゾーンとを有し、前記飢餓ゾーンへの物理発泡剤の導入口が設けられたシリンダと、
前記可塑化ゾーンは、圧縮された前記溶融樹脂の密度が一定に保持される計量ゾーンを含み、
前記シリンダの内部に配置された、φ50mm以上のスクリュ外径を有するスクリュと
、
一定圧力の前記物理発泡剤を、前記導入口を介して前記飢餓ゾーンに導入し、
前記飢餓ゾーンを常時前記一定圧力に保持する圧力調整容器とを備え、
前記スクリュは、前記飢餓ゾーンにおいて多条フライト構造となっており、
前記スクリュの前記多条フライト構造は、隣接するスクリュフライト間の軸回り1周あたりの容積が、5cm3以上100cm3以下となっており、
前記計量ゾーンにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り1周あたりの容積Aと、
前記飢餓ゾーンにおける隣接するスクリュフライト間の軸回り1周あたりの容積に、スクリュフライトの数を乗じた容積Bとの比率A/Bが、0.1~1.0の範囲となっていることを特徴とする発泡成形体の製造装置。 - 前記製造装置は、押出製造装置であることを特徴とする請求項1に記載の発泡成形体の製造装置。
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