KR20200011486A - 발포 성형체의 제조 방법 및 발포 성형체 - Google Patents

Abstract

높은 내열성을 가지는 발포 성형체의 제조 방법을 제공한다. 가소화 존과 기아 존을 가지는 가소화 실린더를 이용하여, 발포 성형체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 가소화 존에 있어서, 열가소성 수지를 가소화 용융하여 용융 수지로 하는 것과, 상기 기아 존에 일정 압력의 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것과, 상기 기아 존에 있어서, 상기 용융 수지를 기아 상태로 하는 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 포함하며, 상기 열가소성 수지가 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이며, 상기 일정 압력이 0.5㎫~12㎫이다.

Description

발포 성형체의 제조 방법 및 발포 성형체

본 발명은, 발포 성형체의 제조 방법 및 발포 성형체에 관한 것이다.

최근, 자동차의 경량화 및 전동화의 트렌드에 수반하여, 자동차의 금속 부품을 경량이며 절연성이 있는 발포 수지 부품으로 치환하는 움직임이 있다. 이 때문에, 발포 성형체의 제조 방법(발포 성형)의 연구 및 실용화가 활발하다. 발포 성형에는, 종래로부터, 범용 엔지니어링 플라스틱(범용 엔플라)인 폴리프로필렌(PP)이나 아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌 공중합 수지(ABS)가 이용되어 왔다. 또한, 어느 정도의 내열성을 가지는, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66 등의 글라스 섬유 강화 수지 등도 발포 성형에 이용된다. 발포 성형에 이용하는 발포제는, 대별하면, 물리 발포제와 화학 발포제의 2종류가 있지만, 화학 발포제는 고융점 재료에의 적용이 곤란하다. 이 때문에, 상기 서술의 내열성이 높은 글라스 섬유 강화 수지 등의 발포 성형에는, 물리 발포제로서 고압의 초임계 유체를 이용한 발포 사출 성형법이 채용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1~3).

상기 서술의 범용 엔플라의 상용 내열 온도는 100℃ 정도이지만, 보다 고온의 환경하에서의 사용이 상정되는 용도에는, 상용 내열 온도가 150℃ 이상인 폴리페닐렌술파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP) 등의 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(슈퍼 엔플라)이 이용된다. PPS는 코스트 퍼포먼스가 우수하며, 자동차 부품에서의 채용이 가장 늘고 있는 슈퍼 엔플라이다. LCP는 고정밀 커넥터 등의 소형 부품에서의 용도가 확대되고 있다. 특허문헌 4 및 5에는, PPS의 발포 성형체의 제조 방법이 개시되어 있다.

일본국 특허 제2625576호 공보 일본국 특허 제3788750호 공보 일본국 특허 제4144916호 공보 일본국 공개특허 특개2013-60508호 공보 일본국 공개특허 특개2012-251022호 공보

특허문헌 4 및 5에 개시되는 PPS의 발포 성형체의 제조 방법은, PPS의 성형체를 가압 불활성 가스 분위기 중에 보지(保持)하여 불활성 가스를 침투시키는 공정과, 불활성 가스를 침투시킨 PPS를 상압(常壓) 하에서 가열하여 발포시키는 공정을 가지는 소위, 배치식의 제조 방법이다. 이 때문에, 사출 성형이나 압출 성형 등의 연속 성형과 비교하여 생산성이 뒤떨어진다고 하는 과제를 가지고 있다.

특허문헌 1~3에 개시되는 물리 발포제를 이용한 발포 성형 방법은, 생산성이 높은 연속 성형이며, 비교적 수지를 가리지 않는 발포 성형 기술이다. 따라서, 원리적으로는, 특허문헌 1~3에 개시되는 방법에 의해, PPS 등의 슈퍼 엔플라의 발포 성형이 가능하다고 생각된다. 그러나, 최근, 발포 성형체는 금속 부품의 대체 부품으로서 이용되기 때문에, 대단히 높은 내열성이 요구된다. 본원의 발명자들의 검토에 의하면, 특허문헌 1~3에 개시되는, 종래의 고압의 물리 발포제를 이용한 발포 성형체는, 수지 재료에 슈퍼 엔플라를 이용하였다고 하여도, 충분한 내열성을 얻을 수 없는 것이 판명되었다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하는 것이며, 생산성이 높은 연속 성형에 있어서, 높은 내열성을 가지는 슈퍼 엔지니어링 플라스틱의 발포 성형체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제 1 양태를 따르면, 열가소성 수지가 가소화 용융되어서 용융 수지가 되는 가소화 존과, 상기 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존을 가지며, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더를 이용하여, 발포 성형체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 가소화 존에 있어서, 상기 열가소성 수지를 가소화 용융하여 상기 용융 수지로 하는 것과, 상기 기아 존에 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것과, 상기 기아 존에 있어서, 상기 용융 수지를 기아 상태로 하는 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 포함하며, 상기 열가소성 수지가 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이며, 상기 일정 압력이 0.5㎫~12㎫인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법이 제공된다.

본 양태에 있어서, 상기 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이, 폴리페닐렌술파이드 또는 액정 폴리머를 포함하여도 된다. 또한, 상기 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이 폴리페닐렌술파이드를 포함하며, 상기 일정 압력이 1㎫~12㎫이어도 되고, 2㎫~12㎫이어도 되고, 2㎫~10㎫이어도 되고, 2㎫~8㎫이어도 된다. 또한, 상기 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이 액정 폴리머를 포함하며, 상기 일정 압력이 1㎫~6㎫이어도 된다. 또한, 상기 물리 발포제가 질소여도 된다.

상기 기아 존에 있어서, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체로 상기 용융 수지를 가압하여도 되며, 상기 발포 성형체의 제조 중, 상시, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하여도 된다.

본 양태에 있어서, 상기 가소화 실린더는, 상기 도입구에 접속하는 도입 속도 조정 용기를 가져도 되며, 상기 제조 방법은, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 상기 도입 속도 조정 용기에 공급하는 것을 추가로 포함하며, 상기 도입 속도 조정 용기로부터, 상기 기아 존에 상기 일정 압력의 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입하여도 된다. 또한, 상기 도입구는, 상시, 개방되어 있으며, 상기 발포 성형체의 제조 중, 상기 도입 속도 조정 용기 및 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하여도 된다.

본 발명의 제 2 양태를 따르면, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 발포 성형체에 있어서, 상기 발포 성형체를 가열하여, 상기 발포 성형체의 표면 온도를 240℃~260℃로 5분간 유지하였을 때, 가열에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율이 -2%~2%인 것을 특징으로 하는 발포 성형체가 제공된다.

본 양태에 있어서, 상기 발포 성형체의 가열을 리플로우 로(爐)에 의해 행하여도 된다. 또한, 상기 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이, 폴리페닐렌술파이드 또는 액정 폴리머를 포함하여도 된다.

본 발명의 발포 성형체의 제조 방법은, 생산성이 높은 연속 성형에 있어서, 높은 내열성을 가지는 슈퍼 엔지니어링 플라스틱의 발포 성형체를 제조할 수 있다.

도 1은 실시형태의 발포 성형체의 제조 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 실시형태에서 이용하는 발포 성형체의 제조장치를 나타내는 개략도이다.

도 1에 나타내는 플로우 차트를 참조하면서, 본 실시형태의 발포 성형체의 제조 방법에 대하여 설명한다.

[발포 성형체의 제조장치]

우선, 본 실시형태에서 이용하는 발포 성형체를 제조하는 제조장치에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 제조장치(사출 성형 장치)(1000)를 이용하여 발포 성형체를 제조한다. 제조장치(1000)는, 주로, 스크루(20)가 내설(內設)된 가소화 실린더(210)와, 물리 발포제를 가소화 실린더(210)에 공급하는 물리 발포제 공급 기구인 봄베(100)와, 금형이 마련된 형 체결 유닛(도시 생략)과, 가소화 실린더(210) 및 형 체결 유닛을 동작 제어하기 위한 제어장치(도시 생략)를 구비한다. 가소화 실린더(210) 내에 있어서 가소화 용융된 용융 수지는, 도 2에 있어서의 오른쪽으로부터 왼쪽을 향하여 유동한다. 따라서, 본 실시형태의 가소화 실린더(210) 내부에 있어서는, 도 2에 있어서의 오른쪽을 「상류」 또는 「후방」, 왼쪽을 「하류」 또는 「전방」이라고 정의한다.

가소화 실린더는, 열가소성 수지가 가소화 용융되어서 용융 수지가 되는 가소화 존(21)과, 가소화 존(21)의 하류측에, 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존(23)을 가진다. 「기아 상태」란, 용융 수지가 기아 존(23) 내에 충만하지 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 개재하여 가소화 실린더(210)에 물리 발포제를 공급한다.

또한, 제조장치(1000)는, 기아 존(23)을 1개밖에 가지고 있지 않지만, 본 실시형태에 이용되는 제조장치는, 이로 한정되지 않는다. 예를 들면, 용융 수지에의 물리 발포제의 침투를 촉진하기 위하여, 기아 존(23) 및 거기에 형성되는 도입구(202)를 복수 가지며, 복수의 도입구(202)로부터 물리 발포제를 가소화 실린더(210)에 도입하는 구조여도 된다. 또한, 제조장치(1000)는 사출 성형 장치이지만, 본 실시형태에 이용되는 제조장치는, 이로 한정되지 않으며, 예를 들면, 압출 성형 장치여도 된다.

[발포 성형체의 제조 방법]

(1) 열가소성 수지의 가소화 용융

우선, 가소화 실린더(210)의 가소화 존(21)에 있어서, 열가소성 수지를 가소화 용융하여 용융 수지로 한다(도 1의 단계 S1). 본 실시형태에서는, 열가소성 수지로서, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱(이하, 적당히 「슈퍼 엔플라」라고 기재한다)을 이용한다. 일반적으로, 연속 사용 온도가 150℃ 이상의 플라스틱이 슈퍼 엔플라로 분류되기 때문에, 본원 명세서에 있어서도, 슈퍼 엔플라의 정의는 이를 따른다. 슈퍼 엔플라의 대부분은, 그 분자쇄 중에 벤젠환을 포함하기 때문에, 분자쇄가 굵으며 강하다. 환경 온도가 고온이 되어도 분자는 운동하기 어려워지기 때문에, 내열성이 우수하다. 또한, 불소 수지 중에는, 벤젠환구조를 가지지 않아도 내열성이 우수하여, 슈퍼 엔플라로 분류되는 수지가 있다. 불소 수지는, 탄소와 결합하면 대단히 안정되기 때문이다.

슈퍼 엔플라는, 비정성(투명) 수지와 결정성 수지로 대별된다. 비정성(투명) 수지로서는, 예를 들면, 폴리페닐술폰(PPSU), 폴리술폰(PSU), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI)를 들 수 있으며, 결정성 수지로서는, 예를 들면, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌술파이드(PPS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아미드이미드(PAI), 액정 폴리머(LCP), 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 들 수 있다. 본 실시형태의 슈퍼 엔플라는, 이들을 단독으로 이용하여도, 2종류 이상을 혼합하여 이용하여도 되고, 또한, 이들의 엔플라를 포함하는 폴리머 알로이를 이용하여도 된다. 본 실시형태에 이용하는 슈퍼 엔플라로서는, 미세 셀을 형성하기 쉬운 결정성 수지가 바람직하고, 그 중에서도, 폴리페닐렌술파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP)가 보다 바람직하다.

폴리페닐렌술파이드(PPS)는, 비교적 저렴하며, 화학적으로 안정적이며, 치수 정밀도가 나오기 쉬우며, 강도가 높은 등의 이점을 가지기 때문에, 자동차용 부품을 중심으로 수요가 확대되고 있다. 한편, PPS는, 성형에 즈음하여 버가 발생하기 쉬우며, 글라스 장섬유 등을 혼합하면 휨이 발생하기 쉬우며, 비중이 크다고 하는 과제가 있다. 본 실시형태에서는, PPS를 발포 성형함으로써, 버나 휨을 억제할 수 있으며, 더욱 비중을 저감할 수 있다. 액정 폴리머(LCP)는, 용융 수지의 전단(剪斷) 속도 의존성이 크기 때문에, 성형에 즈음하여 버가 발생하기 어려우며, 박육 성형 부품에 있어서도 고치수 정밀도가 얻어진다고 하는 이점을 가진다. 자동차용 부품에 있어서는, LCP는 고내열성이 요구되는 커넥터에 채용되고 있다. 한편, LCP는, 고가이면서, 또한 비중이 크다고 하는 과제가 있다. 본 실시형태에서는, LCP를 발포 성형함으로써, 비중을 저감할 수 있으며, 같은 사이즈의 솔리드 성형체(무발포 성형체)와 비교하여 사용량이 줄기 때문에 비용 저감도 도모할 수 있다.

본 실시형태의 열가소성 수지에는, 글라스 섬유, 탤크, 카본 섬유 등의 각종 무기 필러를 혼련하여도 된다. 열가소성 수지에, 발포핵제로서 기능하는 무기 필러나 용융 장력을 높이는 첨가제를 혼합함으로써, 발포 셀을 미세화할 수 있다. 본 실시형태의 열가소성 수지는, 필요에 따라 그 외의 범용의 각종 첨가제를 포함하여도 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 열가소성 수지로서 슈퍼 엔플라만을 이용하지만, 발포 성형체의 용도에 따라서는, 발포 성형체의 내열성에 영향을 주지 않는 정도로, 슈퍼 엔플라는 아닌, 범용의 열가소성 수지를 혼합하여 이용하여도 된다. 본 실시형태에 있어서, 발포 성형체를 구성하는 열가소성 수지의 주성분은 슈퍼 엔플라이며, 예를 들면, 발포 성형체를 구성하는 열가소성 수지 중의 슈퍼 엔플라의 비율은, 60중량%~100중량%가 바람직하고, 95중량%~100중량%가 보다 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는, 발포제로서 물리 발포를 이용하며, 화학 발포제는 병용하지 않는다. 따라서, 본 실시형태의 열가소성 수지인 슈퍼 엔플라는, 화학 발포제를 포함하지 않는다. 슈퍼 엔플라의 용융 온도는 높기 때문에, 화학 발포제의 병용은 곤란하다.

본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 스크루(20)가 내설된 가소화 실린더(210) 내에서 열가소성 수지의 가소화 용융을 행한다. 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.

(2) 기아 존의 압력 보지

다음으로, 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 실시형태에 있어서 「유체」란, 액체, 기체, 초임계 유체 중 어느 것을 의미한다. 또한, 물리 발포제는, 비용이나 환경부하의 관점에서, 이산화탄소, 질소 등이 바람직하다. 본 실시형태의 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 불필요하게 되므로, 제조장치 전체의 비용을 저감할 수 있다. 또한, 필요하면 소정의 압력까지 승압한 유체를 물리 발포제로서 이용하여도 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. 다음으로, 정제한 질소를 부스터 펌프나 시린지 펌프 등을 이용하여 소정 압력까지 승압하여, 물리 발포제를 생성한다. 또한, 압축 공기를 물리 발포제로서 이용하여도 된다. 본 실시형태에서는, 물리 발포제와 용융 수지의 강제적인 전단 혼련을 행하지 않는다. 이 때문에, 물리 발포제로서 압축 공기를 이용하여도, 용융 수지에 대하여 용해성이 낮은 산소는 용융 수지에 용해되기 어려워, 용융 수지의 산화 열화를 억제할 수 있다.

기아 존(23)에 도입하는 물리 발포제의 압력은 일정하며, 도입되는 물리 발포제와 동일한 일정 압력으로 기아 존(23)의 압력은 보지된다. 이 물 발포제의 압력은, 0.5㎫~12㎫이며, 2㎫~12㎫이 바람직하고, 2㎫~10㎫이 보다 바람직하고, 2㎫~8㎫이 보다 더 바람직하다. 또한, 물리 발포제의 압력은, 1㎫~6㎫이 바람직하다. 용융 수지의 종류에 따라 최적인 압력은 다르지만, 물리 발포제의 압력을 0.5㎫ 이상으로 함으로써, 발포에 필요한 양의 물리 발포제가 용융 수지 내에 침투될 수 있어, 발포 성형체의 발포성이 향상된다. 또한, 물리 발포제의 압력을 12㎫ 이하로 함으로써, 발포 성형체의 내열성이 향상되고, 스월 마크의 발생이 억제되어, 더욱 장치 부하를 저감할 수 있다. 또한, 용융 수지를 가압하는 물리 발포제의 압력이 「일정」이란, 소정 압력에 대한 압력의 변동 폭이, 바람직하게는 ±20% 이내, 보다 바람직하게는 ±10% 이내인 것을 의미한다. 기아 존의 압력은, 예를 들면, 가소화 실린더(210)의 기아 존(23) 내에 마련된 압력 센서(27)에 의해 측정된다. 또한, 스크루(20)의 진퇴에 수반하여, 기아 존(23)은 가소화 실린더(210) 내를 전후 방향으로 이동하지만, 도 2에 나타내는 압력 센서(27)는, 기아 존(23)의 최전진 위치 및 최후퇴 위치에 있어서, 항상 기아 존(23) 내에 존재하는 위치에 마련된다. 또한, 도입구(202)에 대향하는 위치도, 항상 기아 존(23) 내에 있다. 따라서, 압력 센서(27)는 도입구(202)에 대향하는 위치에는 마련되어 있지 않지만, 압력 센서(27)가 나타내는 압력과, 도입구(202)에 대향하는 위치의 압력은, 거의 동일하다. 또한, 본 실시형태에서는, 기아 존(23)에 물리 발포제만을 도입하지만, 본 발명의 효과에 영향을 주지 않는 정도로, 물리 발포제 이외의 다른 가압 유체를 동시에 기아 존(23)에 도입하여도 된다. 이 경우, 기아 존(23)에 도입되는 물리 발포제를 포함하는 가압 유체는, 상기 서술의 일정 압력을 가진다.

본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 봄베(100)로부터 도입 속도 조정 용기(300)를 개재하여, 도입구(202)로부터 기아 존(23)에 물리 발포제를 공급한다. 물리 발포제는, 감압 밸브(151)를 이용하여 소정의 압력으로 감압한 후, 승압 장치 등을 거치는 일 없이, 도입구(202)로부터 기아 존(23)으로 도입된다. 본 실시형태에서는, 가소화 실린더(210)에 도입하는 물리 발포제의 도입량, 도입 시간 등을 제어하지 않는다. 그 때문에, 그들을 제어하는 기구, 예를 들면, 역지 밸브나 전자(電磁) 밸브 등을 이용한 구동 밸브는 불필요하며, 도입구(202)는, 구동 밸브를 가지지 않아, 항상 개방되어 있다. 본 실시형태에서는, 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 제조장치의 물리 발포제의 도입구와 비교하여 내경이 크다. 이처럼 도입구(202)의 내경을 크게 할 수 있는 것은, 성형 중에 도입구(202)가 대향하는 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 양이, 종래의 제조장치와 비교하여 적기 때문이다. 이 때문에, 비교적 저압의 물리 발포제여도, 가소화 실린더(210) 내에 효율적으로 도입할 수 있다. 또한, 용융 수지의 일부가 도입구(202)에 접촉하여 고화(固化)되었을 경우여도, 내경이 크기 때문에, 완전하게 막히는 일 없이 도입구로서 기능할 수 있다. 예를 들면, 가소화 실린더(210)의 내경이 큰 경우, 즉, 가소화 실린더의 외경이 큰 경우에, 도입구(202)의 내경을 크게 하기 쉽다. 한편, 도입구(202)의 내경이 극단적으로 지나치게 크면, 용융 수지의 체류가 발생하여 성형 불량의 원인이 되고, 또한, 도입구(202)에 접속하는 도입 속도 조정 용기(300)가 대형화하여 장치 전체의 비용이 상승된다. 구체적으로는, 도입구(202)의 내경은, 가소화 실린더(210)의 내경의 20%~100%가 바람직하고, 30%~80%가 보다 바람직하다. 또는, 가소화 실린더(210)의 내경에 의존하지 않고, 도입구(202)의 내경은, 3㎜~150㎜가 바람직하고, 5㎜~100㎜가 보다 바람직하다. 여기에서, 도입구(202)의 내경이란, 가소화 실린더(210)의 내벽(210a) 상에 있어서의 개구부의 내경을 의미한다. 또한, 도입구(202)의 형상, 즉, 가소화 실린더(210)의 내벽(210a) 상에 있어서의 개구부의 형상은, 진원으로 한정되지 않으며, 타원이나 다각형이어도 된다. 도입구(202)의 형상이 타원이나 다각형인 경우에는, 도입구(202)의 면적과 같은 면적의 진원에 있어서의 그 직경을 「도입구(202)의 내경」이라고 정의한다.

다음으로, 도입구(202)에 접속하는 도입 속도 조정 용기(300)에 대하여 설명한다. 도입구(202)에 접속하는 도입 속도 조정 용기(300)는, 일정 이상의 용적을 가짐으로써, 가소화 실린더(210)에 도입되는 물리 발포제의 유속을 완만하게 하여, 도입 속도 조정 용기(300) 내에 물리 발포제가 체류할 수 있는 시간을 확보할 수 있다. 도입 속도 조정 용기(300)는, 주위에 배치된 밴드 히터(도시 생략)에 의해 가열된 가소화 실린더(210)에 직접 접속됨으로써, 가소화 실린더(210)의 열이 도입 속도 조정 용기(300)에 전도된다. 이에 의해, 도입 속도 조정 용기(300) 내부의 물리 발포제는 가온되고, 물리 발포제와 용융 수지의 온도차가 작아져, 물리 발포제가 접촉하는 용융 수지의 온도를 극도로 저하시키는 것을 억제하여, 물리 발포제의 용융 수지에의 용해량(침투량)을 안정화할 수 있다. 즉, 도입 속도 조정 용기(300)는, 물리 발포제의 가온 기능을 가지는 버퍼 용기로서 기능한다. 한편, 도입 속도 조정 용기(300)는, 그 용적이 너무 크면, 장치 전체의 비용이 상승된다. 도입 속도 조정 용기(300)의 용적은, 기아 존(23)에 존재하는 용융 수지의 양에도 의존하지만, 5㎖~20L가 바람직하고, 10㎖~2L가 보다 바람직하고, 10㎖~1L가 보다 더 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 위하여, 소비된 만큼의 물리 발포제가 도입 속도 조정 용기(300)로부터 기아 존(23)에 도입된다. 도입 속도 조정 용기(300)의 용적이 지나치게 작으면, 물리 발포제의 치환 빈도가 높아지기 때문에, 물리 발포제의 온도가 불안정하게 되고, 그 결과, 물리 발포제의 공급이 불안정하게 될 우려가 있다. 따라서, 도입 속도 조정 용기(300)는, 1~10분 동안에 가소화 실린더에 있어서 소비되는 양의 물리 발포제가 체류할 수 있는 용적을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 도입 속도 조정 용기(300)의 용적은, 당해 도입 속도 조정 용기(300)가 접속되는 기아 존(23)의 용적의 0.1배~5배가 바람직하고, 0.5배~2배가 보다 바람직하다. 본 실시형태에서는, 기아 존(23)의 용적은, 용융 수지를 포함하지 않는, 빈 가소화 실린더(210)에 있어서, 스크루(20)의 축의 직경 및 스크루 플라이트의 깊이가 일정한 부분이 위치하는 영역(23)의 용적을 의미한다. 또한, 도입구(202)는, 상시, 개방되어 있기 때문에, 발포 성형체의 제조 중, 도입 속도 조정 용기(300) 및 기아 존(23)은, 상시, 물리 발포제의 일정 압력으로 보지된다.

(3) 용융 수지를 기아 상태로 한다

다음으로, 용융 수지를 기아 존(23)으로 유동시켜, 기아 존(23)에 있어서 용융 수지를 기아 상태로 한다(도 1의 단계 S3). 기아 상태는, 기아 존(23)의 상류로부터 기아 존(23)에의 용융 수지의 보냄량과, 기아 존(23)으로부터 그 하류에의 용융 수지의 보냄량의 밸런스로 결정되며, 전자의 쪽이 적으면 기아 상태가 된다.

본 실시형태에서는, 용융 수지가 압축되어서 압력이 높아지는 압축 존(22)을 기아 존(23)의 상류에 마련함으로써, 기아 존(23)에 있어서 용융 수지를 기아 상태로 한다. 압축 존(22)에는, 상류측에 위치하는 가소화 존(21)보다도 스크루(20)의 축의 직경을 크게(굵게)하여, 스크루 플라이트를 단계적으로 얕게 한 대경(大徑) 부분(20A)을 마련하고, 또한, 대경 부분(20A)의 하류측에 인접하여 시일부(26)를 마련한다. 시일부(26)는, 대경 부분(20A)과 마찬가지로 스크루(20)의 축의 직경이 크며(굵으며), 또한, 스크루 플라이트가 마련되어 있지 않고, 스크루 플라이트 대신에 스크루(20)의 축에 얕은 홈이 복수 형성되어 있다. 대경 부분(20A) 및 시일부(26)는, 스크루(20)의 축의 직경을 크게 함으로써, 가소화 실린더(210)의 내벽과 스크루(20)의 클리어런스를 축소하고, 하류로 보내는 수지 공급량을 저감할 수 있기 때문에, 용융 수지의 유동 저항을 높일 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 있어서, 대경 부분(20A) 및 시일부(26)는, 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구이다. 또한, 시일부(26)는, 물리 발포제의 역류, 즉, 시일부(26)의 하류측으로부터 상류측으로의 물리 발포제의 이동을 억제하는 효과도 가진다.

대경 부분(20A) 및 시일부(26)의 존재에 의해 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)에 공급되는 수지 유량이 저하되고, 상류측의 압축 존(22)에 있어서는 용융 수지가 압축되어서 압력이 높아져, 하류측의 기아 존(23)에 있어서는, 용융 수지가 미충만(기아 상태)이 된다. 용융 수지의 기아 상태를 촉진하기 위하여, 스크루(20)는, 압축 존(22)에 위치하는 부분과 비교하여, 기아 존(23)에 위치하는 부분의 축의 직경이 작으면서(얇으면서), 또한, 스크루 플라이트가 깊은 구조를 가진다. 또한, 스크루(20)는, 압축 존(22)에 위치하는 부분과 비교하여, 기아 존(23) 전체에 걸쳐서, 거기에 위치하는 부분의 축의 직경이 작으면서(얇으면서), 또한, 스크루 플라이트가 깊은 구조를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 기아 존(23) 전체에 걸쳐서, 스크루(20)의 축의 직경 및 스크루 플라이트의 깊이는, 대략 일정한 것이 바람직하다. 이에 의해, 기아 존(23)에 있어서의 압력을 대략 일정하게 보지하여, 용융 수지의 기아 상태를 안정화할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 기아 존(23)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 스크루(20)에 있어서, 스크루(20)의 축의 직경 및 스크루 플라이트의 깊이가 일정한 부분에 형성된다.

압축 존(22)에 마련되는 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구는, 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)에 공급되는 수지 유량을 제한하기 위하여 일시적으로 용융 수지가 통과하는 유로 면적을 축소시키는 기구이면, 특별히 제한되지 않는다. 본 실시형태에서는, 스크루의 대경 부분(20A) 및 시일부(26)의 양방을 이용하였지만, 편방만 이용하여도 된다. 스크루의 대경 부분(20A), 시일부(26) 이외의 유동 저항을 높이는 기구로서는, 스크루 플라이트가 다른 부분과는 역방향에 마련된 구조, 스크루 상에 마련된 라비린스 구조 등을 들 수 있다.

용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구는, 스크루와는 별도의 부재인 링 등으로서 스크루에 마련하여도 되고, 스크루의 구조의 일부로서 스크루와 일체로 마련하여도 된다. 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구는, 스크루와는 별도의 부재인 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, 융 수지의 유동 저항을 높이는 기구 이외에, 기아 존(23)으로부터 상류의 압축 존(22)으로 용융 수지의 역류를 방지하는 역류 방지 기구(시일 기구)를 압축 존(22)의 기아 존(23)과의 사이에 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 기구쪽이 바람직하다.

본 실시형태에서는, 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 기아 상태를 안정화시키기 위하여, 가소화 실린더(210)에 공급하는 열가소성 수지의 공급량을 제어하여도 된다. 열가소성 수지의 공급량이 지나치게 많으면 기아 상태를 유지하는 것이 곤란하게 되기 때문이다. 본 실시형태에서는, 범용의 피더 스크루(212)를 이용하여, 열가소성 수지의 공급량을 제어한다. 열가소성 수지의 공급량이 제한됨으로써, 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 계량 속도가, 압축 존(22)에서의 가소화 속도보다도 커진다. 이 결과, 기아 존(23)에 있어서의 용융 수지의 밀도가 안정적으로 저하되어, 용융 수지에의 물리 발포제의 침투가 촉진된다.

본 실시형태에 있어서, 용융 수지의 유동 방향에 있어서의 기아 존(23)의 길이는, 용융 수지와 물리 발포제의 접촉 면적이나 접촉 시간을 확보하기 위하여 긴 쪽이 바람직하지만, 지나치게 길면 성형 사이클이나 스크루 길이가 길어지는 폐해가 생긴다. 이 때문에, 기아 존(23)의 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 수반하여 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 수 있다(형성할 수 있다). 바꾸어 말하면, 발포 성형체의 제조 중에 스크루(20)가 전방 및 후방으로 움직여도, 기아 존(23) 이외의 존이, 도입구(202)의 위치로 오지 않는다. 이에 의해, 도입구(202)로부터 도입되는 물리 발포제는, 발포 성형체의 제조 중, 항상, 기아 존(23)에 도입된다. 이처럼 충분하면서 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 실시형태에 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 길이와 거의 동일하다.

또한, 압축 존(22)과 기아 존(23)의 사이에, 유동 속도 조정 존(25)을 마련하여도 된다. 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 속도의 쪽이 빠르다. 본원의 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. 압축 존(22)으로부터 기아 존(23)의 사이에 완충 존이 되는 유동 속도 조정 존(25)을 마련함으로써, 발포 성형체의 발포성이 향상되는 이유의 상세한 것은 불분명하지만, 유동 속도 조정 존(25)에 용융 수지가 체류함으로써 기아 존(23)으로부터 유입된 물리 발포제와 용융 수지가 강제적으로 혼련되어, 혼련되는 시간이 길어지는 것이 한가지 원인이 아닐까 추측된다. 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 가소화 스크루(20)의 유동 속도 조정 존(25)에 위치하는 부분에, 감압부 및 압축부를 마련하여 유로 면적을 변화시킴으로써, 용융 수지와 물리 발포제를 감압 및 재압축한다. 또한, 스크루 플라이트에 컷아웃을 마련함으로써, 용융 수지의 유동 속도를 조정한다. 감압부 및 압축부는, 예를 들면, 스크루 플라이트의 깊이를 변화시킴으로써 환언하면, 스크루 직경의 크기(굵기)를 변화시킴으로써 형성할 수 있다.

(4) 용융 수지와 물리 발포제의 접촉

다음으로, 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 S4). 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 의해, 기아 존(23)의 압력은 일정 압력으로 보지되고, 용융 수지는 일정 압력의 물리 발포제에 계속하여 접촉한다.

종래의 물리 발포제를 이용한 발포 성형에서는, 가소화 실린더에 소정량의 고압의 물리 발포제를 소정 시간 내에 강제적으로 도입하고 있었다. 따라서, 물리 발포제를 고압력으로 승압하여, 용융 수지에의 도입량, 도입 시간 등을 정확하게 제어할 필요가 있으며, 물리 발포제가 용융 수지에 접촉하는 것은, 짧은 도입 시간뿐이었다. 이에 비하여, 본 실시형태에서는, 가소화 실린더(210)에 물리 발포제를 강제적으로 도입하는 것이 아니고, 기아 존(23)의 압력이 일정하게 되도록, 일정 압력의 물리 발포제를 연속적으로 가소화 실린더 내에 공급하여, 연속적으로 물리 발포제를 용융 수지에 접촉시킨다. 이에 의해, 온도 및 압력에 의해 결정되는 용융 수지에의 물리 발포제의 용해량(침투량)이, 안정화된다. 또한, 본 실시형태의 물리 발포제는, 항상 용융 수지에 접촉하고 있기 때문에, 필요 충분한 양의 물리 발포제가 용융 수지 내에 침투할 수 있다. 이에 의해, 본 실시형태에서 제조하는 발포 성형체는, 종래의 물리 발포제를 이용한 성형 방법과 비교하여 저압의 물리 발포제를 이용하고 있는 것임에도 불구하고, 발포 셀이 미세하다.

또한, 본 실시형태의 제조 방법은, 물리 발포제의 도입량, 도입 시간 등을 제어할 필요가 없기 때문에, 역지 밸브나 전자 밸브 등의 구동 밸브, 또한 이들을 제어하는 제어기구가 불필요하게 되어, 장치 비용을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서 이용하는 물리 발포제는 종래의 물리 발포제보다도 저압이기 때문에 장치 부하도 작다.

본 실시형태에서는, 사출 성형 사이클의 연속한 발포 성형체의 제조 중, 항상, 기아 존(23)을 일정 압력으로 보지한다. 즉, 가소화 실린더 내에서 소비된 물리 발포제를 보충하기 위하여, 상기 일정 압력의 물리 발포제를 연속적으로 공급하면서, 발포 성형체의 제조 방법의 모든 공정이 실시된다. 또한, 본 실시형태에서는, 예를 들면, 연속으로 복수 샷의 사출 성형을 행하는 경우, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정 및 성형체의 취출 공정이 행해지고 있는 사이에도, 다음 샷만큼의 용융 수지가 가소화 실린더 내에서 준비되어 있으며, 다음 샷만큼의 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 존재하여 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 포함한, 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 상태에서 성형이 행해진다.

(5) 발포 성형

다음으로, 물리 발포제를 접촉시킨 용융 수지를 발포 성형체로 성형한다(도 1의 단계 S5). 본 실시형태에서 이용하는 가소화 실린더(210)는, 기아 존(23)의 하류에, 기아 존(23)에 인접하여 배치되며, 용융 수지가 압축되어서 압력이 높아지는 재압축 존(24)을 가진다. 우선, 가소화 스크루(20)의 회전에 의해, 기아 존(23)의 용융 수지를 재압축 존(24)으로 유동시킨다. 물리 발포제를 포함하는 용융 수지는, 재압축 존(24)에 있어서 압력 조정되어, 가소화 스크루(20)의 전방으로 압출되어 계량된다. 이 때, 가소화 스크루(20)의 전방으로 압출된 용융 수지의 내압은, 가소화 스크루(20)의 후방에 접속하는 유압 모터 또는 전동 모터(도시 생략)에 의해, 스크루 배압으로서 제어된다. 본 실시형태에서는, 용융 수지로부터 물리 발포제를 분리시키지 않고 균일 상용(相容)시켜, 수지 밀도를 안정화시키기 위하여, 가소화 스크루(20)의 전방으로 압출된 용융 수지의 내압, 즉, 스크루 배압은, 일정하게 보지되어 있는 기아 존(23)의 압력보다도 1~6㎫ 정도 높게 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는, 스크루(20) 전방의 압축된 수지가 상류측으로 역류하지 않도록, 스크루(20)의 선단에 체크 링(50)이 마련된다. 이에 의해, 계량 시, 기아 존(23)의 압력은, 스크루(20) 전방의 수지압력에 영향을 주지 않는다.

발포 성형체의 성형 방법은, 특별하게 한정되지 않으며, 예를 들면, 사출 발포 성형, 압출 발포 성형, 발포 블로우 성형 등에 의해 성형체를 성형할 수 있다. 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 가소화 실린더(210)로부터, 금형 내의 캐비티(도시 생략)에, 계량한 용융 수지를 사출 충전하여 사출 발포 성형을 행한다. 사출 발포 성형으로서는, 금형 캐비티 내에, 금형 캐비티 용적의 75%~95%의 충전 용량의 용융 수지를 충전하여, 기포가 확대되면서 금형 캐비티를 충전하는 숏샷법을 이용하여도 되고, 또한, 금형 캐비티 용적 100%의 충전량의 용융 수지를 충전한 후, 캐비티 용적을 확대시켜서 발포시키는 코어 백법을 이용하여도 된다. 얻어지는 발포 성형체는 내부에 발포 셀을 가지기 때문에, 열가소성 수지의 냉각 시의 수축이 억제되어서 싱크 마크나 휨이 경감되고, 저비중의 성형체가 얻어진다. 발포 성형체의 형상은, 특별하게 한정되지 않는다. 압출 성형에 의한 시트상이나 통형상, 사출 성형에 의한 복잡 형상 등이어도 된다.

이상 설명한 본 실시형태의 제조 방법에서는, 물리 발포제의 용융 수지에의 도입량, 도입 시간 등을 제어할 필요가 없기 때문에, 복잡한 제어장치를 생략 또는 간략화할 수 있으며, 장치 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 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 의해, 물리 발포제의 용융 수지에 대한 용해량(침투량)을 단순한 기구에 의해 안정화할 수 있다.

(6) 발포 성형체에 대해서

본원의 발명자들은, 본 실시형태의 제조 방법에 의해, 높은 내열성을 가지는 발포 성형체를 제조할 수 있는 것을 발견했다. 본 실시형태의 제조 방법에 이용하는 슈퍼 엔플라는, 상용 내열 온도가 150℃ 이상으로 높다. 그러나, 일반적으로 발포 성형체는 솔리드 성형체(무발포 성형체)와 비교하여 내열성이 낮으며, 종래의 고압의 물리 발포제를 사용하여 제조한 발포 성형체는, 열가소성 수지로서 슈퍼 엔플라를 이용하였다고 하여도, 충분한 내열성이 얻어지지 않는다. 종래의 슈퍼 엔플라의 발포 성형체는, 예를 들면, 리플로우 로를 통과시키면, 발포 셀이 팽창하여, 성형체의 두께가 증가하는 등의 폐해가 생긴다. 이에 비하여, 본 실시형태에서 얻어지는 발포 성형체는, 예를 들면, 발포 성형체를 가열하고, 발포 성형체의 표면 온도를 240℃~260℃로 5분간 유지하였을 때, 가열에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율이 -2%~2%이며, 바람직하게는 -1%~1%이다. 또한, 본 실시형태에서 얻어지는 발포 성형체는, 예를 들면, 발포 성형체의 표면 온도를 200℃~260℃로 3분~10분간 유지하였을 때, 가열에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율이 -2%~2%이며, 바람직하게는 -1%~1%이다. 이러한 높은 내열성을 가지는 발포 성형체는, 납 프리 땜납용의 리플로우 로를 통과시켜도 형상 변화가 적어, 팽창 등이 발생하기 어렵다.

여기에서, 「가열에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율」은, 이하의 식에 의해 정의된다.

(Da-Db)/Db×100(%)

Db:발포 성형체의 가열 전의 두께

Da:발포 성형체의 가열 후의 두께

본 실시형태의 발포 성형체의 높은 내열성은, 열가소성 수지로서 슈퍼 엔플라를 이용하여, 기아 상태의 용융 수지와 접촉시키는 물리 발포제의 일정 압력을 0.5㎫~12㎫이라고 하는 특정한 범위 내로 함으로써 초래된다고 추측된다. 종래의 초임계 유체 등을 이용한 발포 성형에서는, 평균하여 15~20㎫의 고압의 물리 발포제를 이용한다. 본 실시형태의 제조 방법에서는, 비교적 저압력이며 또한, 일정 압력의 물리 발포제를 용융 수지에 접촉시키는 점이, 종래의 발포 성형과는 다르다. 본원의 발명자들은, 물리 발포제의 일정 압력을 12㎫ 이하, 바람직하게는 10㎫ 이하, 보다 바람직하게는 8㎫ 이하, 보다 더 바람직하게는 6㎫ 이하로 함으로써, 발포 성형체의 내열성이 향상하는 것을 발견했다. 또한, 물리 발포제의 일정 압력을 낮게 함으로써, 외관 불량(스월 마크)도 개선할 수 있다. 물리 발포제의 일정 압력의 하한값은, 발포에 필요한 양의 물리 발포제를 용융 수지 내에 침투시키는 관점에서, 0.5㎫ 이상이며, 1㎫ 이상이 바람직하고, 2㎫ 이상이 보다 바람직하다.

본 실시형태의 발포 성형체가 고내열성을 가지는 메커니즘은 불분명하지만, 특정한 종류의 열가소성 수지(슈퍼 엔플라)와, 특정한 범위의 물리 발포제의 일정 압력(0.5㎫~12㎫)의 조합에 의해, 종래의 발포 성형체와는 다른 어떠한 구조적인 변화, 예를 들면, 발포 셀 벽이 두꺼워지는 등, 구조적인 변화가 본 실시형태의 발포 성형체에 생겼을 가능성이 있다. 또한, 발포 성형체 중의 잔류 발포제는, 가열에 의해 팽창하여 발포 성형체의 내열성에 악영향을 준다고 추측된다. 이 때문에, 본 실시형태의 발포 성형체가 높은 내열성을 가지는 요인은, 단순하게, 발포 성형체 중의 잔류 발포제가 적기 때문이라고도 생각된다. 장시간 저온으로 가열하여 잔류 발포제를 탈기함으로써, 내열성은 개선되는 것이 판명되어 있지만, 예를 들면 온도 100℃의 가열 조건이라도 적어도 24시간 이상, 또는 48시간 이상 가열하지 않으면 안 되기 때문에 현실적이지 않다.

본 실시형태에 있어서의 물리 발포제의 일정 압력은 0.5㎫~12㎫이지만, 슈퍼 엔플라의 종류에 따라, 보다 바람직한 범위가 존재한다. 예를 들면, 슈퍼 엔플라가 폴리페닐렌술파이드(PPS)의 경우, 물리 발포제의 일정 압력은, 2㎫~12㎫이 바람직하고, 2㎫~10㎫이 보다 바람직하고, 2㎫~8㎫이 보다 더 바람직하다. 슈퍼 엔플라가 액정 폴리머(LCP)의 경우, 물리 발포제의 일정 압력은 1㎫~6㎫이 바람직하다. 슈퍼 엔플라의 종류와 물리 발포제의 일정 압력의 범위가 상기 조합일 경우, 발포성이 보다 양호하며, 내열성이 보다 높은 발포 성형체가 얻어지고, 또한, 스월 마크의 발생도 억제할 수 있다.

본 실시형태에서 제조하는 발포 성형체는, 거기에 포함되는 발포 셀의 평균 셀 직경이 100㎛ 이하인 것이 바람직하고, 50㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 발포 셀의 평균 셀 직경이 상기 범위이면, 셀의 측벽이 작아지기 때문에 가열 시에 팽창하기 어려워져, 이 결과, 발포 성형체의 내열성이 보다 향상한다. 또한, 발포 셀의 평균 셀 직경은, 예를 들면, 발포 성형체의 단면 SEM 사진의 화상 해석에 의해 구할 수 있다.

본 실시형태에서 제조하는 발포 성형체는, 내부에 발포 셀이 형성되는 발포부의 두께가 0.5㎜ 이상인 것이 바람직하고, 1㎜ 이상인 것이 보다 바람직하고, 2㎜ 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 상기 범위의 두께가 있으면, 성형체에 충분한 두께의 스킨층을 형성할 수 있다. 스킨층에 의해, 발포 성형체 가열 시의 발포 셀의 팽창을 억제할 수 있기 때문에, 발포 성형체의 내열성이 더욱 향상한다. 특히, 슈퍼 엔플라로서 LCP를 이용하는 경우, LCP의 발포 성형체로부터는 물리 발포제를 포함하는 내포 가스가 빠져 나가기 어렵다. 발포부의 두께를 증가하는 것에 의해, 내포 가스 팽창에 의한 발포 셀의 팽창이 억제되어, LCP를 이용한 발포 성형체의 내열성이 보다 향상한다. 또한, 본 실시형태에서 제조하는 발포 성형체는, 내부에 발포 셀이 형성되는 발포부의 두께가 3㎜ 이하여도 되고, 2㎜ 이하여도 되고, 1㎜ 이하여도 된다. 발포부의 두께가 얇을수록, 가열에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율은 커지는 경향이 있지만, 본 실시형태의 제조 방법으로 제조한 발포 성형체는 내열성이 높으므로, 두께가 상기 범위 내인 발포부에 있어서도, 가열에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율을 -2%~2%, 바람직하게는 -1%~1%로 억제할 수 있다.

본 실시형태에서는, 제조한 발포 성형체를 추가로 어닐 처리하여도 된다. 어닐 처리에 있어서 발포 성형체를 가열함으로써, 발포 성형체로부터 물리 발포제를 포함하는 내포 가스를 탈기할 수 있다. 이에 의해, 내포 가스의 팽창에 의한 발포 셀의 팽창이 억제되어, 발포 성형체의 내열성이 보다 향상한다.

[실시예]

이하, 본 발명에 대하여 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 설명한다. 단, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시예 및 비교예에 한정되는 것은 아니다.

[시료 1-1의 제조]

열가소성 수지로서 폴리페닐렌술파이드(PPS)(폴리플라스틱제, 제라파이드 1130T6), 물리 발포제로서 질소를 이용하여 시료 1-1(발포 성형체)을 제조하였다. 가소화 실린더의 기아 존에 도입하는 물리 발포제의 압력은 1㎫로 하였다.

(1) 제조장치

본 실시예에서는, 상기 서술한 실시형태에서 이용한 도 2에 나타내는 제조장치(1000)를 이용하였다. 제조장치(1000)의 상세에 대하여 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 제조장치(1000)는 사출 성형 장치이며, 가소화 실린더(210)와, 물리 발포제를 가소화 실린더(210)에 공급하는 물리 발포제 공급 기구인 봄베(100)와, 금형이 마련된 형 체결 유닛(도시 생략)과, 가소화 실린더(210) 및 형 체결 유닛을 동작 제어하기 위한 제어장치(도시 생략)를 구비한다.

가소화 실린더(210)의 노즐 선단(29)에는, 에어 실린더의 구동에 의해 개폐하는 셧오프 밸브(28)가 마련되어, 가소화 실린더(210)의 내부를 고압으로 보지할 수 있다. 노즐 선단(29)에는 금형(도시 생략)이 밀착하고, 금형이 형성하는 캐비티 내에 노즐 선단(29)으로부터 용융 수지가 사출 충전된다. 가소화 실린더(210)의 상부 측면에는, 상류측으로부터 순서대로, 열가소성 수지를 가소화 실린더(210)에 공급하기 위한 수지 공급구(201) 및 물리 발포제를 가소화 실린더(210) 내에 도입하기 위한 도입구(202)가 형성된다. 이들의 수지 공급구(201) 및 도입구(202)에는 각각, 수지 공급용 호퍼(211) 및 피더 스크루(212), 도입 속도 조정 용기(300)가 배치하여 마련된다. 도입 속도 조정 용기(300)에는, 봄베(100)가, 감압 밸브(151), 압력계(152), 개방 밸브(153)를 개재하여, 배관(154)에 의해 접속된다. 또한, 가소화 실린더(210)의 기아 존(23) 내에는, 기아 존(23)의 압력을 모니터하는 센서(27)가 마련되어 있다.

스크루(20)는, 열가소성 수지의 가소화 용융을 촉진하고, 용융 수지의 계량 및 사출을 행하기 위하여, 가소화 실린더(210) 내에 있어서 회전 및 진퇴 가능하도록 배치하여 마련되어 있다. 스크루(20)에는, 상기 서술한 바와 같이, 용융 수지의 유동 저항을 높이는 기구로서, 시일부(26) 및 스크루(20)의 대경 부분(20A)이 마련되어 있다.

가소화 실린더(210)에서는, 수지 공급구(201)로부터 가소화 실린더(210) 내에 열가소성 수지가 공급되며, 열가소성 수지가 밴드 히터(도시 생략)에 의해 가소화되어서 용융 수지가 되고, 스크루(20)가 정회전함으로써 하류로 보내진다. 스크루(20)에 마련된 시일부(26) 및 대경 부분(20A)의 존재에 의해, 시일부(26)의 상류측에서는, 용융 수지가 압축되어서 압력이 높아져, 시일부(26)의 하류의 기아 존(23)에서는, 용융 수지가 미충만(기아 상태)이 된다. 또한 하류에 보내진 용융 수지는, 사출 전에 가소화 실린더(210)의 선단 부근에 있어서 재압축되어서 계량된다.

이에 의해, 가소화 실린더(210) 내에서는, 상류측으로부터 순서대로, 열가소성 수지가 가소화 용융되는 가소화 존(21), 용융 수지가 압축되어서 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 재압축되는 재압축 존(24)이 형성된다.

제조장치(1000)에 있어서, 가소화 실린더(210)의 내경은 22㎜이며, 도입구(202)의 내경은 6㎜였다. 따라서, 도입구(202)의 내경은, 가소화 실린더(210)의 내경의 약 27%였다. 또한, 도입 속도 조정 용기(300)의 용적은 약 80㎖이며, 기아 존(23)의 용적은, 110㎖이었다. 따라서, 도입 속도 조정 용기(300)의 용적은, 기아 존(23)의 용적의 약 0.7배이었다. 또한, 본 실시예에서는, 캐비티의 크기가 5㎝×5㎝×2㎜인 금형을 이용하였다.

(2) 발포 성형체의 제조

본 실시예에서는, 봄베(100)로서, 질소가 14.5㎫로 충전된 용적 47L의 질소 봄베를 이용하였다. 우선, 감압 밸브(151)의 값을 1㎫로 설정하고, 봄베(100)를 개방하고, 감압 밸브(151), 압력계(152), 또한 도입 속도 조정 용기(300)를 개재하여, 가소화 실린더(210)의 도입구(202)로부터, 기아 존(23)에 1㎫의 질소를 공급하였다. 성형체의 제조 중, 봄베(100)는 상시, 개방된 상태로 하였다.

가소화 실린더(210)에 있어서, 밴드 히터(도시 생략)에 의해, 가소화 존(21)을 320~300℃, 압축 존(22)을 320℃, 유동 속도 조정 존(25) 및 기아 존(23)을 300℃, 재압축 존(24)을 320℃로 조정하였다. 그리고, 수지 공급용 호퍼(211)로부터, 피더 스크루(212)를 30rpm의 회전수로 회전시키면서, 열가소성 수지(PPS)의 수지 펠릿을 가소화 실린더(210)에 공급하고, 스크루(20)를 정회전시켰다. 이에 의해, 가소화 존(21)에 있어서, 열가소성 수지를 가열, 혼련하여, 용융 수지로 하였다.

피더 스크루(212)의 회전수는, 사전에 솔리드 성형체(무발포 성형체)의 성형에 의해, 본 실시예의 성형 조건의 설정(조건 도출)을 행하여, 수지 펠릿이 기아 공급되는 회전수로 결정하였다. 여기에서, 수지 펠릿의 기아 공급이란, 가소화 존(21)에 있어서, 수지 펠릿의 공급 중, 가소화 실린더 내에 수지 펠릿 또는 그 용융 수지가 충만하지 않는 상태가 유지되어, 공급된 수지 펠릿 또는 그 용융 수지로부터 스크루(20)의 플라이트가 노출되어 있는 상태를 의미한다. 수지 펠릿의 기아 공급의 확인은, 예를 들면, 적외선 센서 또는 가시화 카메라로 스크루(20) 상의 수지 펠릿 또는 용융 수지의 유무를 확인하는 방법을 들 수 있다. 본 실시예에서는, 이용한 피더 스크루(212)에 투명창이 마련되어 있으며, 투명창을 개재하여 수지 공급구(201) 직하(直下)의 가소화 존(21)의 상태를 시인하여 확인하였다.

스크루(20)의 배압을 3㎫로 하고(물리 발포제의 압력:1MP+2㎫=3㎫)로 하고 회전수 100rpm으로 정회전함으로써, 용융 수지를 가소화 존(21)으로부터 압축 존(22)으로 유동시키면서, 또한, 유동 속도 조정 존(25) 및 기아 존(23)으로 유동시켰다.

용융 수지는, 스크루 대경 부분(20A) 및 시일부(26)와, 가소화 실린더(210)의 내벽의 간극으로부터, 유동 속도 조정 존(25) 및 기아 존(23)으로 유동하기 때문에, 기아 존(23)에의 용융 수지의 공급량이 제한되었다. 이에 의해, 압축 존(22)에 있어서는 용융 수지가 압축되어서 압력이 향상되고, 하류측의 기아 존(23)에 있어서는, 용융 수지가 미충만(기아 상태)이 되었다. 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 보내져서 재압축되어, 스크루(20)의 후퇴에 수반하여, 가소화 실린더(210)의 선단부에 있어서 1샷만큼의 용융 수지가 계량되었다. 그 후, 셧오프 밸브(28)를 개방하고, 캐비티 내에, 캐비티의 용적의 90%의 충전율이 되도록 용융 수지를 사출 충전하여 평판 형상의 발포 성형체를 성형하였다(숏샷법). 금형 온도는 150℃로 하였다. 성형 후, 발포 성형체가 냉각되는 것을 기다려, 금형 내로부터 발포 성형체를 취출하였다. 냉각 시간은, 10초로 하였다.

이상 설명한 성형체의 사출 성형을 연속하여 20샷 행하여, 20개의 발포 성형체를 얻었다. 20개의 발포 성형체의 제조 중, 상시, 압력 센서(27)에 의해 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)의 압력을 계측하였다. 그 결과, 기아 존(23)의 압력은, 항상 1㎫로 일정하였다. 또한, 기아 존(23)에 공급되는 질소의 압력을 나타내는 압력계(152)의 값도, 발포 성형체의 제조 중, 상시, 1㎫이었다. 이상으로부터, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함하는 사출 성형의 1사이클을 통하여, 기아 존(23)에 있어서, 1㎫의 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있었던 것, 및 20개의 성형체의 연속 성형 동안, 기아 존(23)에 있어서, 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있었던 것을 확인할 수 있었다.

[시료 1-2~1-10의 제조]

가소화 실린더의 기아 존에 도입하는 물리 발포제의 압력을 각각, 2㎫, 4㎫, 6㎫, 8㎫, 10㎫, 12㎫, 14㎫, 18㎫ 및 0.4㎫로 한 것 이외에는 시료 1-1과 마찬가지의 방법에 의해, 시료 1-2~1-10(발포 성형체)을 제조하였다.

각 시료(발포 성형체)의 제조 중, 상시, 압력 센서(27)에 의해 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)의 압력을 계측하였다. 그 결과, 기아 존(23)의 압력은, 도입되는 물리 발포제와 동일한 일정 압력이었다. 또한, 기아 존(23)에 공급되는 질소의 압력을 나타내는 압력계(152)의 값도, 발포 성형체의 제조 중, 상시, 시료마다 설정한 일정 압력이었다. 이상으로부터, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함하는 사출 성형의 1사이클을 통하여, 기아 존(23)에 있어서, 시료마다 설정한 일정 압력의 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있었던 것, 및 20개의 성형체의 연속 성형 동안, 기아 존(23)에 있어서, 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있었던 것을 확인할 수 있었다.

[시료 1-1~1-10의 평가]

시료 1-1~1-10(발포 성형체)을 이하에 설명하는 방법에 의해 평가하였다. 각 시료의 평가 결과를 각 시료의 제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력과 함께 표 1 및 표 2에 나타낸다. 또한, 제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력이 1~12㎫인 시료 1-1~1-7은 실시예에 상당하고, 당해 압력이 14㎫, 18㎫ 및 0.4㎫인 시료 1-8~1-10은 비교예에 상당한다.

(1) 발포 성형체의 발포성

발포 성형체의 형상 관찰 및 단면 관찰을 행하여, 발포 성형체의 발포성을 하기 평가 기준을 따라서, 평가하였다. 또한, 하기의 판단 기준으로 A판정인 발포 성형체는, 솔리드 성형품과 비교하여 비중이 10% 정도 저하되어 있었다.

<발포성의 평가 기준>

A : 충분하게 발포되어 있다.

발포 성형체는 금형의 캐비티를 완전하게 충전하고 있으며, 발포 성형체 내부에 형성된 발포 셀은 미세화되어 있다(셀 직경이 약 30~50㎛ 정도).

B : 발포되어 있다.

발포 성형체는 금형의 캐비티를 완전하게 충전하고 있지는 않지만, 캐비티의 단부에 미충전 부분이 없다. 즉, 용융 수지의 유동 말단이 캐비티의 단부에 도달하여 있다. 발포 성형체 내부에 형성된 발포 셀에는, 비대화된 것(셀 직경이 약 100~200㎛ 정도)이 산견된다.

C : 성형체의 일부만이 발포되어 있다.

금형의 캐비티의 단부에 미충전 부분이 있다. 즉, 용융 수지의 유동 말단이 캐비티의 단부에 도달하고 있지 않다. 발포 성형체의 단부 근방(용융 수지의 유동 말단 근방)에 형성된 발포 셀은 비대화되어 있다(셀 직경이 약 100~200㎛ 정도).

(2) 가열 시험에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율

위에서 제조한 시료 1-1~1-10의 각 20개의 발포 성형체로부터, 무작위로 각 5개를 선택하였다. 우선, 발포 성형체 1개에 대해, 평판의 두께에 상당하는 부분(금형의 캐비티의 폭 2㎜에 대응하는 부분)의 길이를 4개소 측정하였다(두께 Db). 그 후, 이하에 설명하는 가열 시험을 행하였다. 우선, 납 프리 땜납용 리플로우 로를 상정하고, 설정 온도 250℃로 가열한 전기로 내에, 발포 성형체를 정치(靜置)하였다. 발포 성형체 표면에는 열전대를 접촉시켜 표면 온도를 측정하여, 최고 도달 온도가 240℃~260℃가 되는 것을 확인하였다. 표면 온도가 최고 온도에 도달하고 나서 5분 후에, 발포 성형체를 전기로로부터 취출하였다. 발포 성형체를 전기로 내에 정치한 시간은, 약 8~9분이었다. 발포 성형체를 실온까지 냉각한 후, 가열 전에 두께를 측정한 부분의 두께를 다시 측정하여(두께 Da), 가열 시험에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율을 이하의 식에 의해 구하였다.

(Da-Db)/Db×100(%)

Db : 발포 성형체의 가열 전의 두께

Da : 발포 성형체의 가열 후의 두께

발포 성형체 1개에 대해, 4개소의 두께의 변화율을 구하고, 또한, 시료마다 발포 성형체 5개에 있어서 마찬가지로 두께의 변화율을 구하였다(4개소×5개=합계 20개소). 그리고, 이들 20개소의 두께의 변화율의 평균값을 각 시료의 가열 시험에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율로 하였다.

(3) 가열 시험 후의 표면의 팽창

상기 서술한 가열 시험 후의 발포 성형체의 표면을 관찰하고, 표면의 팽창의 유무를 하기 평가 기준을 따라서, 평가하였다.

<가열 시험 후의 표면의 팽창의 평가 기준>

A : 발포 성형체의 표면에 팽창이 없다.

B : 발포 성형체의 표면의 일부에 작은 팽창이 있다(직경 1㎜ 미만).

C : 발포 성형체의 표면에 큰 팽창이 있다(직경 1㎜~3㎜).

D : 발포 성형체의 표면에 보다 큰 팽창이 있다(직경 3㎜ 이상).

(4) 발포 성형체 표면의 스월 마크

가열 시험 전의 발포 성형체의 표면을 관찰하고, 표면의 스월 마크의 유무를 하기 평가 기준을 따라서, 평가하였다.

<스월 마크의 평가 기준>

A : 스월 마크가 발생하고 있지 않거나, 또는 매우 조금 발생하고 있다.

B : 발포 성형체 표면의 일부에 스월 마크가 발생하고 있다.

C : 발포 성형체 표면 전체에 스월 마크가 발생하고 있으며, 발포 성형체의 표면이 희게 흐려져 있다.

제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력이 1~12㎫인 시료 1-1~1-7은, 발포성이 양호하며, 가열 시험에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율이 작고, 표면의 팽창도 작았던 것으로부터 내열성이 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 스월 마크의 발생도 억제되어 있었다. 또한, 제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력이 2~10㎫인 시료 1-2~1-6은, 발포성이 보다 양호하며, 내열성이 보다 높고, 스월 마크의 발생도 보다 적었다.

한편, 제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력이 12㎫을 넘는 시료 1-8 및 1-9는, 가열 시험에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율이 크고, 표면의 팽창도 컸던 것으로부터, 내열성이 낮은 것을 알았다. 또한, 시료 1-8 및 1-9에서는, 스월 마크의 발생도 현저하였다. 제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력이 0.5㎫ 미만의 시료 1-10은, 발포 성형체의 발포성이 불충분하였다.

[시료 2-1~2-8의 제조]

열가소성 수지로서 액정 폴리머(LCP)(호리플라스틱제, 라페로스 S135)를 이용하여, 가소화 실린더의 기아 존에 도입하는 물리 발포제(질소)의 압력을 각각, 0.5㎫, 1㎫, 2㎫, 4㎫, 6㎫, 8㎫, 10㎫ 및 0.4㎫로 한 것 이외에는, 시료 1-1과 마찬가지의 방법에 의해 시료 2-1~2-8(발포 성형체)을 제조하였다.

각 시료(발포 성형체)의 제조 중, 상시, 압력 센서(27)에 의해 가소화 실린더(210) 내의 기아 존(23)의 압력을 계측하였다. 그 결과, 기아 존(23)의 압력은, 도입되는 물리 발포제와 동일한 일정 압력이었다. 또한, 기아 존(23)에 공급되는 질소의 압력을 나타내는 압력계(152)의 값도, 발포 성형체의 제조 중, 상시, 시료마다 설정한 일정 압력이었다. 이상으로부터, 가소화 계량 공정, 사출 공정, 성형체의 냉각 공정, 취출 공정 등을 포함하는 사출 성형의 1사이클을 통하여, 기아 존(23)에 있어서, 시료마다 설정한 일정 압력의 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있었던 것, 및 20개의 성형체의 연속 성형 동안, 기아 존(23)에 있어서, 질소에 의해 용융 수지가, 상시, 가압되어 있었던 것을 확인할 수 있었다.

[시료 2-1~2-8의 평가]

위에서 제조한 시료 2-1~2-8(발포 성형체)에 대해서, 상기 서술한 시료 1-1~1-10과 마찬가지의 방법에 의해, 이하의 (1)~(4)의 평가를 행하였다.

(1) 발포 성형체의 발포성

(2) 가열 시험에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율

(3) 가열 시험 후의 표면의 팽창

(4) 발포 성형체 표면의 스월 마크

각 시료의 평가 결과를 각 시료의 제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력과 함께 표 3에 나타낸다. 또한, 제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력이 0.5~10㎫인 시료 2-1~2-7은 실시예에 상당하고, 당해 압력이 0.4㎫인 시료 2-8은 비교예에 상당한다.

제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력이 0.5~10㎫인 시료 2-1~2-7은, 발포성이 양호하며, 가열 시험에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율이 작았던 것으로부터 내열성이 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 스월 마크의 발생도 억제되어 있었다. 또한, 제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력이 1~6㎫인 시료 2-2~2-5는, 발포성이 보다 양호하며, 내열성이 보다 높고, 스월 마크의 발생도 적었다.

한편, 제조 시에 이용한 물리 발포제의 압력이 0.4㎫의 시료 2-8은, 발포 성형체의 발포성이 불충분하였다.

본 발명의 제조 방법은, 물리 발포제에 관계되는 장치 기구를 간략화할 수 있다. 또한, 발포성이 우수한 발포 성형체를 저비용이며, 효율적으로 제조할 수 있다. 또한, 높은 내열성을 가지는 슈퍼 엔플라의 발포 성형체를 제조할 수 있다.

20 스크루
21 가소화 존
22 압축 존
23 기아 존
24 재압축 존
25 유동 속도 조정 존
26 시일부
27 압력 센서
100 봄베
210 가소화 실린더
300 도입 속도 조정 용기
1000 제조장치

Claims (14)

1. 열가소성 수지가 가소화 용융되어서 용융 수지가 되는 가소화 존과, 상기 용융 수지가 기아 상태가 되는 기아 존을 가지며, 상기 기아 존에 물리 발포제를 도입하기 위한 도입구가 형성된 가소화 실린더를 이용하여, 발포 성형체를 제조하는 방법에 있어서,
   상기 가소화 존에 있어서, 상기 열가소성 수지를 가소화 용융하여 상기 용융 수지로 하는 것과,
   상기 기아 존에 일정 압력의 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입하고, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것과,
   상기 기아 존에 있어서, 상기 용융 수지를 기아 상태로 하는 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 포함하며,
   상기 열가소성 수지가 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이며, 상기 일정 압력이 0.5㎫~12㎫인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이, 폴리페닐렌술파이드 또는 액정 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이 폴리페닐렌술파이드를 포함하며, 상기 일정 압력이 2㎫~12㎫인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 일정 압력이 2㎫~10㎫인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 일정 압력이 2㎫~8㎫인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이 액정 폴리머를 포함하며, 상기 일정 압력이 1㎫~6㎫인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 물리 발포제가 질소인 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기아 존에 있어서, 상기 물리 발포제를 포함하는 가압 유체로 상기 용융 수지를 가압하는 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 발포 성형체의 제조 중, 상시, 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    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 추가로 포함하며,
    상기 도입 속도 조정 용기로부터, 상기 기아 존에 상기 일정 압력의 물리 발포제를 포함하는 가압 유체를 도입하는 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도입구는, 상시, 개방되어 있으며, 상기 발포 성형체의 제조 중, 상기 도입 속도 조정 용기 및 상기 기아 존을 상기 일정 압력으로 보지하는 것을 특징으로 하는 발포 성형체의 제조 방법.
12. 슈퍼 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 발포 성형체에 있어서,
    상기 발포 성형체를 가열하여, 상기 발포 성형체의 표면 온도를 240℃~260℃로 5분간 유지하였을 때, 가열에 의한 발포 성형체의 두께의 변화율이 -2%~2%인 것을 특징으로 하는 발포 성형체.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 발포 성형체의 가열을 리플로우 로에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 발포 성형체.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이, 폴리페닐렌술파이드 또는 액정 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 성형체.

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