JPWO2007105285A1 - 発泡成形体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

発泡性樹脂粒子を加熱水蒸気の存在下で発泡性樹脂粒子の融着温度に加熱後、発泡量を制御しながら発泡セルを融着させ冷却する。発泡量の制御を型内での発泡性樹脂粒子に対する圧力制御により行うことが好ましい。隣り合う発泡セルが接触面においてそれ自体の軟化溶融で結合した発泡成形体が製造される。この発泡成形体は、発泡セルの間に容積気孔率が１０〜４０％の三次元連通気孔が形成され、少なくとも１０Ｎの曲げ限界強度を有する。接着用樹脂を使用せず、強度のある細孔構造の発泡成形体を得ることができる。

Description

本発明は、型内に充填した発泡性樹脂粒子を加熱発泡して得られる発泡成形体およびその製造方法に関するものである。

発泡ポリスチレン樹脂や発泡ポリオレフィン樹脂などの発泡性樹脂粒子を型内において加熱発泡して得られる発泡成形体は、従来から、魚箱のような生鮮食品用の保管・搬送ボックスや緩衝材に多く用いられている。しかし、その用途から断熱性や耐衝撃性が重視されるため、実質的に無通気性のものが多く、吸音材料に適した細孔構造のものが少なかった。

そこで、発泡樹脂成形体に適当な細孔構造を付与して吸音材料などにも用いることができるようにした研究が行なわれてきたが、吸音材料として好ましい細孔気孔率を実現するには加熱温度条件を下げる必要があり、その結果、発泡セルの結合強度が低下し、成形体として実用的な構造強度が得られず、実用化に成功していなかった。このような点を改善し、吸音体に好ましい細孔構造と構造強度の両立を意図したものとして、特許文献１の吸音体が提案されている。

この特許文献１の吸音体は、原料である発泡性樹脂粒子の表面にその粒子の軟化発泡温度よりも低い温度で熱接着しうる接着用樹脂を付着しておき、成形時に、発泡量を調節して細孔構造を残しながら、この接着用樹脂で発泡セル同士を接着接合するものである。

ところがこの吸音体は接着用樹脂を用いるため、以下のような実用上の問題があった。
１．接着用樹脂が付加されるため、材料費や加工費がコストアップとなる。
２．接着用樹脂のため発泡性樹脂粒子の流動性が低下し、充填装置が目詰まりしたり、型内の充填度に不均一になりやすいなど操作性に劣る。
３．接着用樹脂の低温軟化特性が原因となり吸音材の耐熱性や長期耐久性が大幅に低下する。
特許第３２６８０９４号公報

本発明は上記の問題点を解決し、接着用樹脂を使用することなく、吸音体としての好ましい細孔構造を有しているうえに、断熱材や包装用緩衝材などにも適用できる構造強度をも備え、且つ、接着用樹脂に起因するコストアップ、操作性あるいは耐熱性や長期耐久性の低下を防止できる発泡成形体およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、発泡性樹脂粒子を用いた発泡成形において、発泡性樹脂粒子を融着温度条件下で膨張量を制御することによって、粒子間に間隙を設けながら粒子相互が軟化融着して強固に結合するという知見に基づいてなされたものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の発泡成形体は、型内に充填した発泡性樹脂粒子を加熱発泡して得られる無数の発泡セルで構成される発泡成形体であって、隣り合う発泡セルが加熱発泡時におけるそれ自体の溶融により接触面において結合されて発泡セルの非接触面間に容積気孔率が１０〜４０％の三次元連通気孔が形成されており、かつ少なくとも１０Ｎの曲げ限界強度を有することを特徴とするものである。

本発明は、前記発泡成形体の外表面の一部または全部に、より容積気孔率の少ない表層部を付加した形態に具体化でき、この場合、前記表層部が、当該発泡成形体の発泡成形時に一体に成形されたものであるのが好ましい。また本発明は、前記した発泡成形体の一部にこれよりも強度の大なる増強発泡体を付加して補強したものとして具体化できる。この場合、前記増強発泡体が、当該発泡成形体の発泡成形時に一体に成形されたものであるのが好ましい。

また、本発明は、前記のような構成を有するとともに、表層部の厚さを発泡成形体の全体の厚さの１０〜４５％としたものであることが好ましい。そして、このような厚さの表層部を付加したことにより、自動車用内装部材として用いられる発泡成形体として具体化され、特に、表層部を車室側として車体フロア面に設置して自動車の車体フロア面に形成された凹凸をフラットにするとともに、振動音を減少させる車両用フロアフラット材として用いられる発泡成形体として具体化される。また本発明は、その他建築用吸音部材、道路・鉄道騒音防止部材、住宅用吸音部材または産業機器用吸音部材として用いられる発泡成形体として具体化される。この場合、前記表層部の厚さは５〜４０ｍｍであるのが好ましい。

また本発明の発泡成形体の製造方法は、型内に充填した発泡性樹脂粒子を加熱発泡して得られる発泡成形体で構成される発泡成形体の製造方法であって、発泡性樹脂粒子を加熱水蒸気の存在下で、その発泡性樹脂粒子の融着温度に加熱した後、発泡量を制御しながら発泡セルを融着させるとともに冷却して、隣り合う発泡セルが接触面においてそれ自体が軟化溶融して結合されて発泡セルの間に容積気孔率が１０〜４０％である三次元連通気孔が形成されており、かつ少なくとも１０Ｎの曲げ限界強度を有する発泡成形体を得ることを特徴とするものである。

前記発泡量の制御は、発泡性樹脂粒子に対する圧力を制御することにより行なうことができる。圧力制御は発泡性樹脂粒子の融着完了温度まで行なうのが好ましい。前記融着温度に加熱した後、圧力制御しつつ冷却するに当たり、予め型内の加熱水蒸気を空気で置換する形態、または型内の加熱水蒸気を空気で置換しながら行なうのが好適である。また、発泡性樹脂粒子を加熱水蒸気の存在下で、その発泡性樹脂粒子の融着温度に加熱したときに、型内圧力より高圧の制御用空気を型内に導入して型内をより高圧状態に加圧する圧力制御を行うこと、および、型内をより高圧状態に加圧するには型内圧力の１．５倍以上の制御用空気を型内を導入することが好ましく、さらに、型内に導入する制御用空気の温度は、導入時の型内温度〜常温とするのが好ましい。なお、増強発泡体を付加して補強された発泡成形体を製造する際には、外部の配管に連通する個別の通路を設けた型を用いることができる。また制御用空気の影響を、型のコアベントによりコントロールすることができる。

本発明の発泡成形体は、隣り合う発泡セルが加熱発泡時におけるそれ自体の溶融により接触面において結合されたものであるので、接着用樹脂を使用することなく、１０〜４０％の容積気孔率を有する細孔構造と、取扱い、搬送に耐える実用的構造強度とを両立させることができる。このため吸音体として好ましいばかりでなく、断熱材や包装用緩衝材などにも適用できるうえに、接着用樹脂に起因するコストアップは抑制される。また、発泡性樹脂粒子の有する本来の特性を活かすことができ、耐熱性や長期耐久性にも優れる。

なお、発泡成形体の外表面により容積気孔率の少ない表層部を付加したものは、その表層部が保護層として機能する他、吸音体としては遮音層または反射層として機能して吸音効果を高める利点が得られる。さらに、発泡成形体の一部に、より構造強度の大なる増強発泡体を付加したものは、単なる吸音材としての役割に止まらず、強度を負担する構造部材を兼ねる用途にも適用できるという利点が得られる。

また本発明の発泡成形体の製造方法によれば、発泡性樹脂粒子の発泡・融着工程に新規な操作を行なうことにより、接着用樹脂を使用することなく、前記した発泡成形体を製造することができる。また、前記発泡量を発泡性樹脂粒子に対する圧力によって制御する場合は、発泡性樹脂粒子の発泡時の内圧と外圧とのバランスをとり発泡量を調節して、好ましい容積気孔率を実現できるので、従来の発泡樹脂原料資材をそのまま利用できる利点があり、その減圧速度を制御しつつ冷却するに当たり、型内の加熱水蒸気を空気で置換するようにすれば、加熱水蒸気の潜熱による温度条件の変動要因が排除できるから、発泡・融着工程条件が安定する利点が得られる。

このように、本発明の発泡成形体およびその製造方法は、接着用樹脂を使用することなく吸音体にも好ましい細孔構造と構造強度を得ることができるという従来の問題を解決したものである。また、接着用樹脂に起因するコストアップをなくし、成形時の操作性が良好であり、耐熱性や長期耐久性の低下も防止できるという優れた効果がある。

図１は本発明の発泡成形体の模式的断面図である。 図２は本発明の発泡成形体の別形態を示す模式的断面図である。 図３は本発明の発泡成形体の別形態を示す模式的断面図である。 図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はいずれも発泡セルの結合状態の説明図である。 図５は成形時の圧力、温度と時間の関係を示す模式的経過グラフであり、（Ａ）は従来法、（Ｂ）は本発明の製造法である。 図６は本発明の第２実施形態の製造法を示す図５と同様のグラフである。 図７は自動車の内装を示す斜視図である。 図８は自動車用内装部材の断面略図である。 図９は本発明の第１実施例における型内圧力、同温度、型温度と時間の関係を示すグラフである。 図１０は本発明の第２実施例における型内圧力、同温度、型温度と時間の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 発泡成形体
１１ 発泡セル
１１ａ 接触面
１２ 空間

次に本発明の実施形態を説明する。この実施形態では、発泡成形体は断熱性と耐衝撃性のほかに吸音性が重視される図７に示すような自動車用内装材料である。

（発泡成形体）
本発明の発泡成形体は、発泡ポリスチレン樹脂や発泡ポリオレフィン樹脂などの発泡性樹脂粒子を、型内に充填して加熱発泡して得られる無数の発泡セルで構成されたものである。図１に示すように、本発明の発泡成形体は、型内において発泡性樹脂粒子が加熱発泡して得られる無数の発泡セル１１で構成されており、隣接する発泡セル１１、１１は図４に示すように、接触面１１ａ、１１ａ、においてそれ自体が軟化溶融して結合している。すなわち、その融着結合部は文字通り発泡樹脂素材が融合しているので、発泡樹脂素材と全く同一の物性を持っている。

そして、この発泡成形体１は、少なくとも３個の発泡セル１１に囲まれる空間１２（図１では、５個の発泡セル１１に囲まれる空間１２が例示してある）が連なって形成される連通気孔からなる３次元細気孔を備えていて、少なくとも次の物性を有するものである。

すなわち、この３次元細気孔は、全体の容積に対する細気孔の全容積比である容積気孔率が１０〜４０％であって、かつ少なくとも１０Ｎの曲げ限界強度を有する。なお、この３次元細気孔は、多数に枝分かれし、ジグザグに曲がりくねり、その内径は拡大・縮小の変化を不規則に繰り返すという複雑な空間経路を持っているので、進入した音波に対し、反射、干渉、共振などの減衰効果を発揮し、吸音機能を持つ。

この容積気孔率が１０％を下回ると、強度は増加するが吸音効果が不足するので吸音体としては好ましくない。また、容積気孔率が４０％を超える場合は、吸音効果が低下する傾向を示すうえ、機械的強度が得られ難いという構造上の理由から好ましくない。また、本発明の吸音体の強度としては、少なくともハンドリングに耐える形状保持強度が必要である。この点から少なくとも１０Ｎの曲げ限界強度を有する必要がある。なお、曲げ限界強度はＪＩＳ‐Ｋ７２２１に規定される通り、幅２５ｍｍ、高さ２０ｍｍ、長さ１２０ｍｍの棒状試料をスパン１００ｍｍの支点上に支持してその中央に集中荷重を加える曲げ試験を行い、限界荷重で表示したものである。曲げ限界強度１０Ｎは、計算上０．１５ＭＰａの曲げ応力に相当する。

また、本発明の発泡成形体は発泡セルの形状にも次のような特徴がある。すなわち、その発泡セルのカット断面は、略円形ないし長円形断面を持つ粒体であって、その大きさは長径基準で１．５〜５．５ｍｍのものが好ましく、この範囲外の場合は吸音作用に必要な細気孔容積が得られ難いので、吸音性を重視する用途にはあまり好ましくない。また、個々の発泡セルは、その長径／短径の範囲が３．０までの略長円形断面粒体としておけば、吸音作用に必要な細気孔容積が得られ易い。

さらに図２に示すように、発泡成形体１の片面に発泡成形体１の本体部分より容積気孔率の少ない表層部２を一体に設けることが好ましい。この表層部２は、発泡成形体１の保護層として機能する他、吸音体としては遮音層または反射層として機能して吸音効果を高めるものであるから、発泡成形体１より容積気孔率の少ないことが必要であり、目的によっては無通気性の強固な樹脂層であってもよい。

なお、この表層部２は、図２のように発泡成形体１の片面全部の他、片面の一部や両面の一部または全部のように目的に応じて任意に配置できる。また、前記表層部２は、発泡成形体１に別途、貼付したものでもよいが、その発泡成形体の発泡成形時に一体に成形することが、製造コスト面から好ましい。なお、このような構造の発泡成形体を製造するには、表層部２に相当する部位の加熱条件を調整することで可能である。

さらに図３に示すように、発泡成形体１の一部に、より引裂き強度の大なる増強発泡体３を設ければ、単に吸音材としてのみならず、強度を負担する構造部材を兼ねる用途にも応用範囲が広がり、好ましいものとなる。なお図３では、屈曲角を有する発泡成形体１の角部分に増強発泡体３を配し、さらに表層部２をも併せて備えた構造を示すが、増強発泡体３としては前記表層部２と同様に容積気孔率を少なく設定して強度を向上させたものが適用できる。この場合も、この増強発泡体３を発泡成形体１の発泡成形時に加熱条件を調整して一体に成形するようにしたものが、製造コストの面から好適である。なお、発泡成形体１の一部により引裂き強度の大なる増強発泡体３を設けるために、外部の蒸気供給用配管に連通する個別の通路を設けた型を用いることができる。

本発明の発泡成形体は、吸音材としての機能を有するのみならず、構造部材として強度を負担する機能を兼ね備えた材料であるから、前記したように適度な吸音性と強度を要求される自動車用内装部材に好適であって、図７に示すようにダッシュボード５１、車室内壁５２、フロア５３などに用いることができる。この場合、前記表層部２の厚さを発泡成形体の全体の厚さの１０〜４５％、発泡成形体１部分の厚さを残部（９０〜５５％）とするのが適当である。特に、フロア５３に用いられる場合には、図８に示すように、前記表層部２を車室側に向けて設置し、車体フロアとの間に発泡成形体１を介在させて、この発泡成形体によって車体フロア５３ａ面の凹凸をフラットにする車両用フロアフラット材とすることが好ましい。この場合、前記表層部の厚さが５〜４０ｍｍであるのが好ましい。

さらに本発明は前記した自動車用内装材料以外にも、建築物の壁用、天井用など吸音内装部材の他、道路・鉄道騒音防止部材、住宅用吸音部材または産業機器用吸音部材として広く用いられ得るのはいうまでもない。この場合、前記表層部２は強度を有する化粧面を構成するのであるが、その厚さを発泡成形体の全体の厚さの１０〜４５％とするのが好ましく、より具体的には、前記表層部２の厚さが５〜４０ｍｍであるのが好ましい。

（発泡成形体の製造方法）
次に本発明の発泡成形体の製造方法を、従来方法と対比しつつ説明する。
図５は、発泡成形方法における重要な操作条件であるところの発泡性樹脂粒子が充填されるキャビティ内の圧力（圧力曲線４，５）と温度（温度曲線４ａ，５ａ）を縦軸に、時間経過を横軸にして、その挙動を模式的にやや誇張して示したグラフであり、図５（Ａ）は従来の無通気性の発泡成形体を製造する方法の場合、図５（Ｂ）は本発明の方法の場合を示す。

先ず、従来から製造されている無通気性の発泡成形体の製造工程を、図５（Ａ）を参照して解説すると、以下のＡ１の昇温工程、Ａ２の融着温度加熱工程、Ａ３の発泡融着工程、Ａ４の冷却・取出し工程に大別される。

<対比する従来方法>
Ａ１．昇温工程
キャビティ内を加熱昇温する工程で、発泡樹脂粒子の充填に続いて、チャンバ内排気、キャビティ内の加熱蒸気による一方向排気、同じく逆方向排気などにより、内部を水蒸気で昇温するとともに水蒸気で充満させる。圧力曲線４、温度曲線４ａは実際はジグザグに上昇するが、温度曲線４ａは圧力曲線４を遅れて追う形になる。

Ａ２．融着温度加熱工程
発泡樹脂粒子を発泡（膨張）させ、かつ融着させて、キャビティ形状に沿った所定の形状に成形するために、加熱水蒸気により全体を加熱してむら無く融着温度に加熱する工程。なお、この工程では、発泡樹脂粒子は融着温度に相当する蒸気圧で加圧され圧縮された粒径形状となって、キャビティ内を自由に流動可能な状態に保たれている。

Ａ３．発泡融着工程
均一に融着温度に加熱されたａ点において、蒸気の供給を止め、排気弁を開いて圧力を開放する工程。この場合、圧縮された発泡樹脂粒子は融着温度のまま、急激な減圧にさらされるので、内圧によって急激に発泡（膨張）して相互間の空隙を押し潰しさらに相互に押圧して境界面が融着することになる。ここでは、圧力は圧力曲線４が示すように、急激に低下するものの、膨張した発泡樹脂粒子（発泡セル）は断熱性であるので、キャビティ内の温度は圧力曲線４に追随することなく、温度曲線４ａのように、融着完了温度：ｂ点まで遅れて低下する。ここで、融着完了温度は前記融着現象が進行しなくなる温度をいう。

Ａ４．冷却・取出し工程
型内を冷水などで冷却し、所定形状に発泡成形された成形物を取り出す工程。温度は急激に低下する。
かくして、隣接する発泡セルが全面的に融着して、実質的に無通気性の発泡成形方体が得られる。

<本発明方法の第１の実施形態>
次に、本発明の発泡成形体の製造方法を図５（Ｂ）を参照して説明する。
本発明の発泡成形体の製造方法は、大別してＢ１の昇温工程、Ｂ２の融着温度加熱工程、Ｂ３の発泡融着工程、Ｂ４の冷却・取出し工程からなる。ここで、Ｂ１の昇温工程、Ｂ２の融着温度加熱工程は、発泡性樹脂粒子を加熱水蒸気の存在下で、その発泡性樹脂粒子の融着温度に均一に加熱する工程であって、先に解説したＡ１の昇温工程、Ａ２の融着温度加熱工程と同様である。

Ｂ３．発泡融着工程
本発明の特徴とする工程であり、前記したＢ２の融着温度加熱工程に続いて、発泡性樹脂粒子の発泡（膨張）量を制御しながら発泡セルを融着させる工程である。具体的には、先のＡ３の発泡融着工程のように急激に減圧させるのではなく、蒸気の供給と排気を調節して、圧力曲線５が図５（Ｂ）に示すａ点からｃ点に変化するように、ある圧力経路に沿って圧力を制御しながら、最終的に減圧する点が重要である。

図５（Ｂ）の例では、キャビティ内が均一な設定融着温度になったａ点から、温度が融着完了温度であるｂ点にいたる間を、キャビティ内圧力を制御終了圧力であるｃ点まで制御しながら減圧している。この圧力制御の目的は、融着温度域にある発泡性樹脂粒子を、粒子の内圧（粒子内圧）と外圧（キャビティ内圧力）とをバランスさせながら発泡（膨張）させ、すなわち、減圧制御してこの発泡（膨張）量を調節して、発泡性樹脂粒子の相互間に空間（容積気孔率）を残しつつ、かつ押し圧させ接触面では融着させようとする点にある。かくして、本発明の発泡成形体の実質的構成材料である、前記した所定の容積気孔率を持つ３次元細気孔を備えながら所定の引裂き強度と曲げ限界強度に融着結合した発泡セルからなる発泡成形体が得られる。

また、一般的に、減圧速度を大とすれば膨張が促進され容積気孔率は低下し、減圧速度を小とすれば膨張が抑制され容積気孔率は増大することになるが、発泡性樹脂粒子の発泡特性は、樹脂種類や予備発泡処理によって変化するので、減圧速度の程度、減圧曲線、および制御終了圧力ｃの値は予めに使用する発泡性樹脂粒子に基づいて予備テストを行い定めるものとする。

この圧力制御は、使用する発泡性樹脂粒子の融着完了温度のｂ点に至るまで行なうのが適当である。この融着完了温度は、発泡セルの融着が進行しなくなる温度であるから、この温度以下にまで圧力制御しても目的とする効果が期待できない。

また、発泡性樹脂粒子はポリスチレン樹脂に限定されることはないが、ポリオレフィン樹脂の場合は、下限融着温度、上限融着温度および融着完了温度がポリスチレン樹脂に比べて高くなることはいうまでもない。

以上説明したＢ３の発泡融着工程の後、Ｂ４の冷却・取出し工程となるが、この工程は従前のＡ４の冷却・取出し工程と同様である。
かくして、本発明の発泡成形体を構成するところの、隣接する発泡セルそれ自体が軟化溶融して結合しており、容積気孔率が１０〜４０％である３次元細気孔と、少なくとも１０Ｎの曲げ限界強度を有する発泡成形体が得られる。

また、この発泡融着工程における圧力制御するに当たり、型内に充満している加熱水蒸気を予め空気で置換するか、またはその圧力制御を行いながら加熱水蒸気を空気で置換するのが好ましい。その理由は、圧力制御に際して通常、水蒸気の大部分は凝縮水に変化するのであるが、その場合、大きな容積変化を伴うとともに、液化の顕熱が発生するなどして、工程中の温度・圧力の予想外の影響を与えるおそれがあり、圧力制御の安定性を損なうおそれがあるからである。また、空気を用いる場合は、水蒸気に比較して温度の昇降制御も容易に行なえるという利点も得られる。

<本発明方法の第２の実施形態>
次に、第２の実施形態を図６により説明する。第２の実施形態では、加熱水蒸気の存在下、その発泡性樹脂粒子を融着温度に加熱したときに、型内圧力より高圧の制御用空気を型内に導入し、型内をより高圧状態に加圧する。なお、Ｂ１）、Ｂ４）、Ｂ５）の各工程は第１の実施形態と同じである。

Ｂ２）融着温度加熱工程：発泡樹脂粒子を発泡（膨張）させ、かつ融着させて、キャビティ形状に沿った所定の形状に成形するために、加熱水蒸気により全体を加熱してむら無く融着温度に加熱する工程。なお、この工程の後半では、発泡ポリスチレン樹脂粒子は、融着温度に相当する蒸気圧で加熱されているので、融着可能な温度に達するうえ、発泡成分の発泡圧が急激に上昇し、発泡が進行して、それまでの流動可能な状態から、隣り合う多数の粒子は接触状態になり、その接触部分では融着が始まり、進行している状態に達している。

Ｂ３）発泡融着工程：Ｂ２工程に続いて、発泡性樹脂粒子の発泡（膨張）量を制御し空隙を形成しながら発泡セルの融着を完成させる工程である。図５Ｂに示す第１の実施形態では、蒸気の供給と排気を調節して、圧力曲線５をａ点からｃ点に徐々に低下させるのに対して、図６では型内が均一な設定融着温度になり、融着が始まったａ点において制御用空気を導入して型内圧力をより高圧なＡ点まで加圧する。この加圧操作の後、制御終了圧力Ｂ点まで制御しながら減圧している。この制御終了圧力Ｂ点は、温度が融着完了温度であるｂ点に相当する圧力である。

本発明の制御用空気による高圧加圧の目的は、融着温度に達したポリスチレン発泡性樹脂粒子が極めて不安定な発泡内圧のため、僅かな減圧が原因で瞬間的に膨張して粒子相互間の空隙を埋め尽くしてしまう融着状態が出現するという、いわば暴発的融着現象が引き起こされるのを防止する点にある。その後に圧力制御することで、粒子の内圧（粒子内圧）と外圧（キャビティ内圧力）とをバランスさせながら、発泡性樹脂粒子の相互間に空隙（容積気孔率）を残しつつ、接触面に融着部を形成させることができるのである。

このような目的には、スチームではなく空気を用いる必要がある。スチームに比較して空気は発泡粒子の内部に侵入し難いため、粒子に対する外圧制御が容易になるからである。また、この目的の制御用空気としては、その温度と圧力とを適切に設定することが重要である。本発明において導入される前記制御用空気は、型内圧力を融着温度に加熱したときの型内圧力の１．５倍以上、好ましくは２倍以上に加圧できる圧力を有する加圧空気が最適である。また、その制御用空気の温度は、導入時の型内温度〜常温の範囲が好ましい。

前記制御用空気の条件が好ましい理由は、圧力が１．５倍未満では、前記した暴発的融着現象を十分に防止できず、三次元連通気孔に部分的むらが発生し、また３倍超えの高圧の場合はそれ以上には防止効果が期待できないからである。また、温度が前記した範囲外では、いずれも発泡成形体の融着状態にむらが生じ易く、均質な発泡成形体が得られ難い。

また、一般的に、減圧速度を大とすれば膨張が促進され容積気孔率は低下し、減圧速度を小とすれば膨張が抑制され容積気孔率は増大することになるが、発泡性樹脂粒子の発泡特性は、樹脂種類や予備発泡処理によって変化するので、減圧速度の程度、減圧曲線、および制御終了圧力の値は予めに使用する発泡性樹脂粒子に基づいて予備テストを行い定めるものとする。ここで、融着完了温度は前記融着現象が進行しなくなる温度をいう。

なお、融着温度や、融着完了温度は、使用する発泡性樹脂粒子の主に樹脂種類によって定まる値であり、例えば、ポリスチレン樹脂の場合は、下限融着温度は９０〜１００℃であり、上限は１０５℃までが好ましい。また、融着完了温度は１１０〜１２０℃である。したがって、ａ点における設定融着温度は、この下限融着温度を基準にして上限までの間に設定するものである。かくして、隣り合う発泡セルそれ自体が軟化溶融した融着部で結合した本発明の発泡成形体が得られる。

なお、前記制御用空気の影響を、型のコアベントによりコントロールすることができる。すなわち部分的によりポーラス状の製品を得るために、型のコアベントを通常よりも多くあけて導入される制御用空気の影響を大きくしたり、逆にコアベントを通常よりも少なくして導入される制御用空気の影響を抑制することができる。

（第１実施例）
次に、ポリスチレン樹脂よりなる自動車用内装部材に用いる発泡成形体の製造方法とこれにより得られた発泡成形体の特性を説明する。なお、製造条件の諸元は次の通りであり、図９に成形過程の製品内部温度６ａ、金型温度（平均）６ｃ、型内圧力６の変化を示す。
ａ．使用発泡樹脂
種類＝ポリスチレン樹脂、粒度＝２．５〜３．５ｍｍ、予備発泡処理＝済み。
ｂ．金型
キャビティの両側にベントホールを備えた加熱水蒸気による通常の加熱タイプの開閉金型。

ｃ．融着温度加熱工程までの昇温工程
発泡樹脂粒子の充填、チャンバ内排気、キャビティ内の加熱蒸気による一方向排気、同じく逆方向排気などは従来から知られている条件で行なう。
ｄ．融着温度加熱工程
両側のチャンバに０．０５〜０．１MPa の加熱水蒸気を約３秒間導入し、キャビティ内の発泡樹脂粒子を設定融着温度（１１０℃）にまで加熱する。
ｅ．発泡・融着工程
加熱終了のａ点で水蒸気の供給を止め、制御用空気を約３秒間供給し、型内を加圧圧力の表１の圧力まで加圧する。このとき、融着温度にまで達している製品内部温度は、製品内部に閉じ込められた水蒸気によって更に温度が上昇し、発泡セルは相互に融着して融着部を形成するとともに、圧縮されて融着部は架橋状態に形成される。型内圧力は、制御用空気によって短時間、好ましくは５秒間以内の短時間に所定の圧力に加圧する。

制御用空気を導入する直前には、製品内部温度は融着温度に達していることが重要であり、この状態でそのときの飽和圧力より高圧の空気を導入して、型内圧力を前記したように高圧に加圧すると、発泡セル内およびセル間の水蒸気が瞬間的に圧縮されることが原因と思われる、製品内部温度の一時的上昇現象が見られる。この温度上昇がセル間の融着を促進すると推測される。同時に、高い制御圧力（０．１〜０．２ＭＰａ）は、温度上昇で増加傾向の発泡圧（０．１〜０．１２ＭＰａ）を持つ融着状態の発泡セルを押さえ込むように働くので、セル間に架け渡される架橋状態の融着部が形成することになる。

ｆ．冷却工程
前記した制御用空気で加圧された圧力を保持した状態でチャンバ内に冷水を注水して冷却する。
ｇ．大気放冷・離型工程
その後チャンバの排気弁を開いて内部の気体を排気し、金型を開いて成形体を取り出す。

かくして得られた発泡成形体は、表１に示す物性を持っていた。実施例試料から三次元連通気孔と強度をあわせて有する発泡成形体が得られたが、加圧圧力が低い場合は、試料１では通気量が少なく、かつ変動する。これに対して加圧圧力を型内圧力の１．５倍以上とした場合には部位によるばらつきが少なくなり、２倍以上ではばらつきは殆どなくなり、気孔率、強度、吸音性など好ましい品質が得られることが分かる。なお、比較例１１は従来の成形法で得られた成形体であり、強度面で優れるが本発明の目的とする気孔構造が得られない。また、実施例試料のカット断面を観察した結果、発泡セルは略円形ないし長円形断面を持つ粒体であって、それぞれ隣接する発泡セルが接触面においてそれ自体が軟化溶融して結合していることが認められた。

また、このような発泡セルに囲まれる空間は、成形体内に網の目のように連通した気孔を構成し、全体として３次元細孔構造が作られていることも観察され、その吸音特性は、試料厚さ１５ｍｍ、１００〜３０００Ｈｚの周波数領域の測定（ＪＩＳ‐Ａ１４０５）において、吸音率が３０％以上のピークを持つ低音吸音性に優れる点が確認できた。

実施例試料は、ハンドリングは勿論、構造部材として利用可能な強度を持つことが確認された。また、そのカット断面の観察結果、それぞれ隣接する発泡セルが接触面においてそれ自体が軟化溶融して結合していることが認められた。特に、試料２、３、４の場合には、図４（Ｂ）に示すような、融着部２ｃによって結合される発泡セル１１、１１が離隔した位置関係を持ち、かつその融着部２ｃが両者間に架け渡される架橋状態に形成されている状態が明瞭に観察された。

このように本発明の発泡成形体は、３次元細孔構造による吸音効果と、発泡樹脂が持つ本来の材料強度、耐熱性、耐久性を有しているので、自動車用内装部材の他にも、車両用フロアフラット材、住宅壁など建築物用吸音材、産業機器用、道路の騒音防止用、工場や地下鉄などの排気消音ダクト用などの各種騒音防止用吸音体に広く有用なことが確認された。

なお表１に示す通気量は、金型の凸面および凹面に面した試料面５箇所を対象として測定した平均値である。測定は、フリー状態で毎分３０Ｌの空気を２．５ｃｍ^２の先端部から吐出できるノズルを測定部に密着させ、その１分間当たりの平均通気量を測定する方法で行った。平均容積気孔率は、融着前のビーズ状態の隙間空間を気孔率１００％とした値である。曲げ限界強度は、前記したとおりＪＩＳ−Ｋ７２２１規定の方法で測定したものである。吸音性はＪＩＳ‐Ａ１４０５に規定される垂直入射吸音率測定器を使用し、試料は厚さ１５ｍｍ、５０〜１６００Ｈｚの周波数領域の測定を行い、上記ＪＩＳにおける吸音率が３０％以上の場合を◎、２０〜３０％を○、２０％以下の場合を×と表示した。

（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例の製造方法について説明する。
この場合の実施条件は、第１実施例の場合と以下の部分を除いて同様である。また、図１０に成形過程の型内温度６ａ、金型温度（平均）６ｃ、型内圧力６の変化を示す。

この第２実施例では、昇温工程のチャンバ内排気、キャビティ内の加熱蒸気による一方向排気、同じく逆方向排気などの終了時点で、制御用空気導入工程を経て加熱水蒸気よりキャビティ内の発泡樹脂粒子を設定融着温度に加熱する融着温度加熱工程がある。そして、それに続いて制御用空気を導入して行う発泡・融着工程が行われ、その後、制御用空気で加圧された圧力を保持した状態でチャンバ内に冷水を注水して冷却する冷却・取出し工程があり、チャンバの排気弁を開いて、外部に気体を排気し、大気状態で冷却離型するなどの冷却離型工程となるものがある。

この第２実施例では、融着温度加熱工程Ｂ２の前後に制御用空気を導入する工程が設けてあるが、前者の制御用空気導入工程Ｂ３１は、昇温工程Ｂ１の終点ａ１において、部分的に融着温度に達した発泡粒子の融着が進行して気孔構造がばらつくのを防止するために、制御用空気を導入して圧力Ａ１まで加圧し発泡粒子を圧縮するとともにやや冷却して融着するのを抑制する操作である。

そして、第１実施例と同様に、次に続く融着温度加熱工程Ｂ２の終点ａ２において、制御用空気を導入して圧力Ａ２に加圧する発泡・融着工程Ｂ３２に移行して、先に同じく、粒子の内圧（粒子内圧）と外圧（キャビティ内圧力）とをバランスさせながら、発泡性樹脂粒子の相互間に空隙（容積気孔率）を残しつつ、接触面に融着部を形成させるのである。かくして、第１実施例の場合と同様な物性の発泡成形体が得られるが、制御用空気としては第１実施例の場合より低圧の空気が利用できるので、この点では有利となる。

Claims (18)

1. 型内に充填した発泡性樹脂粒子を加熱発泡して得られる無数の発泡セルで構成される発泡成形体であって、隣り合う発泡セルが加熱発泡時におけるそれ自体の溶融により接触面において結合されて発泡セルの非接触面間に容積気孔率が１０〜４０％の三次元連通気孔が形成されており、かつ少なくとも１０Ｎの曲げ限界強度を有することを特徴とする発泡成形体。
2. 発泡成形体の外表面の一部または全部に、内部よりも容積気孔率の小さい表層部を付加したことを特徴とする請求項１に記載の発泡成形体。
3. 表層部が、発泡成形体の発泡成形時に一体に成形されたものである請求項２に記載の発泡成形体。
4. 発泡成形体の一部に、これより強度の大なる増強発泡体を付加して補強したことを特徴とする請求項１に記載の発泡成形体。
5. 増強発泡体が、発泡成形体の発泡成形時に一体に成形されたものである請求項４に記載の発泡成形体。
6. 表層部の厚さが、発泡成形体の全体厚さの１０〜４５％である請求項２に記載の発泡成形体。
7. 発泡成形体が、表層部を車室側として車体フロア面に設置して自動車の車体フロア面に形成された凹凸をフラットにする車両用フロアフラット材である請求項２〜６のいずれかに記載の発泡成形体。
8. 発泡成形体が、建築用吸音部材、道路・鉄道騒音防止部材、住宅用吸音部材、産業機器用吸音部材のいずれかに用いるものである請求項２〜６のいずれかに記載の発泡成形体。
9. 型内に充填した発泡性樹脂粒子を加熱発泡して得られる発泡成形体で構成される発泡成形体の製造方法であって、発泡性樹脂粒子を加熱水蒸気の存在下で、その発泡性樹脂粒子の融着温度に加熱した後、発泡量を制御しながら発泡セルを融着させるとともに冷却して、隣り合う発泡セルが接触面においてそれ自体が軟化溶融して結合されて発泡セルの間に容積気孔率が１０〜４０％である三次元連通気孔が形成されており、かつ少なくとも１０Ｎの曲げ限界強度を有する発泡成形体を得ることを特徴とする発泡成形体の製造方法。
10. 発泡量の制御を、型内での発泡性樹脂粒子に対する圧力制御により行なう請求項９に記載の発泡成形体の製造方法。
11. 圧力制御を、発泡性樹脂粒子の融着完了温度まで行なう請求項１０に記載の発泡成形体の製造方法。
12. 発泡性樹脂粒子を融着温度に加熱した後、圧力制御しつつ冷却するに当たり、予め型内の加熱水蒸気を空気で置換しておくことを特徴とする請求項１０または１１に記載の発泡成形体の製造方法。
13. 発泡性樹脂粒子を融着温度に加熱した後、圧力制御しつつ冷却するに当たり、型内の加熱水蒸気を空気で置換しながら行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の発泡成形体の製造方法。
14. 発泡性樹脂粒子を加熱水蒸気の存在下で、その発泡性樹脂粒子の融着温度に加熱したときに、型内圧力より高圧の制御用空気を型内に導入して型内をより高圧状態に加圧する圧力制御を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の発泡成形体の製造方法。
    発泡成形体の製造方法。
15. 型内圧力の１．５倍以上の制御用空気を型内に導入して型内をより高圧状態に加圧する請求項１０または１１に記載の発泡成形体の製造方法。
16. 型内に導入する制御用空気の温度が、導入時の型内温度〜常温の範囲である請求項１４に記載の発泡成形体の製造方法。
17. 外部の配管に連通する個別の通路を設けた型を用い、増強発泡体を付加して補強された発泡成形体を製造する請求項９に記載の発泡成形体の製造方法。
18. 制御用空気の影響を、型のコアベントによりコントロールする請求項１４に記載の発泡成形体の製造方法。

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