KR102277965B1

KR102277965B1 - 발포 성형체의 제조 방법 및 제조 장치

Info

Publication number: KR102277965B1
Application number: KR1020207034007A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 유사; 사토시 야마모토; 히데토 고토
Original assignee: 마쿠세루 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2021-07-16
Also published as: US11207809B2; JP6533009B2; JP2019177696A; EP3431246A1; CN112060457B; US20180339439A1; KR20190142427A; CN108472845A; JPWO2017159166A1; WO2017159166A1; CN108472845B; KR102185341B1; KR20200136053A; CN112060457A; JP6843919B2; EP3431246A4; KR102058641B1; KR20180114142A

Abstract

물리 발포제의 복잡한 제어 장치를 생략 또는 간략화할 수 있고, 또한 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량을 단순한 기구에 의해 안정화시킬 수 있는 발포 성형체의 제조 방법을 제공한다. 발포 성형체의 제조 방법으로서, 상류로부터 차례로, 가소화 존과, 유동 속도 조정 존과, 기아 존을 가지고, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더를 이용하며, 상기 제조 방법은, 상기 가소화 존에 있어서, 열가소성 수지를 가소화 용융하여 상기 용융 수지로 하는 것과, 상기 유동 속도 조정 존에 있어서, 상기 용융 수지의 유동 속도를 조정하는 것과, 상기 기아 존에 있어서, 상기 유동 속도 조정 존에서 유동 속도를 조정한 상기 용융 수지를 기아 상태로 하는 것과, 상기 기아 존에 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입하여, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것과, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지한 상태에서, 상기 기아 존에 있어서, 상기 기아 상태의 용융 수지와 상기 일정 압력의 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시키는 것과, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시킨 상기 용융 수지를 발포 성형체로 성형하는 것을 포함한다.

Description

발포 성형체의 제조 방법 및 제조 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING FOAM MOLDED BODY}

본 발명은, 발포 성형체의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.

최근, 초임계 상태의 질소나 이산화탄소를 물리 발포제로서 이용한 사출 발포 성형 방법이 연구 및 실용화되고 있다(특허 문헌 1~3). 이들 특허 문헌 1~3에 의하면, 물리 발포제를 이용한 사출 발포 성형 방법은 아래와 같이 행해진다. 우선, 물리 발포제를 밀폐된 가소화 실린더에 도입하고, 가소화 용융된 수지에 접촉 분산시킨다. 물리 발포제가 초임계 상태가 될 정도로 가소화 실린더 내를 고압으로 유지하면서, 물리 발포제가 분산된 용융 수지를 계량하여, 금형 내에 사출 충전한다. 용융 수지에 상용(相溶)되어 있던 초임계 유체는, 사출 충전 시에 급감압되어 가스화되고, 용융 수지가 고화됨으로써 기포(발포 셀)가 성형체 내부에 형성된다. 이러한 사출 발포 성형 방법에서는, 물리 발포제는 수지 내압보다 조금 높은 압력으로 계량되고, 계량 후, 가소화 실린더 내에 도입된다. 따라서 물리 발포제의 용융 수지로의 용해량은, 물리 발포제의 도입량에 의해 결정된다(도입량 제어).

또한, 특허 문헌 4에는, 물리 발포제를 이용한 사출 발포 성형 방법에 있어서, 성형의 도중에 용융 수지 중에 포함되는 물리 발포제를 일부 분리하고, 가소화 실린더(혼련 장치)의 밖으로 배기하는 방법이 개시되어 있다. 특허 문헌 4에서는, 물리 발포제를 배기하는 벤트가 형성되고, 또한 벤트가 형성된 영역(감압 존)의 압력을 일정하게 보지(保持)하는 기구를 가지는 혼련 장치가 개시되어 있다. 이 방법에 의하면, 물리 발포제의 용융 수지로의 용해량은, 감압 존에 있어서의 배압 밸브의 압력에 의해 결정된다(압력 제어). 따라서, 상기 서술한 특허 문헌 1~3에 개시되는 바와 같이, 물리 발포제의 가소화 실린더로의 주입량을 정확하게 제어할 필요는 없다.

특허 문헌 5 및 6에도, 물리 발포제를 이용한 사출 발포 성형 방법에 있어서, 물리 발포제를 가소화 실린더에 압력 제어로 도입하는 방법이 개시되어 있다. 특허 문헌 5 및 6에서는, 가소화 실린더 내에 용융 수지가 미충만이 되는 기아 존을 마련하고, 기아 존에 물리 발포제를 도입한다.

특허 문헌 5 및 6에 개시되는 제조 장치는, 종래의 일반적인 제조 장치와 마찬가지로, 물리 발포제의 도입구의 내경이 작고, 그 도입구는, 역지 밸브 등에 의해 간헐적으로 개방하는 구조이다. 종래의 물리 발포제를 이용하는 제조 장치가 이러한 구조인 이유는, 이하이다. 첫째로, 가소화 실린더 내로의 물리 발포제의 도입 시, 고온의 용융 수지와의 접촉에 의해 물리 발포제의 온도는 급격하게 상승하여, 물리 발포제의 도입량이 불안정해지는 폐해가 발생한다. 이 때문에, 종래의 제조 장치에서는, 물리 발포제의 유로를 가늘게 좁혀, 물리 발포제의 유량을 제어하여 도입량의 안정화를 도모하려고 했다. 둘째로, 이러한 얇은 유로에 용융 수지가 역류하면, 즉시 유로가 막혀 기능하지 않게 될 우려가 있다. 이 때문에, 물리 발포제의 도입구는 상시 개방으로 하는 것이 아니라, 역지 밸브나 주입 밸브 등을 마련하여, 간헐적으로 개방하는 구조로 했다.

일본국 특허 제2625576호 공보 일본국 특허 제3788750호 공보 일본국 특허 제4144916호 공보 일본국 공개특허 특개2013-107402호 공보 일본국 공개특허 특개2001-341152호 공보 일본국 공개특허 특개2004-237522호 공보

특허 문헌 1~3의 물리 발포제를 이용한 사출 발포 성형 방법에서는, 용융 수지 중의 물리 발포제의 농도가 높으면, 용융 수지와 물리 발포제가 상분리될 우려가 있다. 이 때문에, 물리 발포제의 농도를 포화 용해도의 1/5~1/10 정도로 낮출 필요가 있었다. 그리고, 이와 같이 용융 수지 중의 물리 발포제의 농도를 포화 용해도에 비하여 낮은 비율로 하면서도, 금형으로의 사출 충전 시에 많은 발포 핵을 형성하기 위해, 가소화 실린더로 도입하는 물리 발포제를 고압력으로 설정하여 도입량을 정확하게 계량할 필요가 있었다. 이것은, 물리 발포제의 공급 기구를 복잡화하고, 장치의 이니셜 코스트를 높이는 요인으로 되어 있었다.

한편, 특허 문헌 4의 물리 발포제를 이용한 사출 발포 성형 방법에서는, 상기 서술의 혼련 장치의 채용에 의해, 물리 발포제의 일부 배기 후에, 용융 수지 중의 물리 발포제 농도를 포화 용해도(포화 농도) 가까이까지 높이는 것이 가능하고, 비교적 낮은 압력의 물리 발포제를 이용하여 많은 발포 핵을 형성할 수 있다. 그러나, 특허 문헌 4의 사출 발포 성형 방법은, 감압 존의 압력을 일정하게 보지하기 위해, 스크루를 역회전함으로써 감압 존을 다른 존으로부터 차단하는 시일 기구를 가진다. 이 때문에, 스크루가 길어지는 것, 스크루를 역회전하기 위해 가소화 계량 시간이 길어지는 등의 과제를 가지고 있었다.

특허 문헌 5 및 6의 사출 발포 성형 방법은, 압력 제어에 의해 물리 발포제를 가소화 실린더에 도입하기 때문에, 물리 발포제의 도입량을 정확하게 계량할 필요는 없다. 또한, 인용문헌 4에 개시되는 바와 같은 시일 기구를 반드시 마련할 필요는 없다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 특허 문헌 5 및 6에 개시되는 바와 같이 가소화 실린더 내의 기아 존으로의 물리 발포제의 도입을 간헐적으로 행한 경우, 기아 존에 있어서의 압력이 변동되고, 이 결과, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)을 정밀하게 제어할 수 없을 우려가 있다.

이 주원인은, 물리 발포제를 간헐적으로 가소화 실린더에 도입하기 때문에, 물리 발포제의 도입량이 불충분하기 때문이라고 추측된다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 도입되는 물리 발포제와 용융 수지와의 온도차의 문제나, 용융 수지 역류의 문제가 존재하기 때문에, 특허 문헌 5 및 6에 개시되는 구조의 장치를 이용하여, 물리 발포제의 도입량을 증가시켜 안정화를 도모하는 것은 곤란했다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하는 것이며, 물리 발포제의 복잡한 제어 장치를 생략 또는 간략화할 수 있고, 또한 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)을 단순한 기구에 의해 안정화시킬 수 있는 발포 성형체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 발포 성형체의 제조 방법으로서, 상류로부터 차례로, 가소화 존과, 유동 속도 조정 존과, 기아 존을 가지고, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더를 이용하며, 상기 제조 방법은, 상기 가소화 존에 있어서, 열가소성 수지를 가소화 용융하여 용융 수지로 하는 것과, 상기 유동 속도 조정 존에 있어서, 상기 용융 수지의 유동 속도를 조정하는 것과, 상기 기아 존에 있어서, 상기 유동 속도 조정 존에서 유동 속도를 조정한 상기 용융 수지를 기아 상태로 하는 것과, 상기 기아 존에 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입하여, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것과, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지한 상태에서, 상기 기아 존에 있어서, 상기 기아 상태의 용융 수지와 상기 일정 압력의 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시키는 것과, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시킨 상기 용융 수지를 발포 성형체로 성형하는 것을 포함하는 제조 방법이 제공된다.

본 양태에 있어서는, 상기 기아 존에 있어서, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체로 상기 용융 수지를 가압해도 된다. 또한, 상기 발포 성형체의 제조 중, 상시, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지해도 된다.

본 양태에 있어서는, 상기 도입구의 내경이, 상기 가소화 실린더의 내경의 20%~100%여도 된다. 또한, 상기 도입구를 상시, 개방하고 있어도 된다.

본 양태에 있어서는, 상기 가소화 실린더는, 상기 도입구에 접속하는 도입 속도 조정 용기를 가지고, 상기 제조 방법은, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 상기 도입 속도 조정 용기에 공급하는 것을 더 포함하며, 상기 도입 속도 조정 용기로부터, 상기 기아 존에 상기 일정 압력의 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입해도 된다. 상기 도입 속도 조정 용기의 용적이, 5mL~10L여도 된다.

본 양태에 있어서는, 또한, 상기 도입구로부터 상기 용융 수지가 팽출되는 것을 검출하는 것과, 상기 도입구로부터 상기 용융 수지가 팽출되는 것을 검출했을 때, 상기 가소화 실린더의 구동을 정지시키는 것을 포함해도 된다. 또한, 화학 발포제가, 상기 열가소성 수지 중에 0.1중량%~3중량% 포함되어 있어도 된다.

본 양태에 있어서는, 상기 유동 속도 조정 존에 있어서, 상기 용융 수지의 감압 및 압축을 행함으로써, 상기 용융 수지의 유동 속도를 조정해도 되고, 상기 유동 속도 조정 존에 있어서, 상기 용융 수지의 유동 방향을 따라, 상기 용융 수지의 유동 속도를 서서히 상승시킴으로써, 상기 용융 수지의 유동 속도를 조정해도 된다. 또한, 상기 유동 속도 조정 존에 있어서, 상기 용융 수지의 유동 방향을 따라, 상기 용융 수지의 압력을 서서히 낮춤으로써, 상기 용융 수지의 유동 속도를 조정해도 된다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 발포 성형체를 제조하는 제조 장치로서, 내부에 회전 가능하게 마련된 가소화 스크루를 구비하고, 열가소성 수지가 가소화 용융되어 용융 수지가 되는 가소화 존과, 상기 용융 수지의 유동 속도를 조정하는 유동 속도 조정 존과, 상기 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존을 가지며, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더와, 상기 도입구에 접속하는 도입 속도 조정 용기와, 상기 도입 속도 조정 용기에 접속되어, 상기 도입 속도 조정 용기를 통하여 상기 가소화 실린더에 물리 발포제를 공급하는 물리 발포제 공급 기구를 가지고, 상기 기아 존에 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입하여, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지(保持)하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지한 상태에서, 상기 기아 존에 있어서, 상기 기아 상태의 용융 수지와 상기 일정 압력의 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시키며, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시킨 상기 용융 수지를 발포 성형체로 성형하는 것을 특징으로 하는 제조 장치가 제공된다.

본 양태에 있어서는, 상기 도입구의 내경이, 상기 가소화 실린더의 내경의 20%~100%이며, 상기 도입 속도 조정 용기의 용적이, 5mL~10L여도 되고, 상기 도입구가, 상시, 개방되어 있는 도입구여도 된다. 또한, 상기 도입 속도 조정 용기가, 상기 도입구로부터 상기 용융 수지가 팽출되는 것을 검출하는 팽출 검출 기구를 구비하고 있어도 된다.

본 양태에 있어서는, 상기 가소화 실린더는, 상기 유동 속도 조정 존의 상류에 상기 용융 수지를 압축하는 압축 존을 더 가지고, 상기 가소화 스크루는, 상기 유동 속도 조정 존에 위치하는 부분에 감압부 및 압축부를 가지며, 상기 감압부의 스크루의 축의 직경은, 상기 압축 존에 위치하는 부분의 스크루의 축의 직경의 최대값보다 작고, 상기 압축부의 스크루의 축의 직경은, 상기 감압부의 스크루의 축의 직경의 최소값보다 커도 된다. 또한, 상기 가소화 스크루는, 상기 유동 속도 조정 존에 위치하는 부분에 컷 아웃이 형성된 스크루 플라이트를 가져도 된다. 또한, 유동 속도 조정 존에 있어서, 상기 가소화 스크루의 축의 직경이 상류로부터 하류를 향해 연속적으로 작게 되어 있어도 된다.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 가소화 실린더를 가지는 사출 성형 장치의 스크루로서, 상기 스크루의 형상에 따라, 그 후방으로부터 전방에 걸쳐 상기 가소화 실린더 내에, 수지가 압축되도록 되어 있는 압축 존과, 유동 속도 조정 존과, 상기 수지의 압력이 저하되도록 되어 있는 기아 존과, 상기 수지가 압축되도록 되어 있는 재압축 존이 형성되며, 상기 기아 존에 물리 발포제가 주입되도록 되어 있고, 상기 스크루는, 상기 압축 존과 상기 기아 존과의 사이에 마련되어, 상기 수지의 역류를 방지하는 소정의 시일 기구와, 상기 시일 기구의 전방에 상기 시일 기구에 인접하여 형성되는 상기 유동 속도 조정 존에 마련되어, 상기 수지를 감압하는 감압부 및 상기 수지를 압축하는 압축부를 가지는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치의 스크루가 제공된다.

본 양태에 있어서는, 상기 유동 속도 조정 존에 있어서, 상기 압축부의 스크루 플라이트 깊이가 상기 감압부의 스크루 플라이트 깊이보다 얕은 것을 특징으로 하여도 된다.

본 양태에 있어서는, 상기 유동 속도 조정 존에 있어서, 상기 감압부의 스크루의 축의 직경은, 상기 압축 존에 위치하는 부분의 스크루의 축의 직경의 최대값보다 작고, 상기 압축부의 스크루의 축의 직경은, 상기 감압부의 스크루의 축의 직경의 최소값보다 큰 것을 특징으로 하여도 된다.

본 양태에 있어서는, 상기 스크루는, 상기 유동 속도 조정 존에, 복수의 상기 감압부 및 복수의 상기 압축부를 가지는 것을 특징으로 하여도 된다.

또한, 발포 성형체를 제조하는 사출 성형 장치로서, 가소화 실린더와, 상기 가소화 실린더에 물리 발포제를 공급하는 물리 발포제 공급 기구와, 상기 가소화 실린더 내부에 회전 가능하게 마련된 본 양태에 따른 상기 스크루를 구비하고, 상기 가소화 실린더에는, 상기 기아 존에 상기 물리 발포제 공급 기구로부터의 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하여도 된다.

또한, 상기 사출 성형 장치는, 상기 기아 존에 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하며, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지한 상태에서, 상기 기아 존에 있어서, 기아 상태의 상기 용융 수지와 상기 일정 압력의 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시키고, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시킨 상기 용융 수지를 발포 성형체로 성형하도록 구성되어도 된다.

본 발명의 발포 성형체의 제조 방법은, 물리 발포제의 용융 수지로의 도입량, 도입 시간 등을 제어할 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 제조 방법은, 복잡한 제어 장치를 생략 또는 간략화할 수 있어, 장치 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 본 발명의 발포 성형체의 제조 방법은, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)을 단순한 기구에 의해 안정화시킬 수 있다.

도 1은 실시 형태의 발포 성형체의 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 실시 형태에서 이용하는 발포 성형체의 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 실시 형태에서 이용하는 도입 속도 조정 용기의 개략도이다.
도 4는 실시 형태에서 이용하는 가소화 실린더 내에 마련되는 가소화 스크루의 개략도이다.
도 5의 (a)~(c)는, 실시 형태에서 이용하는 가소화 실린더 내에 마련되는 가소화 스크루의 다른 예의 개략도이다.
도 6은 유동 속도 조정 존을 가지지 않는 가소화 실린더 내에 마련되는 가소화 스크루의 개략도이다.

도 1에 나타내는 플로우 차트를 참조하면서, 본 실시 형태의 발포 성형체의 제조 방법에 대해 설명한다.

(1) 발포 성형체의 제조 장치

우선, 본 실시 형태에서 이용하는 발포 성형체를 제조하는 제조 장치에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 제조 장치(사출 성형 장치)(1000)를 이용하여 발포 성형체를 제조한다. 제조 장치(1000)는, 주로, 스크루(가소화 스크루)(20)가 회전 가능하게 내설된 가소화 실린더(210)와, 물리 발포제를 가소화 실린더(210)에 공급하는 물리 발포제 공급 기구인 봄베(100)와, 금형(251)이 마련된 형 체결 유닛(250)과, 가소화 실린더(210) 및 형 체결 유닛(250)을 동작 제어하기 위한 제어 장치(도시 생략)를 구비한다. 가소화 실린더(210) 내에 있어서 가소화 용융된 용융 수지는, 도 2에 있어서의 오른쪽으로부터 왼쪽을 향해 유동한다. 따라서 본 실시 형태의 가소화 실린더(210) 내부에 있어서는 도 2에 있어서의 오른쪽을 「상류」 또는 「후방」, 왼쪽을 「하류」 또는 「전방」이라고 정의한다.

가소화 실린더는, 상류측으로부터 차례로, 열가소성 수지를 가소화 용융하여 용융 수지로 하는 가소화 존(21), 용융 수지를 압축하는 압축 존(22), 용융 수지의 유동 속도를 조정하는 유동 속도 조정 존(25) 및 용융 수지를 기아 상태로 하는 기아 존(23)을 가진다.

「기아 상태」란, 용융 수지가 기아 존(23) 내에 충만되지 않고 미충만이 되는 상태이다. 따라서, 기아 존(23) 내에는, 용융 수지의 점유 부분 이외의 공간이 존재한다. 또한, 기아 존(23)에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구(202)가 형성되어 있으며, 도입구(202)에는, 도입 속도 조정 용기(300)가 접속되어 있다. 봄베(100)는, 도입 속도 조정 용기(300)를 통하여 가소화 실린더(210)에 물리 발포제를 공급한다.

또한, 제조 장치(1000)는, 유동 속도 조정 존(25) 및 기아 존(23)을 1개밖에 가지고 있지 않지만, 본 실시 형태에 이용되는 제조 장치는, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 용융 수지로의 물리 발포제의 침투를 촉진하기 위해, 유동 속도 조정 존(25) 및 기아 존(23), 또한 기아 존(23)에 형성되는 도입구(202)를 복수 가지고, 복수의 도입구(202)로부터 물리 발포제를 가소화 실린더(210)에 도입하는 구조여도 된다. 또한, 제조 장치(1000)는 사출 성형 장치이지만, 본 실시 형태에 이용되는 제조 장치는, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 압출 성형 장치여도 된다.

(2) 발포 성형체의 제조 방법

우선, 가소화 실린더(210)의 가소화 존(21)에 있어서, 열가소성 수지를 가소화 용융하여 용융 수지로 한다(도 1의 단계 S1). 열가소성 수지로서는, 목적으로 하는 성형체의 종류에 따라 다양한 수지를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 어모퍼스 폴리올레핀, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르에테르케톤, ABS 수지(아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌 공중합 수지), 폴리페닐렌설파이드, 폴리아미드이미드, 폴리 젖산, 폴리카프로락톤 등의 열가소성 수지, 및 이러한 복합 재료를 이용할 수 있다. 이러한 열가소성 수지는, 단독으로 이용해도, 2종류 이상을 혼합하여 이용해도 된다. 또한, 이러한 열가소성 수지에 유리 섬유, 탤크, 카본 섬유, 셀룰로오스 나노파이버 등의 각종 유기 또는 무기 필러를 혼련한 것을 이용할 수도 있다. 열가소성 수지에는, 발포 핵제로서 기능하는 무기 필러나 용융 장력을 높이는 첨가제를 혼합하는 것이 바람직하다. 이들을 혼합함으로써, 발포 셀을 미세화할 수 있다. 본 실시 형태의 열가소성 수지는, 필요에 따라 그 밖의 범용의 각종 첨가제를 포함해도 된다.

또한, 본 실시 형태의 열가소성 수지는, 범용의 화학 발포제를 포함해도 된다. 화학 발포제를 소량 함유함으로써, 발포 성능을 보완할 수 있다. 화학 발포제로서는, 열가소성 수지가 가소화 용융되는 온도에서 분해되어, 발포 가스를 발생시키는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 아조디카르본아미드(ADCA), N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라민, 4,4'-옥시비스(벤젠술포닐히드라지드), 디페닐술폰-3,3'-디술포닐히드라지드, p-톨루엔술포닐세미카르바지드, 트리히드라지노트리아진 및 아조비스이소부티로니트릴 등의 유기 발포제; 구연산, 옥살산, 푸마르산, 프탈산, 말산, 주석산, 시클로헥산-1,2-디카르본산, 캄퍼산, 에틸렌디아민 4아세트산, 트리에틸렌테트라민 6아세트산 및 니트틸로산 등의 폴리카르본산과, 탄산수소나트륨, 탄산수소나트륨알루미늄, 탄산수소칼륨, 탄산수소암모늄 및 탄산암모늄 등의 무기 탄산 화합물과의 혼합물; 구연산 이수소나트륨 및 옥살산 칼륨 등의 폴리카르본산의 염을 이용할 수 있다. 이러한 화학 발포제는, 단독으로 이용해도, 2종류 이상을 혼합하여 이용해도 된다. 분해 시에 발생하는 부생성물의 관점에서는, 탄산수소염 등의 무기계 발포제가 바람직하고, 특히 탄산수소나트륨이 바람직하다. 탄산수소나트륨 등의 탄산수소염의 분해 시의 부생성물은, 주로 이산화탄소와 물이며, 제조 장치나 금형을 오염시킬 우려가 적다.

화학 발포제는, 열가소성 수지 중에, 0.1중량%~3중량% 포함되는 것이 바람직하고, 0.1중량%~1중량% 포함되는 것이 보다 바람직하며, 0.1중량%~0.5중량% 포함되는 것이 보다 더 바람직하다. 수지 재료 중의 화학 발포제의 함유량이 0.1중량%이상이면 충분히 발포 성능을 보완할 수 있고, 3중량% 이하이면, 화학 발포제의 부생성물에 기인하는 오염물(컨태미네이션)이 금형이나 압출 다이 등에 부착될 우려도 없다.

본 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 스크루(20)가 내설된 가소화 실린더(210) 내에서 열가소성 수지를 가소화 용융한다. 가소화 실린더(210)의 외벽면에는 밴드 히터(도시 생략)가 배치하여 마련되어 있으며, 이에 의해 가소화 실린더(210)가 가열되고, 또한 스크루(20)의 회전에 의한 전단 발열도 가해져, 열가소성 수지가 가소화 용융된다.

이어서, 기아 존(23)에 일정 압력의 물리 발포제를 도입하고, 기아 존(23)을 상기 일정 압력으로 보지한다(도 1의 단계 S2).

물리 발포제로서는, 가압 유체를 이용한다. 본 실시 형태에 있어서 「유체」란, 액체, 기체, 초임계 유체 중 어느 것을 의미한다. 또한, 물리 발포제는, 비용이나 환경 부하의 관점에서, 이산화탄소, 질소 등이 바람직하다. 본 실시 형태의 물리 발포제의 압력은 비교적 저압이기 때문에, 예를 들면, 질소 봄베, 이산화탄소 봄베, 공기 봄베 등의 유체가 저장된 봄베로부터, 감압 밸브에 의해 일정 압력으로 감압하여 취출한 유체를 이용할 수 있다. 이 경우, 승압 장치가 불필요해지므로, 제조 장치 전체의 비용을 저감할 수 있다. 또한, 필요하면 소정의 압력까지 승압된 유체를 물리 발포제로서 이용해도 된다. 예를 들면, 물리 발포제로서 질소를 사용하는 경우, 이하의 방법으로 물리 발포제를 생성할 수 있다. 우선, 대기 중의 공기를 컴프레서로 압축하면서 질소 분리막을 통하여 질소를 정제한다. 이어서, 정제한 질소를 부스터 펌프나 시린지 펌프 등을 이용하여 소정 압력까지 승압하여, 물리 발포제를 생성한다.

기아 존(23)에 도입하는 물리 발포제의 압력은 일정하고, 도입되는 물리 발포제와 동일한 일정 압력으로 기아 존(23)의 압력은 보지된다. 이 물리 발포제의 압력은, 1MPa~15MPa인 것이 바람직하고, 2MPa~10MPa인 것이 보다 바람직하며, 2MPa~8MPa인 것이 보다 더 바람직하다. 용융 수지의 종류에 따라 최적인 압력은 상이하지만, 물리 발포제의 압력을 1MPa 이상으로 함으로써, 발포시키는데 필요한 양의 물리 발포제를 용융 수지 내에 침투시킬 수 있고, 15MPa 이하로 함으로써, 장치 부하를 저감시킬 수 있다. 또한, 용융 수지를 가압하는 물리 발포제의 압력이 「일정하다」란, 소정 압력에 대한 압력의 변동 폭이, 바람직하게는 ±10% 이내, 보다 바람직하게는 ±5% 이내인 것을 의미한다. 기아 존의 압력은, 예를 들면, 가소화 실린더(210)의 도입구(202)에 대향하는 위치에 마련된 압력 센서(도시 생략)에 의해 측정된다.

본 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 봄베(100)로부터 도입 속도 조정 용기(300)를 통하여, 도입구(202)로부터 기아 존(23)으로 물리 발포제를 공급한다. 물리 발포제는, 감압 밸브(151)를 이용하여 소정의 압력으로 감압된 후, 승압 장치 등을 거치지 않고, 도입구(202)로부터 기아 존(23)으로 도입된다. 본 실시 형태에서는, 가소화 실린더(210)에 도입되는 물리 발포제의 도입량, 도입 시간 등을 제어하지 않는다. 이 때문에, 그들을 제어하는 기구, 예를 들면, 역지 밸브나 전자 밸브 등을 이용한 구동 밸브는 불필요하며, 도입구(202)는, 구동 밸브를 가지지 않고, 항상 개방되어 있다. 본 실시 형태에서는, 봄베(100)로부터 공급되는 물리 발포제에 의해, 감압 밸브(151)로부터, 도입 속도 조정 용기(300)를 거쳐, 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)까지, 일정한 물리 발포제의 압력으로 보지된다.

물리 발포제의 도입구(202)는, 종래의 제조 장치의 물리 발포제의 도입구와 비교해 내경이 크다. 이 때문에, 비교적 저압의 물리 발포제여도, 가소화 실린더(210) 내에 효율적으로 도입할 수 있다. 또한, 용융 수지의 일부가 도입구(202)에 접촉하여 고화된 경우라도, 내경이 크기 때문에, 완전히 막히지 않아 도입구로서 기능할 수 있다. 한편, 도입구(202)의 내경이 지나치게 크면, 용융 수지의 체류가 발생하여 성형 불량의 원인이 되고, 또한, 도입구(202)에 접속하는 도입 속도 조정 용기(300)가 대형화되어 장치 전체의 비용이 상승한다. 구체적으로는, 도입구(202)의 내경은, 가소화 실린더(210)의 내경의 20%~100%인 것이 바람직하고, 30%~80%인 것이 보다 바람직하다. 또는, 가소화 실린더(210)의 내경에 의존하지 않고, 도입구(202)의 내경은, 3㎜~100㎜가 바람직하고, 5㎜~50㎜가 보다 바람직하다.

도입구(202)에 접속하는 도입 속도 조정 용기(300)는, 일정 이상의 용적을 가짐으로써, 가소화 실린더(210)로 도입되는 물리 발포제의 유속을 완만하게 하여, 도입 속도 조정 용기(300) 내에 물리 발포제가 체류할 수 있는 시간을 확보할 수 있다. 가열시킨 가소화 실린더(210)의 근방에 체류함으로써, 물리 발포제는 가온되고, 물리 발포제와 용융 수지와의 온도차가 작아져, 물리 발포제의 용융 수지로의 용해량(침투량)을 안정화시킬 수 있다. 즉, 도입 속도 조정 용기(300)는, 버퍼 용기로서 기능한다. 한편, 도입 속도 조정 용기(300)는, 그 용적이 너무 크면, 장치 전체의 비용이 상승한다. 도입 속도 조정 용기(300)의 용적은, 기아 존(23)에 존재하는 용융 수지의 양에도 의존하지만, 5mL~10L인 것이 바람직하고, 10mL~1L이 보다 바람직하다. 도입 속도 조정 용기(300)의 용적을 이 범위로 함으로써, 비용을 고려하면서 물리 발포제가 체류할 수 있는 시간을 확보할 수 있다.

또한 후술하는 바와 같이 물리 발포제는 용융 수지에 접촉하여 침투함으로써, 가소화 실린더(210) 내에서 소비된다. 기아 존(23)의 압력을 일정하게 보지하기 위해, 소비된 만큼의 물리 발포제가 도입 속도 조정 용기(300)로부터 기아 존(23)으로 도입된다. 도입 속도 조정 용기(300)의 용적이 지나치게 작으면, 물리 발포제의 치환 빈도가 높아지기 때문에, 물리 발포제의 온도가 불안정해지고, 그 결과, 물리 발포제의 공급이 불안정해질 우려가 있다. 따라서, 도입 속도 조정 용기(300)는, 1~10분간에 가소화 실린더에 있어서 소비되는 양의 물리 발포제가 체류할 수 있는 용적을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 도입 속도 조정 용기(300)는, 가소화 실린더(210)와 별개체의 용기여도 되고, 가소화 실린더(210)와 일체로 형성되어, 가소화 실린더(210)의 일부를 구성해도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 기아 존(23)에 물리 발포제만을 도입하지만, 본 발명의 효과에 영향을 주지 않을 정도로, 물리 발포제 이외의 다른 가압 유체를 동시에 기아 존(23)에 도입해도 된다. 이 경우, 기아 존(23)에 도입되는 물리 발포제를 포함하는 가압 유체는, 상기 서술의 일정 압력을 가진다.

이어서, 용융 수지를 가소화 존(21)으로부터, 압축 존(22), 유동 속도 조정 존(25)을 거쳐, 기아 존(23)으로 유동시킨다. 용융 수지는, 압축 존(22)에 있어서 압축된 후, 유동 속도 조정 존(25)에 있어서 유동 속도가 조정되고(도 1의 단계 S3), 기아 존(23)에 있어서 기아 상태가 된다(도 1의 단계 S4). 이하에, 압축 존(22), 유동 속도 조정 존(25) 및 기아 존(23)의 각각 존에 대해, 또한 각 존에서 행하는 본 실시 형태의 발포 성형체의 제조 방법의 각 공정에 대해 설명한다.

우선, 압축 존(22)에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 압축 존(22)을 기아 존(23)의 상류에 마련함으로써, 기아 존(23)에 있어서 용융 수지를 기아 상태로 한다. 기아 상태는, 기아 존(23)의 상류로부터 기아 존(23)으로의 용융 수지의 보냄량과, 기아 존(23)으로부터 그 하류로의 용융 수지의 보냄량과의 밸런스에 의해 결정되고, 전자의 쪽이 적으면 기아 상태가 된다. 본 실시 형태에서는, 압축 존(22)을 기아 존(23)의 상류에 마련함으로써, 이 상태를 실현한다.

압축 존(22)에는, 상류측에 위치하는 가소화 존(21)보다 스크루(20)의 축의 직경(스크루 직경)을 크게(굵게) 하고, 스크루 플라이트를 단계적으로 얕게 한 대경 부분(20A)을 마련하며, 또한, 대경 부분(20A)의 하류측의 단부에 링(26)을 마련한다. 링(26)은 반으로 나뉜 구조이며, 그들 2분할하여 스크루(20)에 씌워 마련한다. 스크루의 축의 직경을 크게 하면, 가소화 실린더(210)의 내벽과 스크루(20)의 클리어런스가 축소되고, 하류에 보내는 수지 공급량을 저감할 수 있기 때문에, 용융 수지의 유동 저항을 높일 수 있다. 또한, 스크루(20)에 링(26)을 마련하는 것에 의해서도 마찬가지로 용융 수지의 유동 저항을 높일 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서, 대경 부분(20A) 및 링(26)은, 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구이다. 또한, 링(26)은, 상류측으로의 물리 발포제의 역류도 억제할 수 있다. 이 때문에, 링(26)은, 압축 존(22)과 그 하류의 유동 속도 조정 존(25)과의 사이에 마련하는 것이 바람직하다.

압축 존(22)에 마련되는 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구는, 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)으로 공급되는 수지 유량을 제한하기 위해 일시적으로 용융 수지가 통과하는 유로 면적을 축소시키는 기구이면, 특별히 제한되지 않는다. 본 실시 형태에서는, 스크루의 대경 부분(20A) 및 링(26)의 양방을 이용했지만, 편방만 이용해도 된다. 또한, 유동 저항을 높이는 기구로서, 예를 들면, 기아 존(23)과 비교하여, 스크루 플라이트의 피치를 좁힌 부분, 플라이트의 수를 늘린 부분, 플라이트의 권취 방향을 반대로 한 부분을 스크루(20)에 형성해도 된다.

용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구는, 스크루와는 별도의 부재의 링 등으로서 스크루에 마련해도 되고, 스크루의 구조의 일부로서 스크루와 일체로 마련해도 된다. 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구는, 스크루와는 별도의 부재의 링 등으로서 마련하면, 링을 변경함으로써 용융 수지의 유로인 클리어런스부의 크기를 변경할 수 있으므로, 용이하게 용융 수지의 유동 저항의 크기를 변경할 수 있다고 하는 이점이 있다.

또한, 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구 이외에, 용융 수지의 역류를 방지하는 역류 방지 기구(시일 기구)를 마련하는 것에 의해서도, 기아 존(23)에 있어서 용융 수지를 기아 상태로 할 수 있다. 예를 들면, 물리 발포제의 압력에 의해 상류측으로 이동 가능한 링, 강구(鋼球) 등의 시일 기구를 들 수 있다. 단, 역류 방지 기구는 구동부를 필요로 하기 때문에, 수지 체류의 우려가 있다. 이 때문에, 구동부를 가지지 않는 유동 저항을 높이는 기구가 바람직하다.

이어서, 유동 속도 조정 존(25)에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 압축 존(22)과 기아 존(23)의 사이에, 유동 속도 조정 존(25)을 마련한다. 유동 속도 조정 존(25)의 상류의 압축 존(22)에 있어서의 용융 수지의 유동 속도와, 하류의 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 유동 속도를 비교하면, 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 유동 속도가 빠르다. 예를 들면, 도 6에 나타내는 스크루(90)를 이용한 가소화 실린더에서는, 압축 존(22)과 기아 존(23)이 인접하게 배치된다. 스크루(90)를 이용한 가소화 실린더에 있어서도, 기아 존(23)에 있어서 용융 수지를 기아 상태로 하는 것은 가능하지만, 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)으로 용융 수지가 유동할 때, 유동 속도는 급격하게 상승한다. 본 발명자들은, 압축 존(22)과 기아 존(23)의 사이에, 완충 존이 되는 유동 속도 조정 존(25)을 마련하고, 이 급격한 용융 수지의 유동 속도의 변화(상승)를 억제함으로써, 제조되는 발포 성형체의 발포성이 향상되는 것을 발견했다.

용융 수지의 유동 속도는, 예를 들면, 가소화 스크루(20)의 유동 속도 조정 존(25)에 위치하는 부분에, 용융 수지의 유동 속도를 조정하는 기구를 마련함으로써, 조정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 도 2 및 도 4에 나타내는 가소화 스크루(20)를 이용한다. 가소화 스크루(20)는, 상류로부터 차례로, 대경 부분(20A)과, 감압부(20C)과, 압축부(20D)와, 작은 직경 부분(20B)을 가진다. 대경 부분(20A)은 압축 존(22)에 위치하며, 감압부(20C) 및 압축부(20D)는 유동 속도 조정 존(25)에 위치하며, 작은 직경 부분(20B)은 기아 존(23)에 위치한다. 감압부(20C) 및 압축부(20D)가, 용융 수지의 유동 속도를 조정하는 기구에 상당한다. 감압부(20C)는, 상류로부터 하류를 향해 연속적으로 스크루 직경(스크루의 축의 직경)이 작아(얇아) 지고, 그것에 따른 스크루 플라이트의 깊이가 연속적으로 깊어진다. 압축부(20D)는, 그 상류 부분 및 하류 부분과 비교하여, 스크루 직경이 크고, 스크루 플라이트의 깊이가 얕다. 즉, 본 실시 형태에서는, 감압부(20C)의 스크루(20)의 축의 직경은, 압축 존(22)에 위치하는 부분의 스크루(20)의 축의 직경의 최대값(대경 부분(20A))보다 작다. 그리고, 압축부(20D)의 스크루(20)의 축의 직경은, 감압부(20C)의 스크루(20)의 축의 직경의 최소값보다 크다. 압축 존(22)으로부터 유동 속도 조정 존(25)에 유동하여 온 용융 수지는, 스크루 플라이트의 깊이가 깊은 감압부(20C)에 있어서 감압된 후, 스크루 플라이트의 깊이가 얕은 압축부(20D)에 의해 재압축되고, 그 후, 기아 존(23)으로 유동한다. 유동 속도 조정 존(25)에 있어서, 용융 수지를 감압 및 압축(가압)함으로써, 유동 속도 조정 존(25)에 있어서의 용융 수지의 체류 시간을 확보할 수 있다. 이에 따라, 유동 속도 조정 존(25)은 완충 존 또는 용융 수지 체류 존으로서 기능하며, 용융 수지의 유동 속도를 조정하고(도 1의 단계 S3), 이 결과, 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)으로 유동하는 용융 수지의 급격한 유동 속도의 상승을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서 이용한 스크루(20)는, 감압부(20C) 및 압축부(20D)를 1세트밖에 가지지 않지만, 감압부(20C) 및 압축부(20D)를 복수 세트 가져, 복수 회, 용융 수지의 감압 및 압축을 반복해도 된다. 또한, 스크루(20)에 있어서, 감압부(20C)의 스크루 직경은 상류로부터 하류를 향해 연속적으로 작아지지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 감압부(20C)의 스크루 직경은 대경 부분(20A) 및 압축부(20D)의 스크루 직경보다 작으면, 감압부(20C)에 있어서 용융 수지의 감압은 가능하다. 따라서, 예를 들면, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 감압부(20C)의 스크루 직경은, 일정한 크기(굵기)여도 된다.

압축 존(22)으로부터 기아 존(23)의 사이에 완충 존이 되는 유동 속도 조정 존(25)을 마련함으로써, 발포 성형체의 발포성이 향상되는 이유의 상세는 불분명하지만, 유동 속도 조정 존(25)에 용융 수지가 체류함으로써 물리 발포제와 용융 수지의 접촉 시간이 길어지는 것이 하나의 원인이 아닌지라고 추측된다. 물리 발포제는, 기아 존(23)에 도입되지만, 상류에 위치하는 유동 속도 조정 존(25)에도 확산되고, 따라서 용융 수지와 접촉한다. 이에 따라, 보다 많은 물리 발포제가 용융 수지에 용해된다. 또한, 유동 속도 조정 존(25)을 마련함으로써, 하류의 기아 존(23)에 있어서 용융 수지의 기아 상태를 보다 안정되게 유지하기 쉬워진다. 이에 의해서도, 물리 발포제와 용융 수지의 접촉이 촉진되어, 보다 많은 물리 발포제가 용융 수지에 용해된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 스크루(20)의 압축부(20D)에 의해 용융 수지가 압축되는 것에 의해서도, 물리 발포제의 용융 수지로의 용해가 촉진된다고 추측된다.

상기 서술한 바와 같이, 도 2에 나타내는 장치(1000)에서는, 도 4에 나타내는 가소화 스크루(20)의 유동 속도 조정 존(25)에 위치하는 부분에, 감압부(20C) 및 압축부(20D)를 마련함으로써, 즉, 스크루 플라이트의 깊이를 변화시킴으로써, 또한 바꿔 말하면, 스크루 직경의 크기(굵기)를 변화시킴으로써 용융 수지의 유동 속도를 조정하지만, 본 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 유동 속도 조정 존(25)에 있어서, 용융 수지의 유동 속도를 조정할 수 있는 구성이면, 임의의 구성의 가소화 스크루를 이용할 수 있다. 예를 들면, 기아 존(23)과 비교해, 스크루(20)의 플라이트의 피치를 좁히는 것, 플라이트의 수를 늘리는 것, 플라이트의 권회 방향을 반대로 하는 등에 의해서도, 유동 속도 조정 존(25)에 있어서의 용융 수지의 유동 속도를 조정할 수 있다.

또한, 도 5의 (b)에 나타내는 스크루(20b)는, 유동 속도 조정 존(25)에 위치하는 부분에, 복수의 컷 아웃(n)이 형성된 스크루 플라이트(F)를 가진다. 복수의 컷 아웃(n)이 형성된 스크루 플라이트(F)가, 용융 수지의 유동 속도를 조정하는 기구에 상당한다. 스크루 플라이트에 컷 아웃이 마련되어 있으면 용융 수지는 유동하기 어렵기 때문에, 유동 속도 조정 존(25)에 용융 수지가 체류한다. 이에 따라, 유동 속도 조정 존(25)은 완충 존 또는 용융 수지의 체류 존으로서 기능하며, 용융 수지의 유동 속도를 조정하고(도 1의 단계 S3), 이 결과, 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)으로 유동하는 용융 수지의 급격한 유동 속도의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 스크루(20b)에는, 복수의 컷 아웃(n)이 형성된 스크루 플라이트에 의해, 이른바, 래버린스 구조로 형성되어도 된다. 이 경우, 래버린스 구조가, 용융 수지의 유동 속도를 조정하는 기구에 상당한다. 래버린스 구조에 의해, 용융 수지는, 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)을 향해, 유동 속도를 서서히 높이면서 유동 속도 조정 존(25)을 통과한다. 이에 따라, 유동 속도 조정 존(25)은, 상류의 압축 존(22)의 용융 수지의 유동 속도를 서서히 빠르게 하여, 급격한 유동 속도의 변화 없이, 하류의 기아 존(23)으로 용융 수지를 보낼 수 있다. 또한, 압축 존(22)과 기아 존(23)에서는, 수지 압력에도 차이가 발생한다. 압축 존(22)은 수지 압력이 높고, 기아 존(23)은 수지 압력이 낮다. 용융 수지는, 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)을 향해, 압력을 서서히 낮추면서 유동 속도 조정 존(25)을 통과한다. 이에 따라, 유동 속도 조정 존(25)은, 상류의 압축 존(22)의 용융 수지의 압력을 서서히 낮춰, 급격한 수지 압력의 변화 없이, 하류의 기아 존(23)으로 용융 수지를 보낼 수 있다. 이 관점에서는, 유동 속도 조정 존(25)은, 용융 수지 압력의 서(徐)감압 존이기도 한다.

또한, 도 5의 (c)에 나타내는 스크루(20c)와 같이, 스크루의 유동 속도 조정 존(25)에 위치하는 부분은, 복수의 컷 아웃(n)이 형성된 스크루 플라이트(F)를 가지고, 또한, 스크루 직경이 상류로부터 하류를 향해 연속적으로 작게 되어 있어도 된다.

본 실시 형태에 있어서, 용융 수지의 유동 방향에 있어서의 유동 속도 조정 존(25)의 길이는, 가소화 실린더(210)의 내경의 1배~6배가 바람직하고, 2배~4배가 보다 바람직하다. 유동 속도 조정 존(25)의 길이가 이 범위이면, 충분히, 용융 수지의 속도를 조정할 수 있다. 여기서, 유동 속도 조정 존(25)의 길이란, 예를 들면, 스크루(20)에 있어서, 링(26)의 하류측이고 또한 작은 직경 부분(20B)의 상류측의 부분의 길이다. 도 4 및 도 5의 (a)에 나타내는 스크루(20 및 20a)에 있어서는, 유동 속도 조정 존(25)의 길이는, 용융 수지의 유동 방향에 있어서의 감압부(20C) 및 압축부(20D)의 길이의 합계이다.

이어서, 기아 존(23)에 대해 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 압축 존(22)으로부터 유동 속도 조정 존(25)을 거쳐 기아 존(23)에 공급되는 수지 유량이 저하되고, 기아 존(23)에 있어서는, 용융 수지가 미충만(기아 상태)이 된다(도 1의 단계 S4). 용융 수지의 기아 상태를 촉진시키기 위해, 스크루(20)는, 압축 존(22)에 위치하는 부분과 비교하여, 즉 링(26)의 상류측의 부분과 비교하여, 기아 존(23)에 위치하는 부분의 축의 직경이 작고(얇고), 또한 스크루 플라이트가 깊은 구조(작은 직경 부분(20B))를 가진다.

본 실시 형태에서는, 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 기아 상태를 안정화시키기 위해, 가소화 실린더(210)로 공급하는 열가소성 수지의 공급량을 제어해도 된다. 열가소성 수지의 공급량이 지나치게 많으면 기아 상태를 유지하는 것이 곤란해지기 때문이다. 예를 들면, 범용의 피더 스크루를 이용하여, 열가소성 수지의 공급량을 제어한다.

또한, 본 실시 형태의 제조 방법은, 도입구(202)로부터 용융 수지가 팽출되는 것을 검출하는 것과, 도입구(202)로부터 용융 수지가 팽출되는 것을 검출했을 때, 가소화 실린더(210)를 포함하는 제조 장치(1000)의 구동을 정지시키는 것을 포함해도 된다. 기아 존(23)은, 스크루(20)의 플라이트가 깊고, 퇴적되는 수지량이 적기 때문에, 도입구(202)의 내경이 크더라도, 용융 수지가 도입구(202)로부터 팽출되는 경우는 적다. 그러나, 이하에 서술하는 이유에 의해, 본 실시 형태의 성형 장치(1000)는, 도입구(202)로부터의 용융 수지가 팽출되는 것을 검출하는 팽출 검출 기구를 구비하는 것이 바람직하다. 기아 존(23)에 있어서, 용융 수지의 기아 상태를 유지하기 위해서는, 압축 존(22)에 있어서의 수지의 유동성(흐르기 쉬움)과 기아 존(23)에 있어서의 유동성에 일정 이상의 차이가 있을 필요가 있다. 이 유동성의 차이를 얻기 위해, 압축 존(22)에 공급되는 용융 수지의 양, 유동 저항이 되는 링(26)의 외경, 계량 조건 등의 최적화가 필요하다. 일단, 안정된 성형 조건을 발견하면 안정된 성형을 행할 수 있지만, 최적인 성형 조건에 이를 때까지는, 도입구(202)로부터 용융 수지가 팽출될 우려가 있다. 따라서, 특히 발포 성형체를 양산하는 경우에는, 양산 전에, 팽출 검출 기구를 구비한 성형기를 이용하여 제조 조건을 최적화하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에서는, 도입 속도 조정 용기(300)에 가압 분위기에 있어서도 수지의 팽출을 안정되게 기계적으로 검출할 수 있는 팽출 검출 기구(310)를 마련한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 도입 속도 조정 용기(300)는, 하부가 도입구(202)에 접속되고, 내부에 물리 발포제가 체류하는 공간(38)을 가지는 원통 형상의 본체(30)와, 본체(30)에 접속하여 공간(38)을 밀폐하고, 공간(38)에 연통하는 관통 구멍(37)이 형성되어 있는 덮개(31)를 가진다. 공간(38)에는, 배관(154)에 의해 봄베(100)가 접속되고, 배관(154)을 통하여 물리 발포제가 공급된다. 물리 발포제가 체류하기 때문에, 공간(38)은 항상 가압 상태이다. 가압 상태의 공간(38)을 확실하게 밀폐하기 위해, 덮개(31)는 시일(36)을 가진다. 도입 속도 조정 용기(300)가 구비하는 팽출 검출 기구(310)는, 공간(38) 및 관통 구멍(37) 내에 배치되고, 벤트로부터 팽출되는 용융 수지가 접촉함으로써, 그 위치가 상방향으로 변위하는 검출 로드(32)(이동 부재)와, 관통 구멍(37)을 막도록 덮개(31)의 위에 배치되며, 검출 로드(32)의 위치 변위를 비접촉에 의해 고정밀도로 검출하는 자기 센서(33)(검출부)를 가진다. 자기 센서(33)는, 신호선(34)에 의해 성형 장치(1000)의 제어 장치(도시 생략)에 접속된다.

검출 로드(32)는, 상부가 관통 구멍(37) 내에 보지되고, 하부가 관통 구멍(37)으로부터 공간(38) 내로 연장되며, 또한 하단부(32a)는 도입구(202) 내에 삽입된다. 또한, 검출 로드(32)는, 상단부에 영구 자석(35)을 가진다. 검출 로드(32)는, 주위의 부품에 간섭되지 않고 무부하에서 관통 구멍(37) 내에 보지되어 있기 때문에, 가압 분위기하에서도 용이하게 상방향(자기 센서(33)를 향하는 방향)으로 이동할 수 있다.

도입구(202)로부터 용융 수지가 팽출하려고 한 경우, 용융 수지는 로드(32)의 하단부(32a)에 접촉하여, 검출 로드(32)를 상방향으로 밀어 올린다. 이에 따라 영구 자석(35)의 위치도 상방향으로 변위한다. 자기 센서(33)는, 영구 자석(35)의 근소한 위치 변위를 비접촉으로 고정밀도로 검출하고, 신호선(34)을 통하여 제조 장치(1000)의 제어 장치(도시 생략)에 신호를 보낸다. 이에 따라 제어 장치는 수지의 팽출을 검출한다. 그리고, 제어 장치는 에러 신호를 발신하여, 가소화 실린더(210)를 포함하는 제조 장치(1000)의 구동을 정지시킨다. 이에 따라, 도입 속도 조정 용기(300)의 공간(38)이 용융 수지로 가득차게 되어, 덮개(31)를 본체(30)로부터 제거할 수 없는 등의 트러블을 방지할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 용융 수지의 유동 방향에 있어서의 기아 존(23)의 길이는, 용융 수지와 물리 발포제와의 접촉 면적이나 접촉 시간을 확보하기 위해 긴 것이 바람직하지만, 지나치게 길면 성형 싸이클이나 스크루 길이가 길어지는 폐해가 발생한다. 이 때문에, 기아 존의 길이는, 가소화 실린더(210)의 내경의 2배~12배가 바람직하고, 4배~10배가 보다 바람직하다. 또한, 기아 존(23)의 길이는, 사출 성형에 있어서의 계량 스트로크의 전체 범위를 제공하는 것이 바람직하다. 즉, 용융 수지의 유동 방향에 있어서의 기아 존(23)의 길이는, 사출 성형에 있어서의 계량 스트로크의 길이 이상인 것이 바람직하다. 용융 수지의 가소화 계량 및 사출에 따라 스크루(20)는 전방 및 후방으로 이동하지만, 기아 존(23)의 길이를 계량 스트로크의 길이 이상으로 함으로써, 발포 성형체의 제조 중, 항상, 도입구(202)를 기아 존(23) 내에 배치할(형성할) 수 있다. 바꾸어 말하면, 발포 성형체의 제조 중에 스크루(20)가 전방 및 후방으로 움직여도, 기아 존(23) 이외의 존이, 도입구(202)의 위치에 오는 경우는 없다. 이에 따라, 도입구(202)로부터 도입되는 물리 발포제는, 발포 성형체의 제조 중, 항상, 기아 존(23)에 도입된다. 이와 같이 충분하고 또한 적당한 크기(길이)를 가지는 기아 존을 마련하고, 거기에 일정 압력의 물리 발포제를 도입함으로써, 기아 존(23)을 일정 압력에 의해 보지하기 쉬워진다. 본 실시 형태에 있어서는, 기아 존(23)의 길이는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 스크루(20)에 있어서, 스크루(20)의 축의 직경 및 스크루 플라이트의 깊이가 일정한 부분의 길이, 즉, 스크루(20)의 작은 직경 부분(20B)의 길이이다(도 4 참조).

이어서, 기아 존(23)을 일정 압력으로 보지한 상태에서, 기아 존(23)에 있어서 기아 상태의 용융 수지와 일정 압력의 상기 물리 발포제를 접촉시킨다(도 1의 단계 S5). 즉, 기아 존(23)에 있어서, 용융 수지를 물리 발포제에 의해 일정 압력으로 가압한다. 기아 존(23)은 용융 수지가 미충만(기아 상태)이며 물리 발포제가 존재할 수 있는 공간이 있기 때문에, 물리 발포제와 용융 수지를 효율적으로 접촉시킬 수 있다. 용융 수지에 접촉한 물리 발포제는, 용융 수지에 침투하여 소비된다. 물리 발포제가 소비되면, 도입 속도 조정 용기(300) 중에 체류하고 있는 물리 발포제가 기아 존(23)에 공급된다. 이에 따라, 기아 존(23)의 압력은 일정 압력으로 보지되고, 용융 수지는 일정 압력의 물리 발포제에 계속해서 접촉한다.

종래의 물리 발포제를 이용한 발포 성형에서는, 가소화 실린더에 소정량의 고압의 물리 발포제를 소정 시간 내에 강제적으로 도입하고 있었다. 따라서, 물리 발포제를 고압력으로 승압하고, 용융 수지로의 도입량, 도입 시간 등을 정확하게 제어할 필요가 있으며, 물리 발포제가 용융 수지에 접촉하는 것은, 짧은 도입 시간뿐이었다. 이에 비하여 본 실시 형태에서는, 가소화 실린더(210)에 물리 발포제를 강제적으로 도입하는 것은 아니고, 기아 존(23)의 압력이 일정해지도록, 일정 압력의 물리 발포제를 연속적으로 가소화 실린더 내에 공급하고, 연속적으로 물리 발포제를 용융 수지에 접촉시킨다. 이에 따라, 온도 및 압력에 의해 결정되는 용융 수지로의 물리 발포제의 용해량(침투량)이, 안정화된다. 또한, 본 실시 형태의 물리 발포제는, 항상 용융 수지에 접촉하고 있기 때문에, 필요 충분한 양의 물리 발포제가 용융 수지 내에 침투할 수 있다. 이에 따라, 본 실시 형태에서 제조하는 발포 성형체는, 종래의 물리 발포제를 이용한 성형 방법과 비교해 저압의 물리 발포제를 이용하고 있음에도 불구하고, 발포 셀이 미세하다.

또한, 본 실시 형태의 제조 방법은, 물리 발포제의 도입량, 도입 시간 등을 제어할 필요가 없기 때문에, 역지 밸브나 전자 밸브 등의 구동 밸브, 또한 이들을 제어하는 제어 기구가 불필요해져, 장치 비용을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서 이용하는 물리 발포제는 종래의 물리 발포제보다 저압이기 때문에 장치 부하도 작다.

본 실시 형태에서는, 발포 성형체의 제조 중, 항상, 기아 존(23)을 일정 압력으로 보지한다. 즉, 가소화 실린더 내에서 소비된 물리 발포제를 보충하기 위해, 상기 일정 압력의 물리 발포제를 연속적으로 공급하면서, 발포 성형체의 제조 방법의 모든 공정이 실시된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, 연속으로 복수 샷의 사출 성형을 행하는 경우, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정 및 성형체의 취출 공정이 행해지고 있는 동안에도, 다음 샷 분의 용융 수지가 가소화 실린더 내에서 준비되어 있으며, 다음 샷 분의 용융 수지가 물리 발포제에 의해 일정 압력으로 가압된다. 즉, 연속으로 행하는 복수 샷의 사출 성형에서는, 가소화 실린더 내에, 용융 수지와 일정 압력의 물리 발포제가 항상 존재해 접촉하고 있는 상태, 즉, 가소화 실린더 내에서 용융 수지가 물리 발포제에 의해 일정 압력으로 상시, 가압된 상태에서, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함하는, 사출 성형의 1사이클이 행해진다. 마찬가지로, 압출 성형 등의 연속 성형을 행하는 경우에도, 가소화 실린더 내에, 용융 수지와 일정 압력의 물리 발포제가 항상 존재하여 접촉하고 있는 상태, 즉, 가소화 실린더 내에서 용융 수지가 물리 발포제에 의해 일정 압력으로 상시, 가압된 상태로 성형이 행해진다.

이어서, 물리 발포제를 접촉시킨 용융 수지를 발포 성형체로 성형한다(도 1의 단계 S6). 본 실시 형태에서 이용하는 가소화 실린더(210)는, 기아 존(23)의 하류에, 기아 존(23)에 인접하게 배치되고, 용융 수지가 압축되어 압력이 높아지는 재압축 존(24)을 가진다. 우선, 가소화 스크루(20)의 회전에 의해, 기아 존(23)의 용융 수지를 재압축 존(24)에 유동시킨다. 물리 발포제를 포함하는 용융 수지는, 재압축 존(24)에 있어서 압력 조정되고, 가소화 스크루(20)의 전방에 압출되어 계량된다. 이 때, 가소화 스크루(20)의 전방에 압출된 용융 수지의 내압은, 가소화 스크루(20)의 후방에 접속하는 유압 모터 또는 전동 모터(도시 생략)에 의해, 스크루 배압으로서 제어된다. 본 실시 형태에서는, 용융 수지로부터 물리 발포제를 분리시키지 않고 균일 상용시켜, 수지 밀도를 안정화시키기 때문에, 가소화 스크루(20)의 전방에 압출된 용융 수지의 내압, 즉, 스크루 배압은, 일정하게 보지되고 있는 기아 존(23)의 압력보다 1~4MPa 정도 높게 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 스크루(20) 전방의 압축된 수지가 상류측에 역류하지 않도록, 스크루(20)의 선단에 체크 링(50)이 마련된다. 이에 따라, 계량 시, 기아 존(23)의 압력은, 스크루(20) 전방의 수지 압력에 영향을 받지 않는다.

발포 성형체의 성형 방법은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 사출 발포 성형, 압출 발포 성형, 발포 블로우 성형 등에 의해 성형체를 성형할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 가소화 실린더(210)로부터, 금형(251) 내의 캐비티(253)에, 계량한 용융 수지를 사출 충전하여 사출 발포 성형을 행한다. 사출 발포 성형으로서는, 금형 캐비티(253) 내에, 금형 캐비티 용적의 75%~95%의 충전 용량의 용융 수지를 충전하여, 기포가 확대하면서 금형 캐비티를 충전하는 쇼트 샷(short shot)법을 이용해도 되고, 또한, 금형 캐비티 용적 100%의 충전량의 용융 수지를 충전한 후, 캐비티 용적을 확대시켜 발포시키는 코어 백법을 이용해도 된다. 얻어지는 발포 성형체는 내부에 발포 셀을 가지기 때문에, 열가소성 수지의 냉각 시의 수축이 억제되어 싱크 마크(sink mark)나 휨이 경감되어, 저비중의 성형체를 얻을 수 있다.

이상 설명한 본 실시 형태의 제조 방법에서는, 물리 발포제의 용융 수지로의 도입량, 도입 시간 등을 제어할 필요가 없기 때문에, 복잡한 제어 장치를 생략 또는 간략화할 수 있어, 장치 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 발포 성형체의 제조 방법은, 기아 존(23)을 일정 압력으로 보지한 상태에서, 기아 존(23)에 있어서, 기아 상태의 용융 수지와 상기 일정 압력의 물리 발포제를 접촉시킨다. 이에 따라, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)을 단순한 기구에 의해 안정화시킬 수 있다.

실시예

이하, 본 발명에 대해 실시예를 이용하여 더 설명한다. 단, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

본 실시예에서는, 열가소성 수지로서 미네랄 강화 폴리아미드 6(PA6)를 이용하고, 물리 발포제로서 질소를 이용하여 발포 성형체를 제조했다.

(1) 제조 장치

본 실시예에서는, 상기 서술한 실시 형태에서 이용한 도 2에 나타내는 제조 장치(1000)를 이용했다. 제조 장치(1000)의 상세에 대해 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 제조 장치(1000)는 사출 성형 장치이며, 가소화 실린더(210)와, 물리 발포제를 가소화 실린더(210)에 공급하는 물리 발포제 공급 기구인 봄베(100)와, 금형(251)이 마련된 형 체결 유닛(250)과, 가소화 실린더(210) 및 형 체결 유닛(250)을 동작 제어하기 위한 제어 장치(도시 생략)를 구비한다.

가소화 실린더(210)의 노즐 선단(29)에는, 에어 실린더의 구동에 의해 개폐되는 셧 오프 밸브(28)가 마련되어, 가소화 실린더(210)의 내부를 고압으로 보지할 수 있다. 노즐 선단(29)에는 금형(251)이 밀착되고, 금형(251)이 형성하는 캐비티(253) 내에 노즐 선단(29)으로부터 용융 수지가 사출 충전된다. 가소화 실린더(210)의 상부측 면에는, 상류측으로부터 차례로, 열가소성 수지를 가소화 실린더(210)에 공급하기 위한 수지 공급구(201) 및 물리 발포제를 가소화 실린더(210) 내에 도입하기 위한 도입구(202)가 형성된다. 이러한 수지 공급구(201) 및 도입구(202)에는 각각, 수지 공급용 호퍼(211), 도입 속도 조정 용기(300)가 배치하여 마련된다. 도입 속도 조정 용기(300)에는, 봄베(100)가, 버퍼 용기(버퍼 탱크)(153), 감압 밸브(151) 및 압력계(152)를 개재하여, 배관(154)에 의해 접속된다. 또한, 가소화 실린더(210)의 도입구(202)에 대향하는 위치에는, 압력을 모니터하는 센서(도시 생략)가 마련되어 있다.

스크루(20)는, 열가소성 수지의 가소화 용융을 촉진하고, 용융 수지의 계량 및 사출을 행하기 위해, 가소화 실린더(210) 내에 있어서 회전 및 진퇴 가능하게 배치하여 마련되어 있다. 스크루(20)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상류측으로부터 대경 부분(20A)과, 감압부(20C)와, 압축부(20D)와, 작은 직경 부분(20B)을 가진다. 또한, 가소화 실린더(210) 내에는, 상류측으로부터 차례로, 열가소성 수지가 가소화 용융되는 가소화 존(21), 용융 수지가 압축되어 압력이 높아지는 압축 존(22), 용융 수지의 유동 속도를 조정하는 유동 속도 조정 존(25), 용융 수지가 미충만이 되는 기아 존(23), 기아 존에 있어서 감압된 용융 수지가 다시 압축되는 재압축 존(24)이 형성된다.

제조 장치(1000)에 있어서, 가소화 실린더(210)의 내경은 35㎜이며, 도입구(202)의 내경은 8㎜였다. 따라서, 도입구(202)의 내경은, 가소화 실린더(210)의 내경의 약23%였다. 도입 속도 조정 용기(300)의 용적은, 약 80mL였다. 또한, 용융 수지의 유동 방향에 있어서의 유동 속도 조정 존(25)의 길이(감압부(20C) 및 압축부(20D)의 길이의 합계)는 70㎜이었다. 따라서, 유동 속도 조정 존(25)의 길이는, 가소화 실린더(210)의 내경의 2배였다. 또한, 용융 수지의 유동 방향에 있어서의 기아 존(23)의 길이(작은 직경 부분(20B)의 길이)는 210㎜였다. 따라서, 기아 존(23)의 길이는, 가소화 실린더(210)의 내경의 6배였다. 또한, 본 실시예에서는, 캐비티(253)의 크기가 100㎜×200㎜×3㎜인 금형을 이용했다.

(2) 발포 성형체의 제조

본 실시예에서는, 봄베(100)로서, 질소가 14.5MPa로 충전된 용적 47L의 질소 봄베를 이용했다. 우선, 감압 밸브(151)의 값을 4MPa로 설정하고, 봄베(100)를 개방하여, 용적 0.99L의 버퍼 용기(버퍼 탱크)(153), 감압 밸브(151), 압력계(152), 또한 도입 속도 조정 용기(300)를 통하여, 가소화 실린더(210)의 도입구(202)로부터, 기아 존(23)으로 4MPa의 질소를 공급했다. 성형체의 제조 중, 봄베(100)는 상시, 개방된 상태로 했다.

가소화 실린더(210)에 있어서, 밴드 히터(도시 생략)에 의해, 가소화 존(21)을 220℃, 압축 존(22)을 240℃, 기아 존(23)을 220℃, 재압축 존(24)을 240℃로 조정했다. 그리고, 수지 공급용 호퍼(211)로부터 열가소성 수지의 수지 펠릿(도요보제(製), 그라마이드 T777-02)을 공급하고, 스크루(20)를 정회전시켰다. 이에 따라, 가소화 존(21)에 있어서, 열가소성 수지를 가열, 혼련하여, 용융 수지로 했다. 스크루(20)를 배압 6MPa, 회전수 100rpm으로 정회전함으로써, 용융 수지를 가소화 존(21)으로부터 압축 존(22)으로 유동시키고, 또한, 유동 속도 조정 존(25) 및 기아 존(23)에 유동시켰다.

용융 수지는, 스크루 대경 부분(20A) 및 링(26)과, 가소화 실린더(210)의 내벽과의 간극으로부터 유동 속도 조정 존(25)을 거쳐, 기아 존(23)으로 유동시키기 위해, 기아 존(23)으로의 용융 수지의 공급량이 제한되었다. 이에 따라, 링(26)의 상류측의 압축 존(22)에 있어서는 용융 수지가 압축되어 압력이 높아지고, 하류측의 기아 존(23)에 있어서는, 용융 수지가 미충만(기아 상태)이 되었다. 또한, 용융 수지는, 기아 존(23)에 유동하는 앞(상류측)의 유동 속도 조정 존(25)에 있어서, 감압 및 압축됨으로써 유동 속도가 조정되고, 그 후, 기아 존(23)으로 유동했다. 기아 존(23)에서는, 용융 수지가 미충만(기아 상태)이기 때문에, 용융 수지가 존재하지 않는 공간에 도입구(202)로부터 도입된 물리 발포제(질소)가 존재하고, 그 물리 발포제에 의해 용융 수지는 가압되었다.

또한, 용융 수지는 재압축 존(24)에 보내져 재압축되고, 가소화 실린더(210)의 선단부에 있어서 1샷 분의 용융 수지가 계량되었다. 그 후, 셧 오프 밸브(28)를 개방하여, 캐비티(253) 내에, 캐비티(253)의 용적의 90%의 충전율이 되도록 용융 수지를 사출 충전하여 평판 형상의 발포 성형체를 성형했다(쇼트 샷법). 성형 후, 발포 성형체가 냉각되는 것을 기다려, 금형 내에서 발포 성형체를 취출했다. 냉각 시간은, 10초로 했다. 성형 싸이클은 18초이며, 솔리드 성형체(무발포의 성형체)의 성형 싸이클과 동등한 값이었다.

이상 설명한 성형체의 사출 성형을 연속하여 100샷 행하여, 100개의 발포 성형체를 얻었다. 100개의 발포 성형체의 제조 중, 상시, 압력 센서(도시 생략)에 의해 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)의 압력을 계측했다. 그 결과, 기아 존(23)의 압력은, 항상 4MPa로 일정했다. 또한, 기아 존(23)으로 공급되는 질소의 압력을 나타내는 압력계(152)의 값도, 발포 성형체의 제조 중, 상시, 4MPa이었다. 이상으로부터, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함하는 사출 성형의 1사이클을 통하여, 기아 존(23)에 있어서, 4MPa의 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있던 것, 및 100개의 성형체의 연속 성형의 동안, 기아 존(23)에 있어서, 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되고 있던 것을 확인할 수 있었다. 또한, 100개의 발포 성형체의 제조 중, 팽출 검출 기구(310)는 용융 수지의 팽출을 검출하지 않고, 기아 존(23)의 상태가 안정되어 있던 것이 확인되었다.

얻어진 100개의 발포 성형체의 중량 편차를 표준 편차(σ)를 중량 평균값(ave.)으로 나눈 값(σ/ave.(%))으로 평가했다. 그 결과, (σ/ave.)=0.21%였다. 동일한 평가를 솔리드 성형체(무발포의 성형체)로 행한 바, (σ/ave.)=0.22%로, 본 실시예와 동등한 값이었다. 이 결과로부터, 본 실시예의 발포 성형체의 중량 안정성은, 솔리드 성형체와 동등한 것을 알 수 있었다.

본 실시예에서는, 솔리드 성형체와 비교해 비중이 약 10% 정도 가볍고, 휨이 교정된 발포 성형체를 연속적으로 안정되게 제조할 수 있었다. 비중 저감율은, 물리 발포제의 용해량(침투량)에 영향을 받는다고 생각된다. 이 결과로부터, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)이 안정화되고 있던 것을 알 수 있었다. 또한, 분리된 가스가 성형체 표면에 의해 전사되어 표면성을 악화시키는 스월 마크는, 약간의 발생에 머무르고 있었다. 또한, 얻어진 발포 성형체 단면의 발포 셀 상태를 관찰했다. 이 결과, 발포 셀의 평균 셀 직경은 10㎛로 미세한 것을 알 수 있었다.

[실시예 2]

본 실시예에서는, 물리 발포제로서 이산화탄소를 이용했다. 따라서, 물리 발포제 공급 장치인 봄베(100)로서, 압력 6MPa 액체 이산화탄소 봄베를 이용했다. 그리고, 감압 밸브(151)의 값을 4.5MPa로 설정했다. 그 이외는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 연속하여 100개의 발포 성형체를 제조했다.

발포 성형체의 제조 중, 상시, 압력 센서(도시 생략)에 의해 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)의 압력을 계측했다. 그 결과, 기아 존(23)의 압력은, 항상 4.5MPa로 일정했다. 또한, 기아 존(23)으로 공급되는 이산화탄소의 압력을 나타내는 압력계(152)의 값도, 발포 성형체의 제조 중, 상시, 4.5MPa이었다. 이상으로부터, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함하는 사출 성형의 1사이클을 통하여, 기아 존(23)에 있어서, 4.5MPa의 이산화탄소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되고 있던 것, 및 100개의 성형체의 연속 성형의 동안, 기아 존(23)에 있어서, 이산화탄소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되고 있던 것을 확인할 수 있었다. 또한, 100개의 발포 성형체의 제조 중, 팽출 검출 기구(310)는 용융 수지의 팽출을 검출하지 않고, 기아 존(23)의 상태가 안정되어 있던 것이 확인되었다.

얻어진 100개의 발포 성형체의 중량 편차를 표준 편차(σ)를 중량 평균값(ave.)으로 나눈 값(σ/ave.(%))으로 평가했다. 그 결과, (σ/ave.)=0.24%였다. 동일한 평가를 솔리드 성형체(무발포의 성형체)로 행한 바, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, (σ/ave.)=0.22%이며, 본 실시예와 동등한 값이었다. 이 결과로부터, 본 실시예의 발포 성형체의 중량 안정성은, 솔리드 성형체와 동등한 것을 알 수 있었다.

본 실시예에서는, 솔리드 성형체와 비교해, 비중이 약 10% 정도 가볍고, 휨이 교정된 발포 성형체를 연속적으로 안정되게 제조할 수 있었다. 이 결과로부터, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)이 안정화되어 있던 것을 알 수 있었다. 또한, 얻어진 발포 성형체 단면의 발포 셀 상태를 관찰했다. 이 결과, 발포 셀의 평균 셀 직경은 50㎛로 실시예 1과 비교해 컸다. 본 실시예와 실시예 1과의 발포 셀의 크기의 상이는, 물리 발포제의 종류의 상이에 기인한다고 추측된다.

본 실시예의 결과로부터, 물리 발포제로서 이산화탄소를 이용한 경우에도, 기아 존(23)의 압력 보지를 간편한 방법으로 행할 수 있고, 물리 발포제로서 질소를 이용한 실시예 1과 동일한 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.

[실시예 3]

본 실시예에서는, 열가소성 수지로서, 무기 필러를 포함하는 폴리프로필렌(PP) 수지를 이용했다. 또한, 감압 밸브(151)의 값을 8MPa로 설정하고, 발포체 성형 방법으로서 코어 백법을 이용했다. 그 이외는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 발포 성형체를 제조했다.

무기 필러 등의 강화재를 포함하지 않는 PP 수지 펠릿(프라임 폴리머제, 프라임 폴리프로 J105G)과, 무기 필러로서 탤크를 80중량% 포함하는 마스터 배치 펠릿(이데미쓰라이온컴포짓제, MP480)을 중량 비율이 80:20이 되도록 혼합했다. 실시예 1과 마찬가지로, 수지 공급용 호퍼(211)로부터 혼합한 수지 재료를 가소화 실린더(210) 내로 공급하고, 가소화 실린더(210) 내에서 수지 재료를 가소화 계량했다. 셧 오프 밸브(36)를 개방하여, 캐비티(253) 내에 캐비티(253)의 용적의 100%의 충전율이 되도록 용융 수지를 사출 충전하고, 그 3초 후에, 형 체결 유닛(250)을 후퇴 구동시켜 캐비티 용적이 100%로부터 200%로 확대되도록 금형을 열어 발포 성형체를 성형했다(코어 백법). 성형 후, 발포 성형체가 냉각되는 것을 기다려, 금형 내에서 발포 성형체를 취출했다. 냉각 시간은, 30초로 했다. 또한, 본 실시예에서는 코어 백법을 이용했기 때문에, 쇼트 샷법을 이용한 실시예 1과 비교해, 성형체의 두께가 증가하여 단열 효과가 높아지기 때문에, 냉각 시간을 실시예 1보다 길게 했다.

이상 설명한 성형체의 사출 성형을 연속해서, 30샷 행하여, 30개의 발포 성형체를 얻었다. 발포 성형체의 제조 중, 상시, 압력 센서(도시 생략)에 의해 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)의 압력을 계측했다. 그 결과, 기아 존(23)의 압력은, 항상 8MPa로 일정했다. 또한, 기아 존(23)으로 공급되는 질소의 압력을 나타내는 압력계(152)의 값도, 발포 성형체의 제조 중, 상시, 8MPa이었다. 이상으로부터, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함하는 사출 성형의 1사이클을 통하여, 기아 존(23)에 있어서, 8MPa의 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되고 있던 것, 및 30개의 성형체의 연속 성형의 동안, 기아 존(23)에 있어서, 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되고 있던 것을 확인할 수 있었다.

본 실시예에서는, 솔리드 성형체와 비교해, 비중이 약 48% 정도 가볍고, 휨이 교정된 발포 성형체를 연속적으로 안정되게 제조할 수 있었다. 이 결과로부터, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)이 안정화되어 있던 것을 알 수 있었다. 또한, 얻어진 발포 성형체의 표면 상태를 관찰했다. 분리된 가스가 성형체 표면에 전사하여 표면성을 악화시키는 스월 마크는, 약간의 발생에 머무르고 있었다. 또한, 얻어진 발포 성형체 단면의 발포 셀 상태를 관찰했다. 코어층 근방에 있어서의 발포 셀의 평균 셀 직경은 20㎛로 미세했다.

[실시예 4]

본 실시예에서는, 화학 발포제를 포함하는 열가소성 수지를 이용했다. 열가소성 수지로서는 무기 필러를 포함하는 폴리프로필렌(PP) 수지를 이용하고, 화학 발포제로서는 탄산수소나트륨을 이용했다. 물리 발포제로서 이산화탄소를 이용했다. 물리 발포제 공급 장치인 봄베(100)로서, 압력 6MPa 액체 이산화탄소 봄베를 이용하고, 감압 밸브(151)의 값을 3MPa로 설정했다. 또한, 발포체 성형 방법으로서 코어 백법을 이용했다. 그 이외는, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 발포 성형체를 제조했다.

무기 필러 등의 강화재를 포함하지 않는 PP 수지 펠릿(프라임 폴리머제, 프라임 폴리프로 J105G)(펠릿 A)과, 무기 필러로서 탤크를 80중량% 포함하는 마스터배치 펠릿(이데미쓰라이온컴퍼짓제, MP480)(펠릿 B)과, 탄산수소나트륨의 분말을 20중량% 포함하는 마스터배치 펠릿(산쿄카세이사제, 셀마이크마스터배치)(펠릿 C)을 이용하여, 펠릿 A과 펠릿 B의 중량 비율이 80:20, 탄산수소나트륨의 함유량이 1.0중량%가 되도록 혼합했다.

실시예 1과 마찬가지로, 수지 공급용 호퍼(211)로부터 수지 재료를 가소화 실린더(210) 내로 공급하고, 가소화 실린더(210) 내에서 수지 재료의 가소화 계량을 행했다. 셧 오프 밸브(36)를 개방하여, 캐비티(253) 내에 캐비티(253)의 내용적의 100%가 충전율이 되도록 용융 수지를 사출 충전하고, 그 3초후에, 형 체결 유닛(250)을 후퇴 구동시켜 캐비티 용적이 100%로부터 200%로 확대되도록 금형을 열어 발포 성형체를 성형했다(코어 백법). 성형 후, 발포 성형체가 냉각되는 것을 기다려, 금형 내에서 발포 성형체를 취출했다. 냉각 시간은, 30초로 했다. 또한, 본 실시예에서는 코어 백법을 이용했기 때문에, 쇼트 샷법을 이용한 실시예 1과 비교해, 성형체의 두께가 증가하여 단열 효과가 높아지기 때문에, 냉각 시간을 실시예 1보다 길게 했다.

이상 설명한 성형체의 사출 성형을 연속하여 30샷 행하고, 30개의 발포 성형체를 얻었다. 발포 성형체의 제조 중, 상시, 압력 센서(도시 생략)에 의해 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)의 압력을 계측했다. 그 결과, 기아 존(23)의 압력은, 항상 3MPa로 일정했다. 또한 기아 존(23)에 공급되는 이산화탄소의 압력을 나타내는 압력계(152)의 값도, 발포 성형체의 제조 중, 상시, 3MPa이었다. 이상으로부터, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함하는 사출 성형의 1사이클을 통하여, 기아 존(23)에 있어서, 3MPa의 이산화탄소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되고 있던 것을 확인할 수 있었다.

본 실시예에서는, 솔리드 성형체와 비교해, 비중이 약 35% 정도 가볍고, 휨이 교정된 발포 성형체를 연속적으로 안정되게 제조할 수 있었다. 이 결과로부터, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)이 안정화되어 있던 것을 알 수 있었다. 또한, 얻어진 발포 성형체의 표면 상태를 관찰했다. 분리된 가스가 성형체 표면에 전사하여 표면성을 악화시키는 스월 마크는, 약간의 발생에 머무르고 있었다. 또한, 얻어진 발포 성형체 단면의 발포 셀 상태를 관찰했다. 발포 셀의 평균 셀 직경은 80㎛였다.

본 발명의 제조 방법은, 물리 발포제에 관한 장치 기구를 간략화할 수 있다. 또한, 발포성이 우수한 발포 성형체를 저비용으로, 효율적으로 제조할 수 있다.

20 스크루
21 가소화 존
22 압축 존
23 기아 존
24 재압축 존
25 유동 속도 조정 존
26 링
100 봄베
210 가소화 실린더
250 형 체결 유닛
300 도입 속도 조정 용기
1000 제조 장치

Claims

가소화 실린더를 가지는 사출 성형 장치의 스크루로서,
상기 스크루의 형상에 따라, 그 후방으로부터 전방에 걸쳐 상기 가소화 실린더 내에, 수지가 압축되도록 되어 있는 압축 존과, 유동 속도 조정 존과, 상기 수지의 압력이 저하되도록 되어 있는 기아 존과, 상기 수지가 압축되도록 되어 있는 재압축 존이 형성되며, 상기 기아 존에 물리 발포제가 주입되도록 되어 있고,
상기 스크루는,
상기 압축 존과 상기 기아 존과의 사이에 마련되어, 상기 수지의 역류를 방지하는 소정의 시일 기구와,
상기 시일 기구의 전방에 상기 시일 기구에 인접하여 형성되는 상기 유동 속도 조정 존에 마련되어, 상기 수지를 감압하는 감압부 및 상기 수지를 압축하는 압축부를 가지는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치의 스크루.
제 1 항에 있어서,
상기 유동 속도 조정 존에 있어서, 상기 압축부의 스크루 플라이트 깊이가 상기 감압부의 스크루 플라이트 깊이보다 얕은 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치의 스크루.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유동 속도 조정 존에 있어서,
상기 감압부의 스크루의 축의 직경은, 상기 압축 존에 위치하는 부분의 스크루의 축의 직경의 최대값보다 작고,
상기 압축부의 스크루의 축의 직경은, 상기 감압부의 스크루의 축의 직경의 최소값보다 큰 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치의 스크루.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스크루는, 상기 유동 속도 조정 존에, 복수의 상기 감압부 및 복수의 상기 압축부를 가지는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치의 스크루.
발포 성형체를 제조하는 사출 성형 장치로서,
가소화 실린더와,
상기 가소화 실린더에 물리 발포제를 공급하는 물리 발포제 공급 기구와,
상기 가소화 실린더 내부에 회전 가능하게 마련된 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 상기 스크루를 구비하고,
상기 가소화 실린더에는, 상기 기아 존에 상기 물리 발포제 공급 기구로부터의 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 사출 성형 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 기아 존에 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하며, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지한 상태에서, 상기 기아 존에 있어서,
기아 상태의 상기 수지와 상기 일정 압력의 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시키고,
상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 접촉시킨 상기 수지를 발포 성형체로 성형하도록 구성된, 사출 성형 장치.