JPH04332623A - 発泡熱可塑性樹脂シートの成形方法および成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の技術分野】本発明は、発泡熱可塑性樹脂シー
ト、例えば、発泡ポリスチレン、発泡ポリ塩化ビニル、
あるいは発泡ポリプロピレンのような発泡熱可塑性樹脂
シートの成形方法およびその方法により成形された成形
品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発泡ポリプロピレンのような発泡
熱可塑性樹脂シートの成形は、加熱炉内において加熱軟
化させ、最大自由発泡厚みまで発泡させた後に成形部に
移し、真空成形、マッチモールド成形などにより所定肉
厚を持つ所定形状の最終製品を得る方法が一般に行われ
ている。

【０００３】即ち、従来の成形品は、発泡肉厚がその気
泡構造を破壊しない範囲において厚い方が強度面におい
て有利とされてきており、加熱炉内の加熱において充分
な自由発泡厚みをうることを前提として、加熱条件を含
む成形条件あるいは最終製品の物性面での検討がなされ
てきている。一方、成形品としての最終製品は、その用
途あるいは使用環境に応じて、側壁部と底部とでその肉
厚に差異を設けることが求められたり、あるい容器の変
形に対する強度を増加するために特定箇所、例えば容器
の口部周辺のみを肉厚とすることが求められたりするこ
とから、加熱炉内の加熱において熱可塑化し発泡したシ
ートを成形装置内で真空成形、マッチモールド成形など
をするに際して、その雄雌の金型間のクリアランスをど
のようにするのが適切か、あるいはどの程度の真空条件
下で行うべきかなどについて多くの提案がされてきてい
る（例えば、特公昭６３−６５４９１号公報等）。しか
し、これら従来のものは、前記したようにいずれも加熱
炉内の加熱において充分な自由発泡厚みをうることを前
提としており、加熱炉内での発泡条件を変えた場合の最
終製品に与える影響については特に報告されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、発泡熱
可塑性樹脂シートの加熱炉内での発泡条件とその後の成
形装置での成形条件に伴う発泡熱可塑性樹脂シートの物
性の変化について多くの実験、研究を行い、次のような
知見を得た。即ち、 １、発泡熱可塑性樹脂シートの加熱特性として、空気中
における加熱炉による単純輻射加熱により得られる発泡
厚み、即ち、最大自由発泡厚みは、原反厚みの２．２か
ら２．５倍であり、シート内に残存する発泡ガス濃度に
より変動はするもののこの値を越えることはないこと。

【０００５】２、金型内において真空引きにより再発泡
させる場合、気泡破壊を起こすことなく再発泡を行わせ
うる限度は最大自由発泡厚みの約１５％増までが限度で
あって、それ以上に強制発泡させると、シート断面中央
部より気泡破壊を起こすと共に空洞化を生じシート強度
が低下すること。 ３、発泡熱可塑性樹脂シートは加熱軟化後、発泡と共に
曲強度は増大するが、同時に原反の抗張力は減少し、引
張り強度は低下すること。

【０００６】４、従って、発泡熱可塑性樹脂シート成形
品の強度を最大限に得るためには、この抗張力を残した
まま、かつ気泡破壊を起こさない限度での高い発泡厚み
で成形することが必要であること。 ５、さらに、一度発泡したものを、金型などの外圧力に
より肉厚規制を行えば、発泡体の気泡の座屈、崩壊を伴
い易くなること、などの事実である。

【０００７】実験結果の一例を図４に示す。図４は、発
泡熱可塑性樹脂シートの一例として原反一次厚み１．７
ｍｍの発泡ポリスチレンシートを用い、加熱炉内での加
熱時間（秒）と原反厚みの変化に伴う発泡ポリスチレン
シートの物性値の変化を示すグラフである。グラフに示
されるように、加熱時間の経過とともに原反は厚みを増
していき最終的にその原反に固有の値である最終自由発
泡厚みに達し、その後さらに加熱を続けると発泡が破壊
される等の理由からから原反厚みは幾分減少する。一方
、発泡と共に曲強度は増大するが、その値は原反が最大
自由発泡厚みに達する以前において最大値を示し、最大
自由発泡厚みに達すると共にその値は急激に減少する。 また、引張り強度は原反が最大自由発泡厚みに達する以
前から低下する傾向にあることがわかる。

【０００８】一方、前記したように金型内で成形するに
際しては、成形品として必要とされる強度を得るためあ
るいは積み重ね高さを低くするため等種々の理由から、
雄雌の金型間で成形と同時に、再発泡、肉厚規制を行い
、側壁部と底部とでその肉厚に差異を設けたりあるいは
例えば容器の口部周辺のみを肉厚とするような成形を行
っている。

【０００９】そこで本発明者らはさらに研究を重ねるべ
く、原反が最大自由発泡厚みに到るまでの幾つかの段階
において発泡原反を加熱炉から取り出し、雄雌の金型間
で両面真空引きによる再発泡を行い厚みの増加させて、
原反の物性値の変化について調査した。その結果を表１
に示す。表１に示されるように、加熱炉内において最大
自由発泡厚み近傍まで発泡させた原反を金型間でさらに
発泡させ厚みを増加させたものは再発泡以前のものより
も引張り強度及び曲げ強度の低下を示している。一方に
おいて最大自由発泡厚みに至る前の状態のものを両金型
間でさらに発泡させ厚みを増加させた場合には再発泡以
前のものと比べ引張り強度及び曲げ強度においてはほぼ
同じ値を示し、かつ、製品として特に重要視されている
リブ圧縮強度は、最大自由発砲厚みの７５から８５パ−
セントまで発泡させたものにおいて大幅な向上を示すこ
とが分かった。

【００１０】

【表１】

【００１１】上記の知見に基づき、従来の発泡熱可塑性
樹脂シートの成形方法を再検討するに、これまでの成形
方法は、上記したようにいずれも加熱炉内の加熱におい
てほぼ最大自由発泡厚みにまで達したシートを、金型間
で再発泡などの成形加工を行っているために、得られた
最終製品の曲げ強度あるいは引張り強度は原反が本来有
し得る値にまで到っておらず、そこに一定の損失を伴っ
ていること、また、最終製品としての必要な強度を最も
端的に表すいわゆるリブ圧縮強度の値を所定値とするた
め本来必要とされる以上の一次厚みを有する原反を素材
として使用していることが十分推察できる。さらに、積
み重ね高さを減少すべく側壁部を底部より薄く成形しよ
うとする場合に、側壁部の発泡体の気泡に座屈、崩壊を
生じさせさらに強度の低下を伴なっていることも分かる
。前記した特公昭６３−６５４９１号公報に記載のもの
は、それらの多くの不都合は回避してはいるものの、製
品の片面は型内発泡時に特に規制を受けないことから、
やはり曲げ強度あるいは引張り強度に損失を伴うのに加
え、再発泡を行わせうる限度を越えて発泡する恐れがあ
り、結果として気泡破壊を起こすと共に空洞化を生じる
恐れを内在しているといえる。

【００１２】本発明は、上記のような事実に鑑み、発泡
熱可塑性樹脂シートの持つ熱特性を最大限に活用した高
い強度を有する成形品を得るための発泡熱可塑性樹脂シ
ートの成形方法およびその方法により得られた成形品を
得ることを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、発泡熱可塑性樹脂シートを加熱可塑化
したのちマッチモールド金型内で成形する方法において
、加熱炉内にて当該発泡熱可塑性樹脂シートの最大自由
発泡厚みの７５ないし８５％まで発泡させた後、該発泡
熱可塑性樹脂シートを両金型間の最大クリアランスが該
発泡熱可塑性樹脂シートの最大自由発泡厚み寸法以下で
あるマッチモールド金型内に移行し、該金型内で両面よ
り真空吸引して型内発泡させることにより最終製品厚み
をうることを特徴とする発泡熱可塑性樹脂シートの成形
方法、および加熱炉内にて素材としての発泡熱可塑性樹
脂シートをその最大自由発泡厚みの７５ないし８５％ま
で発泡させた後、該発泡熱可塑性樹脂シートを両金型間
の最大クリアランスが該発泡熱可塑性樹脂シートの最大
自由発泡厚み寸法以下であるマッチモールド金型内に移
行させ、該金型内で両面より真空吸引して型内発泡させ
ることにより最終製品厚みをうることにとり成形された
発泡熱可塑性樹脂シートの成形品を開示し、提供する。

【００１４】本発明においては、発泡熱可塑性樹脂シー
トとして発泡ポリスチレンを用いることは特に有効であ
る。本発明においては、シートの抗張力を可能な限り残
した状態、すなわち加熱炉内にて当該発泡熱可塑性樹脂
シートの最大自由発泡厚みの７５ないし８５％まで発泡
させ、その状態の発泡熱可塑性樹脂シートを成形部の金
型において低温成形する。即ち、加熱炉内で製品が必要
とする十分な厚みを得ることなく、最終製品厚みは、金
型内で両面より真空吸引して型内発泡させることにより
達成する。その際に、金型の最大クリアランスをその原
反に固有の値である最大自由発泡厚みの寸法以下とする
ことにより、過発泡による気泡破壊を防ぐと共に大きな
リブ圧縮強度および引張り強度を得ることができ、さら
に金型内での両面からの真空吸引により、シートを型面
に良く接触させ成形品の充分な冷却を達成できる。

【００１５】また、金型のクリアランスを成形品の側壁
の部分の肉厚を底の部分の肉厚よりも薄くするように成
形することも可能であり、その際、加熱路内での二次発
泡厚みを最大自由発泡厚み以下に抑えてあることから、
例えば、側壁の部分のクリアランスを発泡体の気泡の座
屈、崩壊を起さなで延伸しうる肉圧とし、底の部分のク
リアランスを過発泡による気泡破壊を生じない範囲、例
えばその肉圧の１，０から１，５倍程度とすることが容
易に可能となる。。

【００１６】

【効果】本発明による発泡熱可塑性樹脂シートの成形方
法および成形品は多くの利点を有している。成形方法と
しては、発泡熱可塑性樹脂シートが最大自由発泡厚みの
７５ないし８５％に到った時点で加熱・軟化を終了させ
るために従来の方法に比べ加熱時間を短縮することがで
き、省エネルギー化および高サイクル化を計ることがで
きる。また、得られた成形品としては、同一の原反を用
いて成形しても上記の理由から強度が向上する。換言す
れば、同一の強度を持つ成形品をより少ない原反、即ち
一次厚みのより薄い原反で得ることが可能となり、原反
の軽量化ができるとともに成形品の薄肉化を計ることが
できる。それにより、原価の低減に加え、集積した際の
全体容積、特に積み重ね高さを低くすることができ製品
の輸送効率を高めることができる。従って、従来積み重
ね高さを低くする目的から、側壁厚みを薄くするには、
金型によって側厚みを潰すか、薄い原反を薄くせざるを
えず、いずれの場合も充分な強度を得ることがでなかっ
たが、本発明においてはそれが可能となった。

【００１７】

【実施例】以下、発泡ポリスチレンシートを原反として
用いた場合を例にとり本発明をより詳細に説明する。図
１は本発明の方法に用いる成形装置の概略断面図を示し
いる。発泡ポリスチレンシート１は、加熱炉２において
加熱されて可塑化し、所定の厚みＴ１に発泡した状態で
金型３、３’に移行する。この金型はいわゆる雄型、雌
型からなるマッチモールド金型であり、油圧機構などの
適宜の移動手段４、４’により相互に離反、接近し、金
型間で発泡ポリスチレンシート１を所定の形状に成形す
る。また、金型には真空引きするいための真空配管５が
接続している。

【００１８】図２、図３は上下の金型３、３’の断面を
拡大して示している。各金型には複数の細孔６、６’が
貫通しており、細孔６、６’の一端部は成形面側に他端
は真空配管側に開放している。図中、７、７’は金型に
形成された真空配管への接続口である。なお、この成形
装置自体は従来から知られているものであり詳しい説明
は省略する。

【００１９】図２は相互の金型が最も離反した状態、図
３は最も接近した状態であり、発泡ポリスチレンシート
の成形加工時の状態を示している。両金型間のクリアラ
ンスは、その水平部において最大クリアランスＴ２　を
持つようにしその値は成形原反の最大自由発泡厚みＴと
原反の二次発泡厚みＴ１の間の厚みとしている。また、
傾斜部分のクリアランスＴ３　は、この例にあっては、
Ｔ２　よりは小さいクアランスであって、発泡体が延伸
はするものの気泡が座屈、崩壊を起こさない範囲のクリ
アランスとしている。

【００２０】次に、この装置により発泡ポリスチレンシ
ートの成形品を成形する方法について説明する。ポリス
チレンシートを加熱炉２内に導き、炉内において当該発
泡ポリスチレンシートをその最大自由発泡厚みＴの７５
ないし８５％（Ｔ１　）まで発泡させる。その発泡ポリ
スチレンシートを、図２に示す金型３、３’の間に供給
した後、両金型を成形位置に移動する。成形の初期、す
なわち真空引きを行う前の段階では、両金型間には上記
のようなクリアランスを設けてあるので、図２の左半分
に示すように水平部の全域および場合によっては発泡シ
−トの延伸により傾斜部分の全域あるいは一部分に、発
泡ポリスチレンシートと金型との間に間隙Ｓが形成され
る。

【００２１】その状態で金型の両面より真空吸引を行い
、発泡ポリスチレンシートを型内で再発泡させる。それ
により図２の右半分に示すように、水平部において最大
自由発泡厚みである最大肉圧Ｔ２　を持ち、傾斜部分で
は気泡が座屈、崩壊を起こさないる範囲で延伸と発泡が
生じた肉圧Ｔ３　を持つ最終製品が得られる。この最終
製品は、発泡ポリスチレンシートの抗張力を残したまま
、かつ気泡破壊を起こさない限度での高い自由発泡厚み
で成形されているので、薄肉でありながら充分な強度と
リブ圧縮強度を有しており、原反の節約および集積した
際の全体容積、特に積み重ね高さを低くすることができ
製品の輸送効率を高めることができる。

【００２２】なお、上記の例では、傾斜部分のクリアラ
ンスＴ３　を水平部のクリアランスＴ２　より小さい値
としたが、Ｔ２　と同じクリアランスであってもよきも
のである。次に、実際の例に基づき本発明を説明する。 〔実際例〕 １．成形条件等； ＊　　使用原反 　　　　１．重量　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　発泡ポリスチレンシート、２２０ｇ／ｍ２　　　
　２．原反一次厚み　　　　　　　　　　　　１．７ｍ
ｍ　（発泡倍率　　７．７倍）　　　　３．最大自由発
泡厚み　　　　　　　　４．２ｍｍ　（発泡倍率１９．
７倍）＊　　成形品寸法 　　　　１９５（長さ）ｘ１２０（幅）ｘ２５（深さ）
　　ｍｍ＊金型使用 　　　　金型クリアランス　　　　　　　　　　　　　
　底部（Ｔ２　）　　３．８　　ｍｍ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　側部（Ｔ３　）　　２．１　　ｍｍ　　　　側部テー
パ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　５５　　度　　　　金型温度
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　６５　　℃＊成形方法 　　　　マッチモールド金型による両面真空成形　　　
　型締時間　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
３．５　　秒　　　　型締圧力　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　２００　　ｋｇ　　　　真空度　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　−６００　　ｍ
ｍ／Ｈｇ　２．成形品の寸法、強度等； ＊　炉内滞留加熱時間（秒）　　　　　　　　　　１０
　　　　　　　　　　　　　　１３　　　　＊　　２次
発泡厚み　　　　（ｍｍ）　　　　　　　　３．３　　
　　　　　　　　　　３．６　　　　　　（最大自由発
泡厚みに対する割合　　　　７９％　　　　　　　　　
　　　　　８５％　）＊　　成形品厚み　　　　　　底
部　　　　　　　　　　　　３．８　　　　　　　　　
　　　３．８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　側部　　　　　　　　　　　　２．２　　　
　　　　　　　　　２．２　　　　＊　　リブ部圧縮強
度　　（ｇ　）　　　　　　　　　６６８　　　　　　
　　　　　　５６１　　　　［比較例］同一の原反を用
い、加熱炉内で最大自由発泡厚み、即ち４．２ｍｍまで
２次発泡させたものを同一の成形装置を用いて成形した
ところ、そのリブ圧縮強度は５２１ｇであった。

【００２３】上記のように、最大自由発泡厚みの約８０
％まで加熱炉内で発泡させた発泡ポリスチレンシートを
成形した場合に最大リブ部圧縮強度を示しており、本発
明の有効性を明示している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる成形装置の概略図。

【図２】金型の拡開状態を示す図。

【図３】金型内での成形状態を示す図。

【図４】発泡ポリスチレンシートの発泡に伴う物性値の
変化を示すグラフ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発泡熱可塑性樹脂シートを加熱可塑化
   したのちマッチモールド金型内で成形する方法において
   、加熱炉内にて当該発泡熱可塑性樹脂シートの最大自由
   発泡厚みの７５ないし８５％まで発泡させた後、該発泡
   熱可塑性樹脂シートを両金型間の最大クリアランスが該
   発泡熱可塑性樹脂シートの最大自由発泡厚み寸法以下で
   あるマッチモールド金型内に移行し、該金型内で両面よ
   り真空吸引して型内発泡させることにより最終製品厚み
   をうることを特徴とする発泡熱可塑性樹脂シートの成形
   方法。
2. 【請求項２】　　発泡熱可塑性樹脂シートがポリスチレ
   ンシートである請求項１記載の成形方法。
3. 【請求項３】　　加熱炉内にて素材としての発泡熱可塑
   性樹脂シートをその最大自由発泡厚みの７５ないし８５
   ％まで発泡させた後、該発泡熱可塑性樹脂シートを両金
   型間の最大クリアランスが該発泡熱可塑性樹脂シートの
   最大自由発泡厚み寸法以下であるマッチモールド金型内
   に移行させ、該金型内で両面より真空吸引して型内発泡
   させることにより最終製品厚みをうることにとり成形さ
   れた発泡熱可塑性樹脂シートの成形品。
4. 【請求項４】　　発泡熱可塑性樹脂シートが発泡ポリス
   チレンシートである請求項３記載の成形品。