JPH10507135A - チューブ素材からフォーム成形物を製造する２段階法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ポリオレフィンフォームの２段階製造技術を説明する。この方法においては、第１段階は、ポリマー、発泡剤、架橋結合剤および発泡剤活性化剤を含む円筒形プリフォーム管状素材を閉じ込め式円筒形金型の中で膨張させるものである。この円筒形金型は、通常のプラテンプレスに見られるような油圧ラムまたは類似の機械的手段を必要とせずにフォームの膨張を拘束する。この第１段階の次に、円筒形素材が非拘束状態で対称的に膨張させられる。膨張したフォーム材料を裁断し、冷却プレスして、ポリオレフィンフォーム製品を得る。円筒形管状金型の形状を変化させ、また円筒形金型の内側面にパタンその他の特徴を備えて、表面に模様を備えた製品を製造する事ができる。このようにして製造されたポリオレフィンフォームは建築、包装、衣類その他の用途に使用する事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】 チューブ素材からフォーム成形物を製造する２段階法 技術分野 本発明はポリオレフィンフォームおよび類似材料の製法に関するものである。 さらに詳しくは、非限定的に、本発明はポリオレフィンフォームおよびポリオ レフィンフォームの製造法および製造装置、ポリオレフィンフォーム中間生成物 、ポリオレフィンフォームの成形法に関するものである。 発明の背景 ポリオレフィンフォームは、ポリマーの構造の中に分散ガス相を導入する事に よってポリマー原料を変性する事によって製造される。この方法は通常ポリマー 融成物の中に発泡剤と架橋結合剤とを分散し、得られた化合物を発泡剤が分解し てガスを放出しポリマーを膨張させる環境に露出する事によって実施される。 架橋結合剤は膨張フォーム生成物の物性を変成するが、その主たる物性は細孔 サイズと細孔の閉鎖度である。 現在まで、ポリオレフィンフォームの製法はカレンダリング処理またはその他 のプリホーム処理された平坦なシートを形成し、次にこのシートを１段階または ２段階工程で膨張させるにある。分解性のガス放出発泡剤を活性化するため、金 型の中においてシートを加熱する。この工程はこれらのシートをそのオリジナル 体積の約２０倍まで膨張させる。 加熱段階と次の発泡剤活性化段階は、相異なる大きさの２つの金型を使用して ２段階で実施される。これらのシートを第１金型の中で中間サイズまで発泡させ 、次にこれらのシートを第２金型の中でその最終サイズまで発泡させる。中間成 形段階は、膨張工程に際してフォームの中に生じる応力を制限するのに役立つ。 シ ートは発泡に際してその中心と縦方向縁にそってより大きく膨張する事によって 歪を生じるので、これらのシートを拘束金型の中で発泡させなければならない。 これはフォーム表面の表面張力の変動によるものである。これらの区域において は隅部ほどに表面張力が顕著でない。 他の技術は板材、丸い型材および特殊目的の型材の１段階押出法である。この 工程においては、ポリマー／発泡剤混合物の押出は通常押出であるが、混合物を 膨張させる前に、例えば環状チャンネルを通過させる。混合物はこのチャンネル を出る際に膨張される。この生成物は有効体積まで膨張させられるが、押出され た生成物は非膨張スキンを一体的に含み、これが全体密度を約半分に低下させる 。 以下、本発明の他の目的および利点を図面に示す実施例について詳細に説明す るが本発明はこれに限定されない。 本発明の目的は成形ポリオレフィンの新規な製造法および製造装置において、 通常方法と比較してエネルギー必要量が少なく、また必要締付圧力が低い簡単で コンパクトな金型構造を使用する方法および装置を提供し、または少なくともユ ーザに選択の余地を与えるにある。 本発明の開示 本発明の第１の特徴によれば、合成材料の成形または押し出しによって形成さ れた非膨張材料のプリフォーム円筒形チューブを準備する段階を含むフォーム製 造法が提供される。 好ましくは、前記の非膨張材料は、ポリマー、発泡剤、架橋結合剤および発泡 剤膨張剤活性化剤を含む。 好ましくは本発明によるフォーム製造法は、さらにプリフォーム円筒形チュー ブを実質的に管状キャビテイを有する金型の中に閉じこめてこの円筒形チューブ を加熱する段階を含む。 他の実施態様において、金型の中で材料が加熱されている間に発泡剤を少なく とも部分的に分解させる。 好ましくは、前記プリフォーム円筒形チューブが金型の中で加熱される間に少 なくとも部分的に架橋結合される。 好ましくは、少なくとも部分的な架橋結合は金型の急速冷却によって制御され る。 好ましくは、さらにプリフォーム材料をフォーム製品の形に膨張させる段階を 含む。 好ましくは、前記材料を熱空気炉または同様の環境において膨張障害物なしで 膨張させまたは発泡させる。 好ましくは、プリフォーム円筒形材料を炉の中で自立させその縦方向軸線を垂 直に配向した状態で膨張させまたは発泡させる。 好ましくは、プリフォームおよび／または架橋結合された円筒形材料を実質的 に水平の回転マンドレルまたはローラに引掛けた状態で加熱する。 好ましくは、さらに膨張された円筒体をその縦方向軸線に対して平行に裁断し 、これを平坦シート状に冷却する段階を含む。 好ましくは、金型を熱空気、熱オイルまたは類似物によって加熱する。 好ましくは前記材料はポリオレフィンフォーム合成材料とする。 さらに本発明は、閉じ込め型管状キャビティを含み、合成材料の少なくとも部 分的膨張および／または架橋結合に使用される金型を提供する。 好ましくは前記金型は、中間に管状キャビティを画成する内側部材と外側部材 とを含み、前記管状キャビティが両端において閉鎖手段によって密封される。 好ましくは、前記閉鎖手段の少なくとも一方が着脱自在である。 好ましくは、前記管状キャビティの断面は円形、楕円形、多角形または類似形 とし、前記管状キャビティの長さにそって一定または変動する大きさを有する。 好ましくは、前記金型の内部がパタン、粗面または類似の凹部を備える事によ って膨張製品が表面パタンまたは特定の断面形状を備える。 本発明はさらに１：３乃至３：１の縦横比を有する楕円形または環状キャビテ ィを有する金型を提供する。 好ましくは、キャビティ形状が１：３乃至３：１の縦横比の長方形または丸型 隅部を有する。 以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明するが本発明はこれに限 定されない。 図面の簡単な説明 第１図は円筒形金型プレスの斜視図、 第２図は２つの半シェルと中心コアとを示す円筒形金型の斜視図、 第３図は円筒形金型プレスの平面図、 第４図は円筒形金型プレスの端面図、 第５図は円筒形金型プレスの側面図、 第６図は円筒形金型プレスとその加熱／冷却手段を示す概略図、 第７図はクリップによって固定されていない円筒形金型の概略図、 第８図は第９図の円筒形金型の分解図、 第９図は本発明の方法の第２段階プラントの概略図、 第１０図は第９図のプラントの平面図、 第１１図は素材取り出しステーションの側面図、 第１２図は段階４の処理プラントの概略図、また 第１３図は一連の第４段階処理プラントを示す概略図である。 先行技術のフォーム成形プレスは通常、２または２以上の平坦プラテンを含む 。プリホーム材料が前記プラテン間の平坦キャビティの中に導入され、熱が加え られてポリマーの架橋結合と膨張とを生じる。このような金型は大きな締付力を 必要とし、また金型の形状の故に、熱損が大きく、従って成形工程の全体エネル ギ ー要求量を増大する。 さらに通常、膨張工程中の表面張力作用がプリホーム材料の不均一な膨張を生 じる。その結果、フォームシートの中に歪を生じ、使用可能の製品を製造するた めにこれらのシートを切断しまたは機械加工しなければならない。この歪度は冷 却手段によってある程度緩和する事ができる。 本発明は前記の問題点の一部を緩和する方法を提供するものであり、下記のよ うに実施される。 （段階１）射出成形装置、押出機または業界公知の類似装置によって合成材料 の管状プリホームを形成する。合成材料は一般にポリマー材料、発泡剤、架橋結 合剤、および発泡剤活性化剤を含む。この技術の利点は、配合されたプリホーム を製造し、次の処理のために別の場所に出荷できる事にある。これは、フォーム ユーザが配合プリホーム素材の製造装置に投資しようと望まない場合に望ましい 。そのため、プリホーム供給者はオーダメイドのプリホームを次の処理のための 強固な化学的に安定した形で供給する事ができる。 （段階２）管状プリホームを管状金型の中に挿入する。下記の実施例において は、金型の形状は円筒形であって、このような構造の例を第１図乃至第８図に図 示する。円筒形金型を例示したが、本質的な事は金型が管状キャビティを成す事 にある。この場合、管状とは、円形、楕円形、丸い隅部を有する正方形など任意 のゼオメトリーを含むものとする。 プリホームが金型の中に挿入されると、金型がこの金型に固有の手段によって 加熱される。加熱に際して円筒形プリホームは少なくとも部分的な架橋結合を受 け、その結果、少なくとも部分的に膨張する。 場合によってはプリホームは、発泡剤がこの段階において部分的に分解される ように加熱される。 プリホームはこの加熱および架橋結合中に金型の中に閉じ込められる。この時 、 金型内圧はほぼ３０００ｐｓｉの高さになる。しかし、通常の膨張フォーム成形 法と相違して、円筒形金型の使用により大圧力が有効に閉じ込められる。膨張か ら生じる力ベクトルは円筒形金型の中心軸線からおよび軸線に向かってそれぞれ 放射方向外側および内側に配向される。このようにして圧縮力は、高圧の液体ま たはガスを収容した球形または円筒形容器と同様に分布される。 （段階３）通常、金型は水スプレーによって冷却される。これにより、少なく とも部分的に架橋結合されたプリフォーム（下記において架橋結合素材と呼ぶ） を比較的容易に金型から取り出す事ができる。第７図と第８図に図示の金型の場 合、これは末端フタを除去し、次に素材を引き出す事によって実施される。ある いは第６図に図示のように油圧プレスを使用して、架橋結合素材を引き出す。 架橋結合素材は化学的に安定で強固であり、フォーム製品の形に膨張させるた めに他の場所に出荷する事ができる。これは、ユーザが最終段階（段階４）を実 施する事のできる装置にのみ投資する事を望むが故に望ましい。この場合、架橋 結合素材をユーザの工場まで容易に出荷する事ができる。 （段階４）架橋結合素材は次に加熱炉または類似の型の加熱ブースの中で、発 泡剤の分解温度またはこれ以上の温度で自由膨張させられる。得られたフォーム 製品は円筒形フォームバンの形状にある。 膨張工程は、素材の末端を加熱炉の中に立てて実施しまたは均一膨張のために 素材をマンドレル上で回転させながら実施する事ができる。本発明の主旨の範囲 内において前記以外の膨張法および素材の配向を採用する事ができる。 通常のプラテンプレスは、平坦なプラテンが相互に離間される事を防止するた め、油圧ラムによって拘束されなければならない。これに対して、本発明の金型 はコンパクトな構造であって、フォームの膨張に抵抗するための外部拘束手段の 必要が少なくまたは必要としない。前述の好ましい金型構造は加熱段階（段階２ ）中に油圧ラムまたはプレスを使用しないで自立する事ができる。本発明の金型 構 造は加熱ブースと冷却ブースとを通して物理的に搬送できるのであるから、ジャ ッキ型の加熱または冷却を必要としない。 第１図乃至第５図は本発明による金型の実施例を示す。金型９は上部１０と下 部１１とから成る。これらの各部分は、成形される材料を収容する環状スペース を内部に形成するように機械加工されている。この金型の中心はコアであって、 このコアを引き抜いて材料スペースの中に近接する事ができる。金型各部の外周 にそって、金型キャビティから余分な化合物を捕集するための湯口穴が配置され ている。 金型の各部分と中子は伝熱媒体を通過させるためのチャンネルを形成されてい る。第１図に図示のような円筒形半シェル型中のフォームの成形は通常の平型プ レスの１／３の締付圧を必要とするにすぎない。 第２図乃至第５図は第１図に図示の金型を使用した商業的実施形態であって、 外周７８．５ｃｍ、深さ４０cｍおよび２０ｍｍギャップ幅の拡大サイズを有す る。 第６図は金型構造の他の実施態様を示す。この金型は２部分２、３から成り、 これらの部分がそれぞれ油圧式または空気式ラム４、５によって支持されている 。これらの油圧ラム４、５は部分２、３を相互に引き離すように構成され、また 一方または両方の部分が必要に応じて移動する事ができる。これらの２部分２、 ３または金型そのものが相互間に環状キャビティ６を形成し、このキャビティの 長さと直径は所要の最終面積と厚さに適合するように選択される。 これらの２部分２、３は別々にそれぞれパイプセット７、８によって加熱され る。これらのパイプはオイルなどの熱流体からの共通熱源に接続される。 この実施態様においては、金型は循環熱オイルによって加熱される。このオイ ルは、冷却システムと組合わされた熱交換器によって加熱される。冷却システム は急冷のために使用され、金型の再使用までの時間を短縮する事によって生産性 を増大する利点を有する。 この実施態様の原型は円筒形プリフォームから２ｍ×１ｍ×５０ｍｍのフルサ イズフォームバンを成形するために製造され、この原型は３０トンのプレス圧を 必要とするにすぎない。プリフォーム円筒体の架橋結合中の膨張の故に、先行技 術の同等面積の平坦プリフォームの場合よりもはるかに小さいプレス面積とはる かに低い締付力とを必要とする。 本発明は、通常の平型プレスの１／２０の締付力を使用して通常の平型金型に よって製造される標準２ｍ×１ｍシートの生産を可能とする手段を提供する。ま た本発明は、現存の成形プレスの場合よりも大きな形状のシートをより多数製造 する手段を提供する。 第６図に図示の金型は直接にオイル伝熱媒体によって加熱および冷却され、次 に架橋結合された素材が熱空気チャンバの中で自由膨張させられる。 第７図と第８図には、単一の金型２６について金型構造の好ましい実施態様を 説明する。この金型２６は軟鋼の内管またはスリーブ２７を有し、このスリーブ には拡大底部２８が備えられる。この実施態様において、この拡大底部は黄銅磨 耗リングである。スリーブ２７は外管２９の中に嵌合されて、１０ｍｍのギャッ プ３０を成す。外管２９はその底部にフランジ３１を備え、またアルミニウムま たは類似物質の圧力キャップ３２によって閉鎖され、このキャップ３２はキャッ プネジ３３によって閉鎖される。 テストにおいて、外周３００ｍｍ、深さ８．５ｃｍ、厚さ１０ｍｍの合成材料 から成るプリフォームポリオレフィン円筒体を金型２６の中に挿入した。次にこ の金型２６をネジキャップ３３によって閉鎖し、循環空気チャンバの中に配置し た。この金型を加熱チャンバの中で約５０分間加熱した。この期間はフォームミ ックスに依存して変動する。 加熱された金型２６を取り出し、冷却容器中に５分間浸漬する事によって急冷 した。あるいは、蒸発性水噴霧を使用する事ができよう。 ねじ込みキャップ３３を除去した後、架橋結合した素材を取り出し、熱間膨張 チャンバの中に自由に配置した。約２０分後にこの素材は外周８５ｃｍ×深さ２ １．５cｍ×厚さ２４ｍｍまで膨張した。 この実施態様においては単一のプリフォームと金型の処理について述べるが、 単一段階で多数の金型を使用できる事は明らかである。この場合、熱空気ブロア ーが多数の金型を処理するサイズとする事ができる。金型の加熱時間は、金型お よびプリフォーム素材の予熱時間を変動させる事によって制御する事ができる。 またチャンバ中の金型の運動を業界公知の機械的手段によって実施する事ができ る。金型は中空の中心コアを含み、これがプリフォームの均一加熱を支援する。 金型２６はねじ込みキャップ３３によって密封される。金型の内圧の故に、各 金型をそれぞれ装入し、閉鎖し、開きまた取り出すために小トン数の油圧装置が 使用される。これは第１１図に図示のワークステーションに示されている。 ワークステーション３５は２つの３０トン油圧ラム３６を備え、これらの油圧 ラムは各側面から操作され、着脱自在の末端キャップ３７を金型２６の中に押し 込み、着座させ、締め付け、または取り除くように設計されている。金型２６は プレート３９上にクリップ３８によって固定保持される。 プレート３９の下方の油圧ラム４０を使用して架橋結合されたプリフォームを 金型から取り出す事ができる。 ワークステーション３５は第９図と第１０図に図示の加熱炉４１に対して並置 される。この加熱炉４１はその内部に複数の金型２６を取り付けるようなサイズ を有する。図示の実施例は加熱炉の中に１０台の金型２６が挿入されている。加 熱炉４１は垂直に滑動する空気作動ドア４２によって閉鎖される。これらのドア ４２は手動または自動式空気ラム４３の操作で制御する事ができる。 加熱炉４１そのものは適当な媒体によって加熱される。加熱炉４１の外周壁体 、 屋根および床は断熱される。 この実施例において、ＬＰＧバーナ４４が熱交換器４５に隣接配置され、この 熱交換器から熱循環ファン４６が加熱された空気を加熱炉中に矢印方向に送り、 空気は戻りダクト４７を通って再循環される。空気は熱空気流ダクト４８と熱空 気戻りダクト４９とを通って金型２６を通過する。 加熱炉４１に対して冷却スプレーまたはブース５０が並置される。この実施例 における冷却ブース５０は、金型２６が加熱炉４１から取り出された後にこれら の金型の外周面と内周面を冷却する噴霧機構５１を有する。冷却水が捕集浴５２ から冷却塔５３を通って循環される。 第９図、第１０図および第１２図について述べれば、ワークステーション３５ 、加熱炉４１および冷却ブース５０が自由膨張炉５４と組合わせて使用される。 実際にまた部分的に架橋結合されたプリフォームを完全膨張させるために他の箇 所に送る事ができる。 自由膨張炉５４の一例を第１２図と第１３図に図示する。この実施例において 、この膨張炉は正面開閉ドア５５を有する。またこの膨張炉はその内部に、駆動 モータ５７によって駆動されるマンドレルまたはロータ５６を有する。必要な熱 空気が適当手段によって供給され、熱空気循環ファンによって循環される。自由 膨張段階（前記の段階４）に際して、部分的に成形されたユニット５９が炉５４ の中に配置されて、ロータ５６を回転させながらそのフルサイズまで膨張させら れる。 この技術は、第１段階で製造された架橋結合素材を２６０ｍｍと２１５ｍｍ外 径×４００ｍｍ長の２サイズに成形して相互の中に包装して出荷できる事が非常 に有利である。このように包装されると１つのユニットの中に多量の素材を包装 して輸送する事ができる。標準型２０フィートコンテナにより、この型の１８５ ２本の円筒体を出荷できると計算された。架橋結合素材はカストマーの施 設の自由膨張炉の中で膨張させる事ができる（段階４）。所望ならば、これらの プリフォーム円筒形素材を回転駆動されるローラまたはマンドレルの上に吊り下 げて加熱する事ができる。このようにして大直径のフォーム１０を製造してこれ を多くの用途に使用する事ができる。例えば管状シートを剥離しまたは裁断して 薄いフォームシートを形成する事ができる。 前記の膨張のために０．１６ｍｍ３に膨張されたバンの船積みコストを比較す れば、従来の場合コンテナあたり３１３バンしか輸送できなかったのに対して、 本発明を使用すれば輸送コストが２／３まで低減されよう。 第７図と第８図に図示の金型は、油圧と同等の締め付け力を達成するように設 計されたねじ込み型キャップを有する自立型金型として設計された。 架橋結合のための加熱（前記段階２）は加熱炉の内部において金型の周囲に熱 空気を循環させる事によって実施され、次に冷却は水中に浸漬する事によって実 施される（段階３）。本発明のさらに他の利点は、通常の平板プレスと比較して 、円筒形金型は比較的コンパクトであり、効率的に加熱できる事にある。同様の 理由から円筒形金型は断熱が容易である。このようにして本発明の装置と方法を 使用する事により顕著なエネルギーの節約が成される。 本発明のこの金型の主たる利点は、高価な油圧装置を除去し、伝熱媒体用のジ ャケットを有しない簡単な設計を有する事である。 本発明の方法においては、種々の成分配合を使用する事ができ、業界公知の多 数の配合およびその変形を使用する事ができる。 本発明は前記の説明のみに限定されるものでなく、その主旨の範囲内において 任意に変更実施できる。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 合成材料の成形または押し出しによって形成された非膨張材料のプリフ ォーム円筒形チューブを準備する段階を含むフォーム製造法。 ２． 前記の非膨張材料は、ポリマー、発泡剤、架橋結合剤および発泡活性化 剤を含む事を特徴とする請求項１に記載の方法。 ３． プリフォーム円筒形チューブを実質的に管状キャビテイを有する金型の 中に閉じこめてこの円筒形チューブを加熱する段階を更に含む事を特徴とする請 求項１または２のいずれかに記載の方法。 ４． 金型の中で材料が加熱されている間に発泡剤を少なくとも部分的に分解 させる事を特徴とする請求項３に記載の方法。 ５． プリフォーム円筒形チューブが金型の中で加熱される間に少なくとも部 分的に架橋結合される事を特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の方法 。 ６． 少なくとも部分的な架橋結合は、金型の急速冷却によって制御される事 を特徴とする請求項５に記載の方法。 ７． 材料をフォーム製品の形に膨張させる段階を更に含む事を特徴とする請 求項３乃至６のいずれかに記載の方法。 ８． 材料を熱空気炉または同様の環境において、膨張障害物なしで膨張させ または発泡させる事を特徴とする請求項７に記載の方法。 ９． プリフォーム円筒形材料を炉の中で自立させその長手方軸線を垂直に配 向した状態で膨張させまたは発泡させる事を特徴とする請求項７または８のいず れかに記載の方法。 １０． プリフォームおよび／または架橋結合された円筒形材料を実質的に水 平の回転マンドレルまたはローラに引掛けられた状態で加熱する事を特徴とする 請求項７乃至９のいずれかに記載の方法。 １１． さらに膨張された円筒体をその縦方向軸線に対して平行に裁断し、こ れを平坦シート状に冷却する段階を更に含む事を特徴とする請求項７乃至１０に 記載の方法。 １２． 金型は熱空気、熱オイルまたは類似物によって加熱される事を特徴と する請求項３乃至６のいずれかに記載の方法。 １３． 前記材料はポリオレフィンフォーム合成材料である事を特徴とする請 求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。 １４． 閉じ込め型管状キャビティを含み、合成材料を少なくとも部分的に膨 張および／または架橋結合するために使用される金型。 １５． 中間に管状キャビティを画成する内側部材および外側部材を含み、前 記管状キャビティが両端において閉鎖手段によって密封される事を特徴とする請 求項１４に記載の金型。 １６． 前記閉鎖手段の少なくとも一方が着脱自在である事を特徴とする請求 項１５に記載の金型。 １７． 前記管状キャビティの断面は円形、楕円形、多角形またはこれらの類 似形となっており、断面の大きさは前記管状キャビティの長さにそって一定また は変動する事を特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の金型。 １８． 金型の内部がパタン、粗面または類似の凹部を備える事によって膨張 製品が表面パタンまたは特定の断面形状を備える事を特徴とする請求項１４乃至 １７に記載の金型。 １９． １：３乃至３：１の縦横比を有する楕円形または環状キャビティを有 する事を特徴とする請求項１４乃至１８のいずれかに記載の金型。 ２０． キャビティ形状が１：３乃至３：１の縦横比の長方形または丸型の隅 部を有する事を特徴とする請求項１４乃至１９のいずれかに記載の金型。 ２１． 付図について実質的に説明された方法。 ２２． 付図について実質的に説明された金型。