(57)【要約】  表面と、スキンと、コアとを有する物体を製造する方法は、圧縮性シール上に第１の金型部分を閉じるステップを含む。このシールは、第１の金型部分と第２の金型部分との間に位置する。金型部分は、間隔をあけて配置された注入ポートとベントとを有する加圧可能な金型キャビティを規定する。金型キャビティは、大気圧よりも大きい第１の圧力で加圧される。溶融プラスチックおよび発泡剤は、混合物内にガスセルを形成するように注入される。ガスセルは、第１の圧力よりも高い内圧を有している。第１の時間を待機した後、加圧ガスは、金型キャビティの壁と隣接するスキンを形成するガスセルを破壊するのに十分な速度で、第２の時間をかけて排出される。スキンは、凝固した発泡混合物で充填されるコアキャビティを規定する。金型部分は、物体を取り外すように分離される。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と、スキンと、コアとを有する物体の製造に使用する方法において、当該方法が：
第１の金型部分を当該第１の金型部分と第２の金型部分との間に位置する圧縮性シールの上に閉じるステップであって、前記第１および第２の金型部分がそれぞれ明確に規定された加圧可能な金型キャビティを有し、当該金型キャビティが金型キャビティの壁と、注入ポートと、ベントとを有するステップと；
大気圧よりも高い第１の圧力の加圧ガスを用いて前記金型キャビティを加圧するステップと；
前記注入ポートを通じて前記金型キャビティ内に溶融プラスチックと発泡剤の混合物を含む注入物を注入するステップと；
前記混合物内に複数のガスセルを形成するように、前記発泡剤から発泡剤ガスを生成するステップであって、前記複数のガスセルが前記第１の圧力よりも低い内圧を有するステップと；
第１の時間を待機するステップと；
第２の時間にわたって前記ベントを通って前記加圧ガスを排出するステップであって、前記加圧ガスと隣接する前記注入物内の前記複数のガスセルが膨張できるようにするため、前記第１の圧力を前記ガスセルの内圧よりも低い第２の圧力まで減少させるステップと；
複数の破断ガスセルを形成するために、前記加圧ガスと隣接する前記注入物内の前記複数のガスセルを破断させるステップと；
前記破断セルを用いて金型キャビティの壁の近くに前記スキンを形成するステップであって、前記スキンがコアキャビティを規定しているステップと；  
前記混合物で前記コアキャビティを充填するステップと；
前記混合物を凝固させるステップと；
前記物体を取外すために、前記第２の金型部分から前記第１の金型部分を分離させるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記第１の時間が、１．５秒を超えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記第２の時間が、３秒を超えることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記スキンが、１乃至１０ｍｍまでの範囲の厚さを有することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記コアキャビティが、横幅があるリブを具えることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記スキンが厚みを有しており、前記リブの幅に対する前記スキンの厚さの割合が２５％乃至１０００％にわたることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記発泡剤が、発熱発泡剤であることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記発熱発泡剤が、不均一成核剤であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記不均一成核剤が、アゾ系成核剤であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記アゾ系成核剤が、２０重量％乃至４０重量％の前記混合物を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
表面と、スキンと、コアとを有する物体の製造に使用する方法において、当該方法が：
第２の金型部分の上に第１の金型部分を閉じるステップであって、前記第１および第２の金型部分が金型キャビティの壁と、少なくとも１つの注入ポートと、ベントとを有する加圧可能な金型キャビティを規定し、前記注入ポートおよび前記ベントが間隔をあけて配置され、少なくとも１つの金型部分がさらに横幅があるリブを具えているステップと；
第１の圧力で前記金型キャビティを加圧するステップと；
前記少なくとも１つの注入ポートを通じて、前記金型キャビティ内にプラスチック組成物および発泡剤を注入するステップと；
前記プラスチック組成物を起泡させるステップであって、発泡体が複数のガスセルを有し、各ガスセルが大気圧より高く前記第１の圧力より低い内圧を有するステップと；
第１の時間を待機するステップと；
前記ガスセルの内圧よりも低い第２の圧力まで前記金型キャビティをガス排出するステップと；
前記金型キャビティの壁と接触するスキンを形成しながら、予め決められた速度で前記第２の圧力を減少させるステップであって、前記スキンが厚みを有しており、前記金型キャビティのリブ幅に対する前記スキンの厚さの割合が５０％乃至３００％の範囲にわたり、前記スキンがコアキャビティを規定しているステップと；
前記コアキャビティを前記プラスチック組成物と発泡剤ガスの混合物で充填するステップと；
前記混合物を凝固させるステップと；
前記物体を取外すために、前記第２の金型部分から前記第１の金型部分を分離させるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記第１の圧力が、６２５Ｐａ乃至２５００Ｐａの範囲にわたることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記金型キャビティが、６５０ｃｍ２乃至６，４５０ｃｍ２の範囲の大きさであることを特徴とする方法。
【請求項１４】
３，２２５ｃｍ２乃至１２，９００ｃｍ２の範囲の表面積を有する物体において、当該物体が：
請求項１１の方法で作られた射出成形物体であって、可視できる表面上にひけマークが殆どない物体を含むことを特徴とする物体。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、凝固した前記物体が、０．０３５ｍｍ乃至１ｍｍの範囲の大きさを有するガスセルを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の方法において、凝固した前記物体が、０．０５０ｍｍ乃至０．３ｍｍの範囲の大きさを有するガスセルを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１１に記載の方法において、前記発泡剤が、アゾジカルボンアミドを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載の方法において、前記プラスチックが、ポリオレフィンを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
表面と、スキンと、コアとを有する物体の製造に使用する方法において、当該方法が：
第１の圧力を有する第１のガスを用いて金型キャビティを規定している壁を有する金型に逆圧をかけるステップであって、分解可能な発泡剤を含むプラスチック組成物を注入する前に前記第１のガスを前記金型キャビティに供給するステップと；
注入された前記プラスチック内の前記発泡剤を分解することによって作られたガスを用いて前記金型キャビティ内に第２の圧力を有する第２のガスを生成するステップであって、前記第１の圧力が前記第２の圧力より高いステップと；  
前記第２の圧力を第３の圧力まで減少させることによって、前記金型キャビティ内の前記プラスチック組成物を膨脹させるステップであって、前記第３の圧力が大気圧から前記第１の圧力未満の範囲にわたるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記第２のガスの圧力が、６２Ｐａ乃至２５００Ｐａの範囲にわたることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本明細書は、２００８年３月２６日出願の米国仮特許出願第６１／０３９，４８９号の権利を主張するものである。
【０００２】
本発明は、クラスＡの可視面を有し、現行の製造能力を超えて非可視の背面に一体型の構造補強を有する発泡コア物体を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
設計者は多くの場合、金属部分の代替品としてプラスチック部分を使用し、成形部品が与えうる非常に高い設計自由度を生かして、物体の重量および費用を低減させる。射出成形処理は、プラスチックのような物体を製造するのに用いられる。しかし、重量トラックのフェイシアのような比較的大型の物体を射出成形する場合、金型を密閉し、金型キャビティを充填するために必要な量のプラスチック材料を注入するのに要するクランプ力は、有用な部品を製造するためにはかなりの圧力となる。このような部品を製造できる射出成形用金型および射出成形機は非常に大型で重く、入手して稼動させるには非常に費用がかかる。資本設備のこのような部分は、当該設備で作る部品の数に対して、日常的に償却しなければならない。今まで、この費用は、重量トラックの製造者が短期間操業、少量生産制度に対して負担してきた費用よりも大きかった。その結果、製造者は、射出成形する部品のサイズを制限するか、大型部品を製造する他の費用がかからない方法を選択するかの何れかであった。
【０００４】
通常の射出成形用金型および射出成形機に必要とされる最大限の出費をせずに、大型の部品を射出成形する試みにおいて、製造者は、プラスチックと発泡剤の溶融混合物を金型キャビティ内に注入することによって大型の機能的プラスチック部分を製造してきた。射出成形処理中に発泡剤をプラスチック樹脂に添加することにより、発泡現象が局部的な内部保持圧力を生みだし、溶融物が部分キャビティを充填するようにする。発泡剤を溶融樹脂に添加すると、注入された溶融物の体積が膨脹し、その結果、１ショット当たりに使用される材料の量が減少する。溶融物の密度が減少することによって、成形される物体の重量もまた減少する。キャビティ内に起こる発泡現象を伴う、発泡剤を溶融物に添加することの更なる利点は、金型を閉じた状態に保つために要する非常に大きな外部射出圧力および関連するクランプ圧が著しく減少することである。最終的な結果として、高圧の成形処理は現在、低圧の成形処理に転換されている。これらの利点に係わらず、発泡プラスチック処理がクラスＡの構造部分の製造に広く利用されるのを妨げる欠点が存在する。それらは：
発泡プラスチック処理の内部保持圧力は、表面の巣や局部的な収縮変形がない面を常に作りだすとは限らず、
成形部分の表面上に泡が渦巻いているため、発泡プラスチック処理は可視できる部分に必要な望ましいクラスＡ表面を作ることができない、という点である。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、クラスＡの可視面を有し、現行の製造能力を超えて非可視背面に一体型に構造補強した発泡コア物体を製造する方法に関するものである。
【０００６】
表面と、スキン（ｓｋｉｎ）と、コアとを有する物体の製造に用いられる方法は、圧縮性シールの上に第１の金型部分を閉じるステップを含む。このシールは、第１の金型部分と第２の金型部分との間に配置される。第１および第２の金型部分はそれぞれ、加圧可能な金型キャビティを規定する壁を有している。金型キャビティは、金型キャビティの壁と、注入ポートと、ベントとを有する。注入ポートおよびベントは、間隔をあけて配置される。
【０００７】
この方法はさらに、大気圧より大きい第１の圧力の加圧ガスを用いて金型キャビティを加圧するステップを含む。注入ポートを通じて、溶融プラスチックと発泡剤の混合物を注入する。発泡剤ガスが発生して、混合物内にガスセルを形成する。このガスセルは、第１の圧力より高い内圧を有する。この方法は、第１の待機時間を含む。第１の待機時間後の第２の待機時間中、破断セルを生成するためにガスセルの一部を破壊するのに十分な速度で加圧ガスがベントを通って排出される。破断セルを用いて、スキンが金型キャビティの壁の近くに形成される。スキンは、混合物で充填されたコアキャビティを規定する。混合物はその後凝固する。物体を取外すために、第１の金型部分が第２の金型部分から分離される。
【０００８】
他の実施形態では、この方法は、第２の金型部分の上に第１の金型部分を閉じるステップを含む。第１および第２の金型部分は、金型キャビティの壁と、注入ポートと、ベントとを有する加圧可能なキャビティを規定する。注入ポートおよびベントは、間隔をあけて配置される。少なくとも１つの金型部分はさらに、横幅があるリブを具える。金型キャビティは、第１の圧力に加圧される。プラスチック組成物が、注入ポートを通って金型キャビティ内に注入される。発泡剤をプラスチック組成物内に供給して、混合物を作る。発泡剤がプラスチック組成物を起泡させる。気泡は、第１の圧力より高い内圧を有するガスセルを有している。この方法は、第１の時間を待機するステップを含む。金型キャビティは、ガスセルの内圧よりも低い第２の圧力までガス抜きされる。金型キャビティの壁と接触するスキンを形成しながら、予め決められた速度で第２の圧力が減少する。このスキンは、厚みを有している。金型キャビティのリブ幅に対するスキンの厚さの割合は、５０％乃至３００％の範囲にわたる。スキンは、プラスチック組成物と発泡剤ガスの混合物で充填されたコアキャビティを規定する。この混合物は凝固する。物体を取外すために、第１の金型部分が第２の金型部分から分離される。
【０００９】
本発明の他の実施形態では、この方法は、第１の圧力を有する第１のガスを用いて、金型キャビティを規定している壁を有する金型に逆圧をかけるステップを含む。分解可能な発泡剤を含むプラスチック組成物を注入する前に、第１のガスが金型キャビティに与えられる。第２の圧力を有する第２のガスを発生させながら、発泡剤が分解する。第１の圧力は、第２の圧力よりも高い。第１の圧力を第３の圧力まで減少させることにより、プラスチック組成物が金型キャビティ内で膨張する。第３の圧力は、大気圧から第１の圧力未満にわたる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
動作の実施例または明確に指示されている場合を除き、材料の量、反応状態、または効果を示す本明細書における総ての数字は、本発明の最も広い範囲を示す用語「約」で修飾されていると理解されたい。明記した数量的な制限の範囲内における実施が一般的には好ましい。また、それとは反対に明示して指示されている場合を除いて：
パーセントおよび割合の数値は重量により；
本発明に関する所与の目的に対して適切または好適と記載された材料のグループまたは種類は、２またはそれ以上の混合された材料を包含しており、同様に適切であるか好ましく；
化学用語で記載されている成分は、本明細書で指示された化合物に添加する時点での成分を意味しており、一旦混合された混合物成分における化学的な相互作用を除外するものではなく；
頭字語の最初の定義または他の略語は、以下に使用する本明細書における同一の略語に適用され、かつ最初に規定した略語の通常の文法的な変化に準用される。
【００１１】
比較的大型の成形された発泡構造物体を作る方法の一実施形態は、発泡剤添加物を含む溶融プラスチックを適した金属金型内に注入するステップを含む。収縮による表面のひけを最小限にして、必要なクランプ力を減少させるため、物体を発泡プラスチックで作る。発泡現象は実質的に、注入されるプラスチックの外部パッキンの必要性をなくし、完全に金型キャビティを充填する。外部パッキンの必要性が減少する、あるいはなくなると、部品を射出成形するのに必要なクランプ把持力が著しく減少する。クランプ把持力が低いということは、大きい表面積を有する物体を少ない機械クランプ圧で成形できるということを意味する。
【００１２】
比較的大型の物体の例が乗物の構成部品であって、特に、バンパフェイシアのようなトラック本体の構成部品である。このような部分は、２０００ｉｎ２（１２，９００ｃｍ２）以上の表面積を有する場合がある。このような部分に対する標準の射出成形処理は、発泡剤を使用しない場合、反復される非常に大きいクランプ圧に耐えうる高額な鋼製金型と、少なくとも５０００トン（４４，５００キロニュートン（ｋＮ））の定格クランプ把持力を有する射出成形機とを使用する必要があるだろう。発泡プラスチック成形処理における利点は、より高額な鋼製金型や非常に大きい機械クランプ圧を必要とせずに、大型の構造部分の製造が可能なことである。この処理と材料の組み合わせが、少なくとも１００ｉｎ２（６５０ｃｍ２）、５００ｉｎ２（３２２５ｃｍ２）、および１０００ｉｎ２（６４５０ｃｍ２）またはそれ以上の面積を有する物体を作るのに適しているということが理解される。
【００１３】
本発明に関する処理の一実施形態は、ＬＹＯＮＤＥＬＬＢＡＳＥＬＬ  ＳＥＱＵＥＬの＃１７１５のような、製品番号＃１９８０ＨＩを含む熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）といった成形用樹脂を含む、特に有用なプラスチック基質の材料混合物の使用に基づく。この混合物は、アゾ系成核剤を有する発熱発泡剤のような化学発泡剤を含む。この混合物は、ガス状または液状の流体のような、機械的に注入される発泡剤を任意に含んでもよい。発泡剤は、この処理における溶融流れの中に気泡が発生するように作用する。起泡した溶融流れを作るようにこれらの成分が相互作用する度合いは、溶融樹脂内の発泡剤濃度による。この実施形態について物性を達成するため、密度が１％の発泡剤が使用され、９７％の全体的な物質密度が発生した。金型キャビティ内の成形用樹脂の量を減らすために、成形用樹脂に投入する分解可能な化学発泡剤または機械的な発泡剤の量を増加させることによって、核生成の程度および得られる内部保持圧力に影響を与えることが可能となり、成形部分において広範囲の物質密度が実現する。吸熱性の固形発泡剤または二成分系発泡剤もまた適していると理解されたい。
【００１４】
この実施形態では、ホッパーに近い領域から始まり、ノズル温度が４００°Ｆ（２０４℃）、金型温度が１２５°Ｆ（５２℃）の金型に近い領域までの４つの領域に対して、射出成形機の温度特性が４００／４１０／４２０／４１０°Ｆ（２０４／２１０／２１６／２１０℃）で成形処理すると、全体的な部品密度を９７％に実現できる。直径が３／４インチ（１．９ｃｍ）の流路を有する遮断ノズルを具える６０液量オンス（１７７５ｃｍ３）シリンダ付の５００トンＶａｎ  Ｄｏｒｎ社プレスで試験金型を動作させた。この金型に対する基準クランプ圧を設定するため、発泡剤を含まないＳｅｑｕｅｌ＃１７１５のＴＰＯ成形用樹脂を金型キャビティ内に注入して、分離線にバリがなく、完全に充填されてひけがない部品を成形するために全５００トン（４４５０ｋＮ）のクランプ圧が必要であることを確認する。線引きした底面積が約７．０インチ（１８ｃｍ）×２３．５インチ（６０ｃｍ）の部分ついて一般的な寸法計算をすると、１平方インチ当たり３．０トン（４１メガパスカル（ＭＰａ））のクランプ圧を用いると、このサイズの部品に対して標準の射出処理をするには、５００トン（４４５０ｋＮ）の機械クランプ圧が必要だということを確認した。
【００１５】
１重量％のＡｍｐａｃｅｔ＃７０１０３９−Ｈの発熱発泡剤をＳｅｑｕｅｌ＃１７１５のＴＰＯ樹脂に添加すると、機械クランプ圧を１００トン（８９０ｋＮ）まで減少、つまり８０％低下させて、５００トン（４４５０ｋＮ）のクランプ圧で上記製造したものと同様にバリがなく、ひけがない部分を実現することができる。パックアウト圧力または給気圧は、零または非常に低い圧力に意図的に保持されて、発泡体の核状セルが部分キャビティの壁内をできる限り自由に膨脹できるようにしている。一実施形態では、パックアウト圧力は、１ｐｓｉ（１２Ｐａ）乃至約７５ｐｓｉ（９３６Ｐａ）である。パックアウト圧力は零または非常に低いにも関わらず、発泡剤からの起泡ガスによって加わる外側への圧力によって熱可塑性発泡混合物が部分キャビティの壁に到達するまで膨脹し続けるため、注入された熱可塑性発泡混合物はキャビティの隙間を埋め続ける。
【００１６】
発泡樹脂の成形処理に必要とされるクランプ圧が減少すると、さらに、金型製作材料に必要な耐圧縮力が減少する。その結果、金型製作材料は、工具鋼からアルミニウムまたはマグネシウムベースの材料といった軽量および／または低価格の材料へと切り替えることが可能となる。例えば、アルミニウムは、工具鋼よりも比較的に優れた熱伝導性を有するという更なる利点がある。熱伝導性が高くなると、優れた放熱によって冷却処理時間が減少し、処理にかかるサイクル時間全体を短縮するように作用する。例えば、アルミニウムを使用するということは、金型の取り扱いが容易となり、さらに簡単に機械加工されるということを意味する。取り扱いおよび機械加工が向上すると、成形処理の経済的な側面において非常に有用な効果がある。従って、発泡樹脂の成形処理は、標準の射出成形処理に優る、実質的な設備における利点をもたらす。
【００１７】
発泡樹脂の成形処理における別の利点は、鋳ひけとして一般に知られている、射出成形した物体における表面ひずみを最小限にする機能である。物体は多くの場合、２つの対向する面を有している。「Ａ」表面は、美的な面を示している。「Ｂ」表面は多くの場合、「Ａ」表面と比較して優れた外観を必要としない。固形熱可塑性材料を用いて標準の射出成形処理によって作りだされた物体では、このようなひずみは通常、クラス「Ａ」表面となりうる平らな面上に発生することがある。これらのひずみは、美的には許容できない。ひずみは通常、物体の断面が幾らか厚く、結果的に質量が大きくなる外観とは逆の面に位置する。固形樹脂から成形された物体の場合、これらの質量が大きい領域はさらに、薄い壁に覆われている領域と比較して相対的にゆっくりと冷却される傾向がある。理論に束縛されることは望まないが、質量が大きい領域はより多くの熱を含み、そのため比較的に薄い壁の領域よりもゆっくりと冷却されるため、ひけマークのようなひずみが発生する場合がある。成形用樹脂は、周りを覆っている可塑性物質の塊との熱平衡および次元平衡を探しながら、比較的長い時間かけて、比較的大きな間隔を収縮し続けることができる。
【００１８】
発泡剤を成形用樹脂に添加することにより、樹脂の分子鎖が比較的薄いセル壁を有する有核セルによって中断される。この有核セルは、成形用樹脂における収縮力の減少をもたらす場合がある。薄い壁区画は質量が小さく、厚い壁区画よりも少ない熱を含む。壁区画の冷却が早いほど、壁が収縮し続けることができる時間が短い。分子の収縮力の中断に加えて、有核セルは生成された窒素ガス内で収縮を更に妨げるものを提供し、これは気泡を形成して発泡体を作り、例えば、溶融樹脂基質内に新たに作られたセルを膨張させる傾向がある内部ガスによる微量の圧力を提供する。隣接する新しく作られたセルの複合効果が、セルの壁の収縮力を打ち消すのに十分な程度の外側への圧力を発生させる場合がある。有核セルの層における収縮力が打ち消されると、近くの表面の面ひけを抑制することができる。
【００１９】
発泡樹脂の射出成形処理は、キャビティにおける機械的な樹脂のパッキンには依存せず、完全に発達した、すなわちひけがない物体を実現する。機械的な樹脂のパッキンがなくなり、膨脹する樹脂発泡体による通常圧力のみを利用すると、注入位置から最後に充填される位置にかけて通常存在する従来の圧力勾配を減少させるか、なくすことができる。膨張するセルの核形成による局部的な部品パッキンの結果として、この物体の圧力勾配は最小となる。成形された物体は、多くの場合、発泡材料における応力が最小限なため、歪みを示さない。この物体はさらに、材料が流れる経路に沿った収縮が少ない傾向があり、その結果、寸法的にさらに安定する。
【００２０】
発泡樹脂の射出成形処理は通常、より熱効率に優れ、費用がかからない射出成形金型に加わるクランプ圧が著しく低い状態でひけがない物体を作るのに役立つが、得られる物体はその表面全体に発泡樹脂基質を示しており、視覚的なクラス「Ａ」表面を達成しているとみなすことはできない。成形用樹脂が収縮する傾向を妨げるのと同じセル構造はさらに、成形用樹脂の物理的特性の一部が損なわれるように作用する。熱可塑性樹脂に固有の物理的特性は、樹脂基質内のある分子と別の分子との近さに基づく。しかしながら、多孔質の表面および物理的特性の低下という、これらの問題の双方とも、発泡セルの内圧よりも大きい圧力のガスで金型キャビティを加圧することによって、ある程度克服することができる。
【００２１】
本発明の少なくとも一実施形態では、必要に応じて、分離線および任意の他の側面、コア、リフタ、金型ブロックを貫通する突き出しピンにおいて圧縮性シールを金型に利用し、大気圧より大きい圧力の密閉された金型キャビティからガスが漏れるのを防ぐ。密閉された金型キャビティは加圧ガスを受けて、金型キャビティ内の圧力が大気圧より大きく増加する。用途に適合するように、金型キャビティが、別個に決定された範囲であって５０、８０、９０ｐｓｉ（６２５、１０００、１１２５Ｐａ）乃至１２０、１５０、および２００ｐｓｉ（１５００、１８７５、および２５００Ｐａ）で選択された範囲の圧力に達するまで、発泡溶融樹脂の注入を遅らせる。ゲートを通じて、加圧された金型キャビティ内に溶融プラスチックおよび発泡剤を注入する際、金型キャビティ内の樹脂発泡体中の発泡剤ガスの膨張は比較的小さいままであり、注入ユニット成形機によって、およびその後の加圧ガスの背圧によってしっかりと制御される。ガス排出の遅れといった待機時間の後に加圧ガスが解放または取り除かれてもよく、この待機時間は１．５秒、５秒、または７秒以上続き、その時間中に加圧ガスは、この加圧ガスに直接曝されたセルの壁を破壊し、溶融樹脂が流れて、下部の発泡樹脂上に固形樹脂の比較的薄い壁が形成できるようにする。成形用樹脂のスキンの厚さが増加するにつれて、金型キャビティ内の加圧ガスは、新しい下部のセルに到達してその壁を破壊し、これらのセルを形成して成長できるようにすることができなくなる。一旦、所望のスキン厚が実現すると、減圧時間中に加圧された金型からガスを解放または取り除く処理は、安全弁を通すような制御された処理、あるいは大気ベントを通すか回収導管内への制御されない処理の何れかであってもよい。一度、ガスの圧力が周囲環境レベルまで減少すると、下部の発泡樹脂は自由に成核できるようになり、金型キャビティを満たすように膨張する。物体は１以上の側面にスキンを有してもよいことを理解されたい。スキンは、任意の金型キャビティの壁またはインサートの近くに生じることがある。
【００２２】
保持時間の長さは、１秒、５秒、１０秒、１６秒、および２０秒乃至２０秒、３０秒、４０秒、または５０秒から別個に選択することができ、所望のスキンおよび発泡コア構造の分布による。物体が完全に凝固する保持時間後、金型を開けることができ、車体用の比較的大型の部分といった成形発泡コア物体を取外すことができる。発泡体は、比較的厚いスキンの層と発泡コアの層とを有している。発泡コアの層の厚さは、部品の設計により指示されるように、１ｍｍ、２ｍｍ、および３ｍｍより大きく、５０ｍｍ、４０ｍｍ、３０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍ、および５ｍｍより小さい範囲から選択することができる。スキンの層は、発泡コアの層のセルがスキンの層内に可視できる、あるいは顕在化するのを防ぐ程度に十分厚い。重量の減少範囲は、成形された物体の必要性と合うように、１、２、および３重量％乃至５、７、１０、２０、および３０重量％の範囲から別個に選択することができる。
【００２３】
少なくとも一実施形態では、ショットが完全に金型内に注入された後、逆圧ガスの排出は、約１．５秒乃至約１０秒の時間にわたって遅れる。他の実施形態では、ガス排出の遅れは約３秒乃至約８秒である。ガス排出の遅れの特性、加圧ガスの排出時間、および／またはガス排出時間中の金型内の逆圧の圧力グラフは、得られる物体の構造、特にスキン厚および発泡コアの評価に役立つ。逆圧の加圧ガス圧力が大きくなるほど、スキンは厚くなる。ガス排出までの待機時間が長いほど、スキンは厚くなる。この性質は、発生するボイドの直径および量を制御することによって、物体内に特性の勾配を設けるために利用することができる。この性質は、金型の冷却特性および部分設計と併せて発展させる必要がある場合がある。発泡樹脂の射出成形処理にガスを逆圧に加えることにより、側面に固形スキンを有し、低圧の成形発泡コアを有する物体の製造が現在は可能であり、物体の美観をクラス「Ａ」レベルまで向上させ、本来の未発泡熱可塑性材料の本来の物理的特性の大部分を物体の一般構造に付与する。
【００２４】
未発泡樹脂の物理的特性のほぼ総てが回復することに加えて、スキン／発泡コア／スキンの新しいサンドイッチ状構造は、サンドイッチ区画の幾何学特性によって更なる強度を得ることができる。この種類の構造は、同じ樹脂重量の固形区画よりも高い曲げ弾性率を実現することができるが、物質密度は低くなる。この曲げ弾性率は以下の公式：
サンドイッチ状構造の曲げ弾性率  α（サンドイッチの厚さ）３
によって算出することができる。
【００２５】
得られる物体の例がトラックバンパのフェイシアであり、これは中央発泡コアの近くおよびその周りに厚さが少なくとも１．５ｍｍのスキンを有している。可視できる前部スキンは「Ａ」表面と称される面を示し、中央発泡コアによって支持されており、この中央発泡コアはさらに「Ｂ」表面と称される背面スキンを支持し、通常は取付機能を提供する。本実施形態におけるスキンおよび発泡コアは、Ａｍｐａｃｅｔの＃７０１０３９−Ｈの化学発泡剤と耐久性があるＬＹＯＮＤＥＬＬ  ＢＡＳＥＬＬ  Ｓｅｑｕｅｌの＃１７１５ＴＰＯの１重量％の混合物で射出成形されており、公道に生じる細片の典型である点衝撃による損傷に耐える利点を有している。この材料と方法の組み合わせの更なる利点は、フェイシアのＢ面上にスキン−発泡体−スキン構造を有する実装ボスおよび大きい構造リブが形成可能であることから生じる。しかし、スキンとしてフェイシア上に固形成形用樹脂の成形処理を通じて生成すると、フェイシア構造の裏の重量構造リブの反対の位置に、フェイシアの固体表面上の収縮によるひけの問題が再び生じる場合がある。「Ｂ」表面上の大型の構造リブおよびボスとは逆に、ひけがないクラス「Ａ」表面を有する構造物体を作るために、成形用樹脂の不均一な収縮に対処する必要がある。
【００２６】
殆どの熱可塑性成形用樹脂の製造者は、標準の成形物体におけるひけ問題を避けるため、基部を囲む（ｗａｌｌ ｓｔｏｃｋ）リブサイズがＴＰＯについて推奨が約２５％であることを公にしてきた。現在推奨されているリブに対する基部を囲む厚さの割合は、使用される熱可塑性材料に応じて４５％程度であってもよいと理解すべきである。その割合が推奨値を超えて増加するにつれて、大きな質量の多くの熱の集中が更にゆっくりと周囲環境まで冷却され続け、大きい質量区画では周囲が薄い区画よりも材料の収縮が長く続く。周辺環境の温度に到達する際に生じる遅れによって、前部表面が長く、さらに内側へ出ることが可能となり、これにより、ひけマークのような表面ひずみが起こる。
【００２７】
クラス８の重量トラックフェイシアのような、大きい「Ｂ」表面構造を有する構造物体は、逆圧のガスを利用し、発泡熱可塑性オレフィンまたは他の透明、半透明または非晶質成形用樹脂で成形することができる。得られる部分は、通常約６ｍｍの基部を囲む厚さよりも厚いが、１乃至１０ｍｍあるいは約６ｍｍまたはそれ以上の範囲から別個に選択される。ＴＰＯについて推奨されているリブサイズと基部を囲む厚さの割合を大きく超える大型リブもまた、成形することができる。この割合の比例的増加は、他のプラスチックを用いた場合における本発明の処理で想定できる。
【００２８】
逆圧と発泡ＴＰＯの組み合わせでは、リブサイズと基部を囲む厚さの割合は、５０％程度であってもよい。驚くべきことに、この方法とこの材料の組み合わせは、リブのフィレットおよび金型表面の「Ｂ」表面上の突起部の使用を組み合わせる場合、リブ幅と基部を囲む厚さの割合が約３００％またはそれ以上の時にＴＰＯについて所望のクラス「Ａ」表面をもたらす。リブ幅と基部を囲む厚さの割合は、２５％、５０％、７５％乃至１０００％、１０００％未満、または１００％の範囲から別個に選択することができる。大きすぎるリブを追加すると、構造の妥当性、フェイシアの強度と剛性の双方が向上する効果がある。さらに大きすぎるリブはまた、部品をトラックのシャシーに装着するために使用される取付ブラケットを受ける部分の背面に取り付けられる。この組み合わせは、装着しているブラケット以外に更なる強化構造またはブレースを必要としないように設計された、クラスＡのフェイシアにおいて有用である。これにより、製造者は更なる構造にかかる費用減ずる。これは、必要な構造の妥当性を実現するために、設計者が支持梁のような別個の要素を使用してフェイシアに装着するのを避けることにも役立つ。更なる利点は、フェイシアの寸法の安定性が、成形による誘発応力を取り除くことによって向上しうることである。応力が減少すると、特に亀裂および割れ目の広がりに関して、フェイシアの構造耐久性が増加することがある。これは、取付穴部の場所に金属、プラスチックまたは非プラスチック補強要素といった外的材料を挿入して過成形する場合、特に有用である。
【００２９】
多くの種類のポリマおよびポリマ組成物は、スキンおよび発泡コアの層に対するプラスチック基質としてこの処理で用いることができる。この組成物の非制限的な実施例は、熱可塑性材料、および軽く架橋結合された熱可塑性材料を含んでもよい。発泡コア物体のために選択されるプラスチックは、その物理的特性および溶融特性に基づいて選択されうる。例えば、トラックバンパのフェイシアは、車道から舞いあがった細片の典型である小さい点衝撃に関して耐久性があるという利点を有する比較的に弾性の材料であってもよい。耐久性があるプラスチックの非制限的な例は、非晶質プラスチック、オレフィン、熱可塑性ポリオレフィン、および熱可塑性エラストマを含む構造発泡体を含むことができる。これらのポリマは、様々なプラスチックの混合物、ならびに可塑剤、ゴム強化剤、グラフト、機能的フィラー、およびフィラーといった補強剤および添加物を含みうると理解されたい。金型を開けずに、同一または異なるプラスチックおよび／または発泡剤を複数回で注入することは、本発明の精神を侵害する場合がある。
【００３０】
多くのボイドを有するプラスチック基質を生成するため、発泡剤は通常、プラスチックが溶融する前にプラスチックに添加されるが、プラスチック基質が溶融している間またはその後に添加してもよい。発泡剤は、吸熱性固形物、発熱性固形物、および二成分系固形物といった化学発泡剤；および／またはプラスチック基質内に浸出または溶解する液体のような物理的発泡剤、プラスチックシェルの内部にある発泡剤のコア−シェルの組み合わせ、および／または圧力下で溶融プラスチック内に注入または溶解されるガスを含んでもよい。一実施形態では、熱可塑性材料に加えられる発泡剤の量は約０．５重量％またはそれ以上であり、用途に依存する。さらなる実施形態では、発泡剤は約１重量％またはそれ以上である。  
【００３１】
発熱発泡剤の非制限的な実施例は、発熱発泡濃縮物である。発泡濃縮物は、不均一成核剤を含んでもよい。不均一成核剤の例は、改質アゾジカルボンアミド（ＡＤＣ）のようなアゾ系成核剤であり、これは製品＃７０１０３９−Ｈのような化学発泡剤としてＡｍｐａｃｅｔ社で販売されている。二酸化炭素に対して、窒素ガスの放出はＡＤＣの助けとなる。窒素ガスは比較的に低い分子量を有しており、さらに反応するようにする。窒素の優れた発泡特性は、プラスチックおよびＡＤＣのマスターバッチがたった２０重量％のみを使用するということを示している。さらに典型的な５０重量％の二酸化炭素に対して、ＡＤＣは化学発泡剤を生成する。化学発泡剤および発熱発泡濃縮物はさらに、物理的な発泡剤と併用して使用してもよい。成核剤の他の例は、タルクやシリカといった粒子状固形物でもよい。
【００３２】
成核剤は一般に、成核剤を使用しない場合よりも比較的微細なセル構造をもたらす。微細なセル構造は、タルクを用いて実現できる密度に対して、プラスチック基質の密度について１乃至１５％を絶対的に減少させることができる。ＡＤＣが溶融プラスチック内に細かく分散する場合、マイクロセル構造を含む非常に微細なセル構造を生成することがある。アゾ系成核剤を用いると、重量の３９％またはそれ未満を絶対的に減少させることができる。一般的に、平均のセル直径は、成核剤としてＡＤＣを用いる場合、約０．１ｍｍ乃至約０．５ｍｍとすることができる。このセル直径は、逆圧によってセルの成長を抑制することにより、さらに減少しうる。セルサイズは、０．０３５ｍｍ、０．０５０ｍｍ、０．０７５ｍｍおよび０．１ｍｍ乃至０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍおよび１ｍｍの範囲から別個に選択することができる。
【００３３】
ＡＤＣのような成核剤を使用する場合、溶融プラスチックと成核剤を混合するために使用する機械の温度および金型の温度を注意深く制御することが重要である。発泡が所望される直前に成核剤が活性化することが望ましい。活性化が早すぎると、成核剤の効果の損失をもたらす場合がある。ガスの発生温度は、１６５、１７０、１８０、または２００℃乃至２１５、２００、１８２、または１７５℃の範囲から別個に選択することができる。最大処理温度は、２３０℃乃至２６０℃、またはプラスチックの劣化温度より１０℃程度低い温度でもよい。発泡剤濃縮物または他の化学発泡剤は、（希釈比）０．１、１、２、５重量％乃至１０、２０、３０重量％から別個に選択された範囲にわたって、プラスチック基質内で希釈されてもよい。発泡剤濃縮物または他の化学発泡剤を中で混合するプラスチックは、射出成形グレードの範囲内であってもよい。射出成形グレードの特性の例として、添加物および発泡剤を添加する前のメルトインデックスは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １２３８コンディションＬの手段によって測定した場合、５乃至１００ｇｍ／１０分の範囲であってもよい。
【００３４】
［実施例１］
ＳＯＬＶＡＹ  ＳＥＱＵＥＬの製品番号１７１５によるＴＰＯ樹脂をプラスチック樹脂基質として使用する。この樹脂はＳＥＱＵＥＬの番号１９８０ＨＩに基づいており、処理されたポリオレフィンは低い線形熱膨脹係数を有する。ポリオレフィンは、ＡＭＰＡＣＥＴの番号７０１０３９−Ｈによって与えられる１重量％の発熱化学発泡剤と混合され、これは約２０％改質ＡＤＣを含んでいる。
【００３５】
［実施例２］
ＰＨＯＥＮＩＸ  ＰＬＡＳＴＩＣＳは、ポリオレフィンを使用してマスターバッチを構築させる。ＣＥＬＬ−ＳＰＡＮ１０００は、強力な共有結合に匹敵する指向性水素結合の形成を可能にする、超分子化学で形成されたポリオレフィンポリマを使用する。ＣＥＬＬ−ＳＰＡＮの製品ラインに使用される発泡剤は、成核剤の作用を含む。希釈比は１％だが、重量によっては０．２％程度とすることができる。ＣＥＬＬ−ＳＰＡＮ１０００は、吸熱性化学発泡剤である。これは、微細セル直径構造の代わりに小さいセル構造を作ることを意図している。
【００３６】
［実施例３］
ＳＯＬＶＡＹ  ＳＥＱＵＥＬの製品番号１９８０ＨＩによるＴＰＯ樹脂を１％のＴＥＣＨＭＥＲ  ＴＥＣＨＳＰＥＲＳＥのＴＲＣＥＮ４０３１０ＥＳ型と混合して、マスターバッチを形成する。
【００３７】
［実施例４］
ＳＯＬＶＡＹ  ＳＥＱＵＥＬの製品番号１９８０ＨＩによるＴＰＯ樹脂は、ＳＥＱＵＥＬの番号１７１５から生成されており、制御材料を含んでいる。
【００３８】
［実施例５］
この実施例の物体、６インチ×８インチ（４８ｉｎ２、３１０ｃｍ２）のプラークは、実施例１、２、３、および４で使用する材料から成形され、表１の状態および結果を示す。
【００３９】
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【００４０】
化学発泡剤を使用すると、クランプ力が３００重量トン（２６７０ｋＮ）から７５重量トン（６６７ｋＮ）まで、または最大で約７５％減少する。本来のＴＰＯ制御に対して発泡剤がＴＰＯに添加された場合、ショット量が３重量％乃至１３重量％の範囲で減少する。しかしながら、ショット時間は、最大で１０．５９秒、１．３４乃至１０．５９秒にわたって増加する。結果として、サイクル時間もまた、３０秒または最大で３３％増加する。ガスの逆圧は、５０乃至１５０ｐｓｉ（３４９乃至１０３４ｋＰａ）の範囲にわたる。生じる生成物およびその仕様に応じて、ショット量、ショット速度、およびガスの逆圧の更なる組み合わせを利用できることを理解されたい。
【００４１】
この一連の実施例では、逆圧のガスが約３秒間にわたって排出される。サイクル時間に寄与する保持時間は、化学発泡剤を利用すると１５秒または１００％程度増加した。実施例１による材料は、保持時間を過ぎて発泡する傾向を示しがちである。このプラーク部分は、約１％乃至約７％の重量の減少を示している。
【００４２】
実施例１の材料では、セル構造を隠し、クラスＡの表面を提供するほど十分に厚いスキンを作るために、更なるガスの逆圧が必要であるということは驚くべきである。増加した逆圧は、他の化学的に起泡したＴＰＯと比較して、増加量が２５％から３００％範囲にまで及ぶ。実施例２および３に対して実施例１を使用する場合、発泡剤は、化学発泡剤の反応性において驚くべきほど著しい差異を示す。比較的大きな逆圧に係わらず、発泡層は広範囲に発泡し続ける。これは、耐久性にとって望ましい比較的厚いスキンと、比較的に均一に配分された非常に細かいセル直径の発泡セルとを有するプラーク試料をもたらす。このセルは、さらに、等方性の形状が望ましい。
【００４３】
［実施例６］
実施例１による材料を用いて、発泡体の膨脹試験を実施する。発泡体の膨脹特性の限界を決定するため、条件を満たすプラークを作るのに十分な樹脂および発泡混合体で５．０ｍｍキャビティを満たす。その後、同一のショット量を７．０ｍｍキャビティ内に注入し、１５０ｐｓｉ（１０３４ｋＰａ）のガスの逆圧がある状態で常態の限界まで発泡できるようにする。生じたプラークが条件を満たす品質の場合、発泡体が最小密度に達して、さらに条件を満たすプラークを得る程度に至るまでショット量が減るように調整される。ショットが少ないために生じたプラークが品質に関して条件を満たさない場合、発泡体が最小密度に達して、条件を満たすプラークを得る程度に至るまでショット量を増やして調整される。本来の設定に対するショットの偏差を比較することによって、フリーライズ変化の程度が算出される。結果を表２に示す。
【００４４】
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【００４５】
ガスの逆圧を加えた後に良好な表面を有する、完全に発泡した５．０ｍｍのプラークを実現するため、発泡体のセル構造が最大限になる時点までキャビティを充填する量を最小にする。セル構造が最大になる時点では、この部分はさらに、優れた表面の外観および部分妥当性を有するべきである。この最小にする試みの結果、大きいキャビティ内に同じショット量を導入してもさらに膨脹が起きない程度にまで、更にセルが膨脹する可能性が減少する。この結果は、少ないショット部分に関連する品質問題の検出を含む。
【００４６】
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驚くべきことに、リブのフィレットおよび金型表面のＢ表面の突起部の使用を組み合わせた場合、この方法とこの材料の組み合わせは、比較的大型の物体に所望のクラス「Ａ」表面をもたらす。
【００４７】
本発明の実施形態について図示および説明してきたが、これらの実施形態は本発明において可能な総ての形状を図示および記載していると意図するものではない。むしろ、本明細書において使用する用語は、限定ではなく説明するための用語であり、本発明の精神および範囲を超えることなく様々な変更が可能であると理解すべきである。
【国際調査報告】
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