(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量で且つ耐衝撃性が高い発泡樹脂成形体を提供する。【解決手段】スキン層２間に発泡層３を有する発泡樹脂成形体１において、発泡層３の厚み方向における中央部にその両側部よりも密度が高くなった高密度層５を設ける。該発泡樹脂成形体は、発泡性溶融樹脂の射出発泡成形によって、特にキャビティ容積が可変の金型を用いるコアバック法を採用することによって得ることができる。すなわち、発泡性溶融樹脂の射出速度、或いは射出完了からコアバックを開始するまでのコアバック遅延時間を制御することにより、該発泡層の厚さ方向における中央部にその両側部よりも密度が高くなった該高密度層を有する該発泡樹脂成形体を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキン層間に発泡層を有する発泡樹脂成形体であって、
上記発泡層の厚み方向における中央部にその両側部よりも密度が高くなった高密度層を有することを特徴とする発泡樹脂成形体。
【請求項２】
請求項１において、
上記発泡層をその厚み方向に三等分したときの中央部の密度が上記スキン層の密度の０．４倍以上０．５倍以下であり、両側部の密度が上記スキン層の密度の０．３５倍以上０．５倍未満であることを特徴とする発泡樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキン層間に発泡層を有する発泡樹脂成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
スキン層（非発泡層）間に発泡層を有する発泡樹脂成形体は、一般に発泡性溶融樹脂の射出発泡成形によって得られ、自動車の外装材や内装材、電化製品の断熱部材、各種容器等に広く用いられている。また、その射出発泡成形において、キャビティ容積が可変の金型を用いるコアバック法を採用することにより、成形体の軽量化を図りつつ強度・剛性を確保できることが知られている。
【０００３】
ところで、上記スキン層間の発泡層を一様な発泡状態とせずに、発泡層の厚み方向における中央部の密度をその両側部分によりも低密度にした発泡樹脂成形体が知られている。すなわち、特許文献１には、発泡層を厚み方向に三等分に分割したとき、発泡層の中央に位置する分割部の密度をスキン層の０．１倍以上０．３倍以下とし、残りの分割部の密度をスキン層の０．３３倍以上 ０．５倍以下とし、発泡層全体の密度をスキン層の０．２８倍以上 ０．５６倍以下とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１には、発泡層の厚み方向における中央部を低密度とすることによって発泡樹脂成形体の曲げに対する剛性を大幅にアップできる旨記載されている。しかし、外部から衝撃が加わる可能性がある物品を発泡樹脂成形体で形成する場合、例えば、自動車のバンパーのような外装材を発泡樹脂成形体で形成する場合、その発泡樹脂成形体に必要となる機能は主に耐衝撃性である。
【０００６】
そこで、本発明は、軽量で且つ耐衝撃性が高い発泡樹脂成形体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、発泡層の厚み方向における中央部を高密度にした。すなわち、ここに提示する発泡樹脂成形体は、スキン層間に発泡層を有する発泡樹脂成形体であって、上記発泡層の厚み方向における中央部にその両側部よりも密度が高くなった高密度層を有することを特徴とする。
【０００８】
このような発泡樹脂成形体であれば、密度が発泡層全体にわたって均一であるケースや、発泡層の厚み方向における中央部が低密度であるケース（両側に高密度層があるケース）に比べて、耐衝撃性が高くなる。その理由は、次のように推測される。
【０００９】
密度が発泡層全体にわたって均一であるケースでは、発泡樹脂成形体の片面（以下、説明の便宜上、片面を「表面」、反対側の面を「裏面」という。）に衝撃荷重が加わったとき、その表面が局部的に凹み、さらに発泡樹脂成形体がたわむことに伴って裏面に引張荷重が加わる。この裏面の引張ひずみが限界値を超えると裏側のスキン層にクラックが発生する。そのクラックが発泡層の気泡を介して分岐しながら表側のスキン層に向かって伝播していく。
【００１０】
これに対して、本発明の場合、裏側のスキン層から発泡層に入ったクラックが高密度層に至ったときに、破断荷重が大きくなることによって衝撃エネルギーの吸収が大きくなる。さらに、この高密度層でクラック伝播経路が分岐していくことによって衝撃エネルギーが効率良く吸収されていく。そのため、本発明の場合は密度が発泡層全体にわたって均一であるケースよりも耐衝撃性が高くなると考えられる。
【００１１】
一方、発泡層の中央部が低密度で両側に高密度層があるケースでは、その高密度層で衝撃エネルギーの吸収効果が得られるものの、スキン層に高密度層が積層されていることによって、裏面の引張ひずみが大きくなり、耐衝撃性は必ずしも高くならないと考えられる。この点を説明するに、二点で支持された板材の中央に荷重が加わったときの、板材の引張ひずみ（曲げひずみ）εとたわみＳとは次式の関係になり、板材がたわむときの引張ひずみεは板厚ｈに比例して大きくなる。Ｌは支点間距離である。
【００１２】
ε＝(６ｈ/Ｌ２)・Ｓ
ここで、発泡層の中央部が低密度で両側に高密度層があるケースでは、スキン層に積層された高密度層がスキン層のたわみを拘束する形になる。すなわち、スキン層と高密度層との積層体が一枚の厚板を形成した様相を呈する。そのため、上記式から明らかなように、衝撃荷重が加わったときの発泡樹脂成形体のたわみＳの増大に対する裏面の引張ひずみεの増大勾配が大きくなり、クラックが入り易くなる。
【００１３】
これに対して、本発明の場合は、高密度層が発泡層の中央部にあることから、高密度層によるスキン層の拘束がない。すなわち、高密度層による引張ひずみεの増大作用が殆どなく、クラックが入りにくい。そのため、発泡樹脂成形体の裏面の破断が遅れ、衝撃エネルギーの吸収が大きくなる。
【００１４】
また、発泡層の中央部が低密度で両側に高密度層があるケースでは、上述の如くスキン層と高密度層との積層体が一枚の厚板を形成した様相を呈するから、スキン層の裏面にクラックが入ったときに、そのクラックがスキン層から高密度層内部に急進的に伝播し易い。これに対して、本発明の場合はスキン層と高密度層との間に挟まれた低密度層によってクラックの急進的伝播が抑制され、衝撃エネルギーの吸収に有利になる。
【００１５】
本発明の好ましい態様では、上記発泡層をその厚み方向に三等分したときの中央部の密度が上記スキン層の密度の０．４倍以上０．５倍以下であり、両側部の密度が上記スキン層の密度の０．３５倍以上０．５倍未満である。これにより、衝撃エネルギーの吸収に有利になる。
【００１６】
上記発泡樹脂成形体を成形するための樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂などを用いることができ、該樹脂に、フィラーとしてガラス繊維、炭素繊維、タルクなどを含有させるようにしてもよい。発泡剤としては、アゾジカルボンアミド等のアゾ化合物、Ｎ,Ｎ'−ジニトロソペンタメチレンテトラミン等のニトロソ化合物、４,４'−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)等のスルホニル・ヒドラジド化合物のような有機化合物、重炭酸ナトリウム等の無機化合物、その他の化学発泡剤、並びに超臨界状態にした炭酸ガス、窒素ガス等の物理発泡剤のいずれも採用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スキン層間に発泡層を有する発泡樹脂成形体に関し、その発泡層の厚み方向における中央部にその両側部よりも密度が高くなった高密度層を設けたから、耐衝撃性の向上に有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る発泡樹脂成形体を模式的に示す断面図である。
【図２】金型のキャビティ内を発泡性溶融樹脂が流動する様子を模式的に示す断面図である。
【図３】実施例１に係る発泡樹脂成形体の断面の顕微鏡写真である。
【図４】実施例１に係る発泡樹脂成形体の厚さ方向における空隙率の変化を示す技ラフ図である。
【図５】比較例１に係る発泡樹脂成形体の断面の顕微鏡写真である。
【図６】比較例１に係る発泡樹脂成形体の厚さ方向における空隙率の変化を示す技ラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２０】
図１に示す本発明に係る発泡樹脂成形体１において、２は空隙率が略零％のスキン層、３は両側のスキン層２に挟まれた多数の独立気泡４を有する発泡層である。発泡層３は、その厚さ方向における中央部にその両側部よりも密度が相対的に高くなった高密度層５を有し、両側部は低密度層６になっている。本実施形態では、発泡層３をその厚み方向に三等分したときの中央部７の密度はスキン層２の密度の０．４倍以上０．５倍以下であり、両側部８の密度はスキン層２の密度の０．３５倍以上０．５倍未満である。
【００２１】
発泡樹脂成形体１は、発泡性溶融樹脂の射出発泡成形によって、特にキャビティ容積が可変の金型を用いるコアバック法を採用することによって得ることができる。すなわち、発泡性溶融樹脂の射出速度、或いは射出完了からコアバックを開始するまでのコアバック遅延時間を制御することにより、発泡層３の厚さ方向における中央部にその両側部よりも密度が高くなった高密度層５を有する発泡樹脂成形体１を得ることができる。
【００２２】
射出速度の制御
図２に示す射出成形金型１１において、１２は固定型、１３は固定型１２に向かって進退するように設けられた可動型であり、固定型１２と可動型１３とによってキャビティ１４が形成されている。固定型１２にゲート１５が設けられている。
【００２３】
発泡性溶融樹脂１７がゲート１５からキャビティ１４に流入し流動していくとき、圧力が解放されることにより、発泡核（気泡の種）１８が形成され、それが成長して気泡１９となる。ここに、溶融樹脂１７は、その流動先端において型１２，１３間の中央から両側に分かれていく。そのため、主として、キャビティ１４に先に流入した溶融樹脂１７が発泡層３の厚さ方向の両側部８を形成し、主として、後から流入する溶融樹脂１７が発泡層３の厚さ方向の中央部７を形成することになる。
【００２４】
そうして、射出速度が遅くなるほど発泡層３の厚さ方向における中央部の密度が高くなり易い。その理由は次のように推測される。
【００２５】
射出速度が速い場合は、圧力解放が急激に行なわれるから、溶融樹脂１７の流動先端だけでなくゲート１５に近い側でも発泡核１８が形成される。そのため、キャビティ１４の全体にわたって発泡核１８が均等に分散した状態になり易い。すなわち、密度が発泡層の全体にわたって一様になり易い。
【００２６】
一方、射出速度が遅くなると、急激な圧力解放を生じないから、発泡核１８の形成は、主として、圧力解放が進む流動先端で行なわれる。つまり、キャビティ１４に先に流入する溶融樹脂１７には発泡核１８が多く形成されるが、後から流入する溶融樹脂１７には形成される発泡核１８が少なくなる。そのため、得られる発泡層は、その厚さ方向の中央部が高密度になり、その両側部が低密度になり易い。
【００２７】
コアバック遅延時間の制御
コアバック遅延時間が発泡層３の発泡密度に及ぼす影響をみると、コアバック遅延時間が長くなるほど発泡層３の厚さ方向における中央部の密度が高くなり易い。その理由は次のように推測される。
【００２８】
キャビティ１４に流入した溶融樹脂１７は型１２，１３との接触によって冷却されていく。コアバック遅延時間が短い場合は、固定型１２と可動型１３との間の中央部では、その両側部に比べて、溶融樹脂１７の温度が未だ高く、その粘度が低いことから、コアバックによって気泡１９が成長し粗大化し易い。そのため、発泡層の厚さ方向における中央部の密度が両側部と同等か又は両側部に比べて低くなり易い。
【００２９】
一方、コアバック遅延時間が長くなると、溶融樹脂１７の温度が全体的に低くなるが、型１２，１３との接触による冷却では冷却速度が部分的に異なる状態になり易い。その結果、型１２，１３の近傍では、溶融樹脂１７の温度が不均一になる。そのため、型１２，１３の近傍では、コアバックによる圧力解放の影響が高温部に強く出ることになり、該高温部において気泡１９が局部的に成長し、さらには気泡１９同士が合体して粗大化する。これに対して、型１２，１３間の中央部では、型１２，１３の近傍に比べて、溶融樹脂１７の温度が高く且つ均一性も良い。そのため、この中央部では、その全体にわたって気泡１９が均等に成長し易い（気泡１９が粗大化しない。）。その結果、得られる発泡層は、その厚さ方向の中央部が高密度になり、その両側部が低密度になり易い。
【００３０】
＜実施例及び比較例＞
−実施例１−
発泡性溶融樹脂の原料樹脂としてはポリプロピレンを採用し、発泡剤としては超臨界状態の窒素ガスを採用した。金型については、溶融樹脂充填時の固定型と可動型の間隔（キャビティの間隔）を１．８ｍｍとし、その間隔をコアバックによって０．５秒で３．２４ｍｍに拡大させるようにした（発泡倍率＝１．８倍，コアバック速度＝２．８８ｍｍ／ｓ（一定））。溶融樹脂の温度は２００℃とし、型温度は４０℃とした。
【００３１】
この実施例１では、射出速度を４０ｍｍ／ｓとし、コアバック遅延時間を３．０秒として板状の発泡樹脂成形体を成形した。
【００３２】
−実施例２−
実施例２では、射出速度を２００ｍｍ／ｓとし、コアバック遅延時間を４．５秒とし、他は実施例１と同じ条件で板状の発泡樹脂成形体を成形した。
【００３３】
−実施例３−
実施例３では、射出速度を２００ｍｍ／ｓとし、コアバック遅延時間を５．０秒とし、他は実施例１と同じ条件で板状の発泡樹脂成形体を成形した。
【００３４】
−比較例１−
比較例１では、射出速度を２００ｍｍ／ｓとし、コアバック遅延時間を４．０秒とし、他は実施例１と同じ条件で板状の発泡樹脂成形体を成形した。
【００３５】
−比較例２−
比較例２では、射出速度を２００ｍｍ／ｓとし、コアバック遅延時間を０．５秒とし、他は実施例１と同じ条件で板状の発泡樹脂成形体を成形した。
【００３６】
＜試験及びその結果＞
実施例及び比較例の各々について、スキン層の厚み、発泡層を厚さ方向に三等分したときの中央部、一側部及び他側部各々の空隙率及び密度倍率を測定するとともに、パンクチャー衝撃試験（JIS K 7211-2）による最大荷重（最大衝撃力）及びパンクチャーエネルギーＥｐを求めた。結果を表１に示す。スキン層厚みの「固定側」は固定型側を、「可動側」は可動型側を意味する。発泡層の「一側部」は固定型側の側部、「他側部」は可動型側の側部を意味する。「密度倍率」はスキン層の密度を基準とする倍率である。空隙率の測定方法は次のとおりである。
【００３７】
三次元計測Ｘ線ＣＴ装置（TDM1000-IS/SP,ヤマト科学社製）を用いてサンプルの内部構造の非破壊観察を画素数５１２×５１２pixel、視野サイズ３．５ｍｍφ×３．５ｍｍｈ（高さ）で実施する。得られたデータを三次元ボリュームレンダリングソフト（VG-StudioMAX,ＮＶＳ社製）で解析することによって断層像を作成し、得られた断層像の気泡（空隙）部と樹脂部を二値化する。板厚方向（表面から裏面に向けて）３０μｍ毎の断層像における空隙部と樹脂部との比率を集計・解析することにより三次元空隙率を求める。
【００３８】
【表１】
2014083702.tif 000003
【００３９】
図３は実施例１に係る発泡樹脂成形体の断面の顕微鏡写真であり、図４は同発泡樹脂成形体の厚さ方向における空隙率の変化を示す。同図によれば、発泡層の中央部に空隙率が低い厚さ０．５４ｍｍ程度の高密度層が形成されていることがわかる。実施例２では発泡層の中央部に相対的に密度が高くなった厚さ０．４２ｍｍ程度の高密度層が形成され、実施例３では同じく厚さ０．８１ｍｍ程度の高密度層が形成されていた。高密度層が発泡層全体に占める割合は、２０％以上６０％以下である。
【００４０】
図５は比較例２に係る発泡樹脂成形体の断面の顕微鏡写真であり、図６は同発泡樹脂成形体の厚さ方向における空隙率の変化を示す。同図によれば、発泡層の中央部に空隙率が高い厚さ０．８ｍｍ程度の低密度層が形成されていることがわかる。
【００４１】
実施例１は、上述の如く、発泡層の中央部に高密度層を有し、表１によれば、発泡層を厚さ方向に三等分したときの中央部の密度は両側部の密度の１．１倍以上１．１６倍以下になっている。これは、射出速度を遅くした効果であると認められる。
【００４２】
実施例２，３及び比較例１，２の射出速度は同じく２００ｍｍ／ｓ（実施例１よりも速い。）である。しかし、比較例１，２では発泡層の中央部の密度が両側部の密度と同程度か又は両側部の密度よりも低いのに対して、実施例２，３では発泡層の中央部の密度が両側部に比べて高い（中央部の密度が両側部の密度の１．１２倍以上１．１８倍以下）。この違いは、実施例２，３と比較例１，２とではコアバック遅延時間が異なる（実施例２，３はコアバック遅延時間が長い）ことによると認められる。
【００４３】
パンクチャー衝撃試験結果をみると、実施例１，３は最大荷重が１８００Ｎ以上２０００Ｎ以下であり、パンクチャーエネルギーが１８Ｊ以上２１Ｊ以下であり、耐衝撃性が高いことがわかる。
【符号の説明】
【００４４】
１    発泡樹脂成形体
２    スキン層
３    発泡層
４    気泡
５    高密度層
６    低密度層
７    中央部
８    両側部
【図１】
2014083702.tif 000004
【図２】
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【図４】
2014083702.tif 000006
【図６】
2014083702.tif 000007
【図３】
2014083702.tif 000008
【図５】
2014083702.tif 000009