JP7474405B2 - 発泡樹脂シートの成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用内装部材や工業部材用途に用いられる発泡樹脂シートの成形方法に関するものである。

発泡樹脂シートを成形した発泡成形体は、軽量であるので、例えばドアトリムやカーゴフロアパネル、リアパーセルシェルフ等の自動車用内装品、内壁用パーティションや扉等の建築用内装品に用いられている。

かかる発泡成形体の成形方法としては、発泡樹脂シートを加熱溶融させて分割金型間に配置し型締めを行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、マッチドモールド型の圧空真空金型を用いた発泡樹脂シートの成形方法が開示されている。

特開平４－５９２２３号公報

ところで、この種の発泡樹脂シートの材質としては、例えば発泡成形に適した高溶融張力ポリプロピレンが多く使用されているが、高溶融張力ポリプロピレンの使用はコスト高に繋がる。代替として、ひずみ硬化性を持つ低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を配合することで成形性を維持することができるが、発泡倍率が上がらず、金型に対して肉厚が再現されにくいという課題がある。

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、例えば発泡樹脂シートの材質としてポリエチレンを使用した場合等においても厚肉の成形を可能とし、厚肉化による曲げ剛性の向上や内部に生じる連続気泡層による性能向上を図ることが可能な発泡樹脂シートの成形方法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、本発明の発泡樹脂シートの成形方法は、溶融状態の発泡樹脂シートを金型を用いて成形する工程を備える発泡樹脂シートの成形方法であって、前記発泡樹脂シートは、ポリプロピレンにポリエチレンを５０質量％以上配合した発泡樹脂シートであり、溶融状態の発泡樹脂シートを一対の金型で挟み込み、各金型を発泡樹脂シートにそれぞれ接触させた後、３～５秒後に真空吸引しながら各金型を後退させることを特徴とする。

本発明では、賦形後に金型を後退させて金型空間を拡大するコアバック成形を採用し、発泡倍率を高め、厚肉成形を実現している。ただし、コアバックに際して、発泡樹脂シートに金型が接触した直後では、発泡樹脂シートの温度が高く流動性が高いため、真空吸引により発泡樹脂シートを金型に密着させたまま後退させることが難しい。そのため、賦形直後に金型空間を広げても、発泡樹脂シートと金型との間に空隙ができてしまい、発泡樹脂シートの気泡が拡大しきらず、肉厚が十分に拡大されない。

そこで、本願発明では、溶融状態の発泡樹脂シートを一対の金型で挟み込み、各金型を発泡樹脂シートにそれぞれ接触させた後、直ちにコアバックを行うのではなく、所定時間経過後にコアバックを行うようにしている。金型を発泡樹脂シートに接触させた後には、時間経過に伴って発泡樹脂シートの表面の温度が低下し、表面が硬化して、いわゆるスキン層が形成される。この状態では、真空吸引により発泡樹脂シートと金型の密着が保たれ、コアバックにより発泡樹脂シートの気泡が十分に拡大し、肉厚も十分に拡大される。

なお、本発明において、「所定時間経過後」とは、各金型を発泡樹脂シートにそれぞれ接触させた後、直ちにコアバックを行うのではなく、積極的に接触状態を維持し、一定時間たってから（例えば１秒以上たってから）コアバックを行うという意味であり、例えば装置の性能、仕様等により金型の発泡樹脂シートへの接触から後退までの間に金型が僅かに停止するような場合を含むものではない。

本発明によれば、例えば発泡樹脂シートの材質としてポリエチレンを使用した場合等においても厚肉の成形が可能であり、厚肉化による曲げ剛性の向上や内部に生じる連続気泡層による性能向上を図ることが可能である。

発泡樹脂シートを成形するための成形機の一例を示す図である。 発泡樹脂シートの概略断面図である。 発泡樹脂シートの金型間への挿入状態を示す概略断面図である。 発泡樹脂シートを金型で挟み込んだ状態を示す図である。 発泡樹脂シートの表面が硬化しスキン層が形成された状態を示す図である。 金型を後退させるコアバック工程を示す図である。 発泡樹脂シートの表面が硬化していない状態でのコアバックの様子を示す図である。 コアバック成形タイミングと成形される発泡樹脂シートの肉厚の関係を示す図である。 成形された発泡樹脂シートの気泡の様子を示す図である。 片側表面に微細孔が形成された発泡樹脂シートを示す図である。

以下、本発明を適用した発泡樹脂シートの成形方法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。

本実施形態の成形方法は、発泡樹脂シートをコアバック成形して厚肉の成形体を成形するものである。

発泡樹脂シートに使用する前記熱可塑性樹脂としては、例えばポリオレフィン等を挙げることができ、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等が挙げられる。

例えば、この種の発泡樹脂シートの材質としては、高溶融張力ポリプロピレンが好適であるが、高溶融張力ポリプロピレンの使用はコスト高に繋がる。代替として、ひずみ硬化性を持つ低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）等のポリエチレンを配合することが考えられるが、発泡倍率が上がらず、金型に対して肉厚が再現されにくい。このように発泡倍率や成形肉厚で不利なポリエチレン［例えば低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）］を例えば５０質量％以上配合した発泡樹脂シートの成形において、本発明の成形方法は効果的である。

発泡樹脂シートは、単層の樹脂シートであるが、成形時に金型内を真空吸引することにより厚さが拡大され、それによって金型に接する形で成形され、その結果、表裏両面近傍が冷却されて中心部分に比べて緻密な（発泡倍率が低い）状態（表裏にスキン層を有する状態）となっている。このため、いわゆる２重壁構造に類似する構造となり、単層であっても高い剛性を有する。

以下、本実施形態の発泡樹脂シートの成形方法について説明する。

図１は、発泡樹脂シート１を成形するための成形機の一例を示すものである。図１に示すように、成形機１０は、樹脂供給装置２０と、Ｔダイ１８と、金型３０，４０を備える。樹脂供給装置２０は、ホッパー１２と、押出機１３と、インジェクタ１６と、アキュームレータ１７を備える。押出機１３とアキュームレータ１７は、連結管２５を介して連結される。アキュームレータ１７とＴダイ１８は、連結管２７を介して連結される。

ホッパー１２は、原料樹脂１１を押出機１３のシリンダ１３ａ内に投入するために用いられる。原料樹脂１１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１１は、ホッパー１２からシリンダ１３ａ内に投入された後、シリンダ１３ａ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１３ａ内に配置されたスクリューの回転によってシリンダ１３ａの先端に向けて搬送される。スクリューは、シリンダ１３ａ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搬送する。スクリューの基端にはギア装置が設けられており、ギア装置によってスクリューが回転駆動される。シリンダ１３ａ内に配置されるスクリューの数は、１本でもよく、２本以上であってもよい。

シリンダ１３ａには、シリンダ１３ａ内に発泡剤を注入するためのインジェクタ１６が設けられる。原料樹脂１１を発泡させない場合は、インジェクタ１６は省略可能である。インジェクタ１６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、インジェクタ１６から注入する代わりに、ホッパー１２から投入してもよい。

発泡剤が添加されている又は添加されていない溶融樹脂１１ａは、シリンダ１３ａの樹脂押出口から押し出され、連結管２５を通じてアキュームレータ１７内に注入される。アキュームレータ１７は、シリンダ１７ａとその内部で摺動可能なピストン１７ｂを備えており、シリンダ１７ａ内に溶融樹脂１１ａが貯留可能になっている。そして、シリンダ１７ａ内に溶融樹脂１１ａが所定量貯留された後にピストン１７ｂを移動させることによって、連結管２７を通じて溶融樹脂１１ａをＴダイ１８内に設けられたスリットから押し出して垂下させて発泡樹脂シート１を形成する。

発泡樹脂シート１は、第１及び第２金型３０，４０間に導かれ、金型３０，４０によって成形される。金型３０は、金型４０に対向する面に凸部３０ａを有する。金型４０は、金型３０に対向する面に凹部４０ａを有する。凸部３０ａと凹部４０ａは互いに略相補形状になっている。金型３０には、好ましくは、多数の減圧吸引孔が設けられており、発泡樹脂シート１を減圧吸引して金型３０の表面に沿った形状に賦形することが可能になっている。金型４０にも減圧吸引孔が設けられている。

図２は発泡樹脂シート１の断面を示す図である。発泡樹脂シート１は、樹脂材料からなるシートであり、内部に気泡２が分散形成された形態を有する。

発泡樹脂シート１の成形の際には、図１に示す成形機において、図３に示すように、発泡樹脂シート１を第１及び第２金型３０，４０間に導く。次いで、図４に示すように、発泡樹脂シート１の両面にそれぞれ第１金型３０あるいは第２金型４０を当接させる。第１金型３０及び第２金型４０には、それぞれ真空吸引孔３０Ａ，４０Ａが形成されている。

発泡樹脂シート１の両面にそれぞれ第１金型３０あるいは第２金型４０を当接させると、発泡樹脂シート１の表面が冷却され、表面が硬化し始め、いわゆるスキン層が形成される。ただし、発泡樹脂シート１の両面にそれぞれ第１金型３０あるいは第２金型４０を当接させた直後には、発泡樹脂シート１の温度が高く流動性が高い。スキン層の形成も不十分である。

そこで、本実施形態では、発泡樹脂シート１の両面にそれぞれ第１金型３０あるいは第２金型４０を当接させた後、その状態を一定時間保持し、それから第１及び第２金型３０，４０のコアバックを行うこととする。

図５に示すように、発泡樹脂シート１の両面にそれぞれ第１金型３０あるいは第２金型４０を当接させた後、その状態を所定時間保持することで、発泡樹脂シート１の表面の硬化が進み、スキン層Ｓが十分に形成される。ここで、所定時間とは、例えば１秒以上である。本実施形態においては、各金型３０，４０を発泡樹脂シート１にそれぞれ接触させた後、直ちにコアバックを行うのではなく、積極的に接触状態を維持し、一定時間たってから（例えば１秒以上たってから）コアバックを行う。

ただし、前記保持する時間が長くなり過ぎると、発泡樹脂シート１が必要以上に冷却されて内部まで硬化が進み、コアバックによる引き伸ばし（肉厚の拡大）が難しくなるおそれがある。このような観点から、発泡樹脂シート１の両面にそれぞれ第１金型３０あるいは第２金型４０を当接させた後、その状態を保持する時間（前記所定時間）の下限としては、１秒であり、好ましくは２秒、より好ましくは２．５秒、さらに好ましくは３秒である。一方、前記所定時間の上限は、例えば７秒であり、６秒以下とすることが好ましく、５秒以下とすることがより好ましい。

コアバックは、図６に示すように、各金型３０，４０に形成された真空吸引孔３０Ａ，４０Ａから真空吸引を行いながら、第１金型３０及び第２金型４０を後退させ、第１金型３０と第２金型４０の間隔を拡大させる操作である。コアバックにより、気泡２が引き伸ばされ、発泡樹脂シート１の厚さが拡大さる。すなわち、発泡倍率が高く、肉厚な発泡樹脂シート成形体が形成される。

前記の通り発泡樹脂シート１の両面にそれぞれ第１金型３０あるいは第２金型４０を当接させた後、その状態を所定時間保持してからコアバックを行うことにより、スキン層Ｓが十分な厚さで形成され、確実に発泡樹脂シート１の表面を第１及び第２金型３０，４０に密着させた状態でコアバックを行うことができ、発泡層の樹脂が引き延ばされて気泡が広がった厚み分を充足するように膨張し、発泡樹脂シート１の厚さが十分に拡大される。

これに対して、発泡樹脂シート１の両面にそれぞれ第１金型３０あるいは第２金型４０を当接させた直後にコアバックを行うと、図７に示すように、スキン層の形成が不十分で薄くて均等でないため、発泡樹脂シート１が第１及び第２金型３０，４０から離れてしまい、発泡樹脂シート１を十分に拡大（膨張）させることができない。

実際、ポリプロピレン（日本ポリプロ社製，商品名BC4BSW）３０質量部に対して低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）（旭化成社製，商品名M1820）７０質量部を配合した発泡樹脂シートを用い、金型空間の厚みを３ｍｍで賦形した後に６ｍｍへと増加（コアバック）させた場合、賦形してから４秒後に増加した際に、発泡樹脂シートの厚みが金型空間の厚みを最も再現することが判明した。

図８は、コアバック成形のタイミング（発泡樹脂シート１の両面にそれぞれ第１金型３０あるいは第２金型４０を当接させた後、コアバック開始までの時間）と成形される発泡樹脂シートの厚さの関係を示す図である。この図８から明らかなように、コアバック開始までの時間を２秒以上とすることで発泡樹脂シートの厚さが増加していき、４秒で最大となっている。本例の場合、発泡樹脂シート１の両面にそれぞれ第１金型３０あるいは第２金型４０を当接させた後、コアバック開始までの時間の最適値は、２秒～６秒である。

本実施形態の成形方法によって形成される発泡樹脂シートにおいては、図９に示すように、発泡層の溶融樹脂が引き延ばされる際に、気泡２の壁面が破断し隣り合う気泡同士が連続した１つの気泡になる。これにより、吸水性能や吸音性能の向上が実現される。なお、図９においては、発泡樹脂シート１の向きが図２～図６とは９０°異なり、コアバック方向は、図中、上下方向である。したがって気泡２は上下方向に引き伸ばされた形となっている。図１０についても同様である。

また、例えば図１０に示すように、片面側のスキン層に直径１ｍｍ以下の微細な穴（微細孔５０）を開け、連続気泡へ通気させた場合、ヘルムホルツ共鳴の原理により、微細孔５０を開けた面で高い吸音性能を示す板状成形品が得られる。

以上、本発明を適用した実施形態について説明してきたが、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。

例えば、円筒状に押し出した発泡樹脂シート（パリソン）を金型間で押し潰して成形する場合等においても、本発明の成形方法を適用することが可能である。

１ 発泡樹脂シート
２ 気泡
３０，４０ 金型
３０Ａ，４０Ａ 真空吸引孔
５０ 微細孔

Claims (4)

1. 溶融状態の発泡樹脂シートを金型を用いて成形する工程を備える発泡樹脂シートの成形方法であって、
   前記発泡樹脂シートは、ポリプロピレンにポリエチレンを５０質量％以上配合した発泡樹脂シートであり、
   溶融状態の発泡樹脂シートを一対の金型で挟み込み、各金型を発泡樹脂シートにそれぞれ接触させた後、３～５秒後に真空吸引しながら各金型を後退させることを特徴とする発泡樹脂シートの成形方法。
2. 前記ポリエチレンは低密度ポリエチレンであることを特徴とする請求項１記載の発泡樹脂シートの成形方法。
3. 前記発泡樹脂シートは単層の発泡樹脂シートであり、前記一対の金型にそれぞれ真空吸引孔が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発泡樹脂シートの成形方法。
4. 前記工程により形成された片面側のスキン層に直径１ｍｍ以下の微細な穴を開け、連続気泡へ通気させることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項記載の発泡樹脂シートの成形方法。

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