(57)【要約】気泡構造を有する材料は、溶融延伸した顆粒から形成される。延伸面間で圧縮された顆粒を溶融して、顆粒端部を延伸面に接着させる粘性溶融層を形成する。面を互いに離れるように移動することによって、溶融した顆粒の中央部分を延伸することができる。そうして、溶融層間に気泡構造を形成し、これら両方を固化して固体材料を形成する。また、気泡材料は、溶融延伸可能な材料を溶融して、中央部分で接続された対向する表面層から形成される粘性溶融塊シートを形成し、表面層を互いに離れるように引っ張ることにより中央部分を延伸して、当該中央部分全体にランダムに分布する空気セルを形成し、中央部分及び表面層から形成される気泡コア及びスキンを固化することによっても形成可能である。
2014517113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気泡材料を形成する方法であって、
第一面及び第二面の間で圧縮された顆粒を溶融し、前記顆粒の第一端部を前記第一面に接着させる第一粘性溶融層と、前記顆粒の第二端部を前記第二面に接着させる第二粘性溶融層とを形成する溶融ステップと、
前記第一面及び前記第二面を互いに離れるように移動することによって、溶融した前記顆粒の中央部分を、前記第一端部及び前記第二端部の間で延伸し、前記第一粘性溶融層及び前記粘性第二溶融層の間に気泡構造を形成する延伸ステップと、
前記第一粘性溶融層及び前記第二粘性溶融層並びに前記気泡構造を固化して、前記気泡構造から形成される気泡コアと、前記第一粘性溶融層及び前記第二粘性溶融層から形成されるスキンとを有する固体材料を形成する固化ステップと
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記第一面及び前記第二面は、略平行である、方法。
【請求項３】
請求項２又は３記載の方法において、前記第一面及び前記第二面は、略平面である、方法。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の方法において、前記溶融ステップは、前記顆粒を加熱する加熱ステップを含む、方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記加熱ステップは、前記顆粒を当該顆粒の溶融温度より高い温度まで加熱するステップを含む、方法。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の方法において、前記固化ステップは、冷却するステップを含む、方法。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の方法において、前記顆粒は、熱可塑性ポリマーで形成されている、方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、前記熱可塑性ポリマーは、ポリプロピレン又はポリエチレンを含む、方法。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれかに記載の方法において、当該方法はさらに、前記第一面及び前記第二面を前記固体材料から分離するステップを含む、方法。
【請求項１０】
溶融延伸した顆粒から形成される気泡構造を有する材料。
【請求項１１】
請求項１０記載の材料において、当該材料は、前記気泡構造を覆うスキンを有する、材料。
【請求項１２】
請求項１１記載の材料において、前記気泡構造は、前記スキンと接続するウェブを有する、材料。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の材料において、前記スキンの気孔率は２％未満である、材料。
【請求項１４】
請求項１０乃至１３いずれかに記載の材料において、前記気泡構造の気孔率は、約１０％以上である、材料。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４いずれかに記載の材料において、前記顆粒は、熱可塑性ポリマーで形成されている、材料。
【請求項１６】
請求項１５記載の材料において、前記ポリマーは、ポリプロピレン又はポリエチレンを含む、材料。
【請求項１７】
請求項１０乃至１６いずれかに記載の材料において、前記気泡構造は、ランダムに配置されたハニカムセルを有する、材料。
【請求項１８】
気泡材料を形成する方法であって、
溶融延伸可能な材料を溶融して、中央部分で接続された対向する表面層で構成される粘性溶融塊シートを形成するステップと、
前記中央部分を前記表面層から分裂させることなく、前記表面層を互いに離れるように引っ張ることによって、前記中央部分を延伸して、前記中央部分全体にランダムに分布する空気セルを形成し、それにより、延伸された前記中央部分から気泡コアを、前記表面層からスキンを、それぞれ形成するステップと、
前記気泡コア及び前記スキンを固化して、気泡板材料を形成するステップと
を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記表面層は、略平行である、方法。
【請求項２０】
請求項１８又は１９記載の方法において、前記表面層及び前記スキンは、略平面である、方法。
【請求項２１】
請求項１８乃至２０いずれかに記載の方法において、前記表面層の一方を第一引張部材に、前記表面層の他方を第二引張部材に、それぞれ接着し、前記第一引張部材及び前記第二引張部材を互いに離れるように移動することによって、前記表面層を互いに離れるように引っ張る、方法。
【請求項２２】
請求項１８乃至２０いずれかに記載の方法が、前記溶融塊シートを一対のニップローラに連続的に供給するステップを含み、
前記ニップローラは、
前記シートの一部が前記ニップローラに供給されると、前記シートの一部を、前記ニップローラの間で圧縮し、
前記シートの一部が前記ニップローラの間で圧縮される際に、前記シートの一部と接着し、
前記シートの一部の固化及び前記ニップローラからの分離に先立って、前記シートの一部が前記ニップローラから出る際に、前記シートの一部の前記表面層を互いに離れるように引っ張る、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気泡材料及びそうした材料の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気泡材料には様々な用途があり、航空宇宙、自動車、包装、建設等を含む多くの産業で有用である。通常タイプの気泡材料は、発泡プラスチックである。一般的には、厚手の気泡シート材料を、表面シートとして知られる２枚の薄いシートパネル間に挟んだものである。典型的には、表面シートは、例えば接着剤によって、気泡シート材料に接着されており、また表面シートは、気泡シート材料とは異なる材料である。
【０００３】
気泡材料の一般的な製造技術は、気体セルをプラスチック材料内部に作り、その後、プラスチック材料を固化する発泡成形である。典型的な例として知られる発泡技術では、材料の生産プロセスにおいて材料内部に気体セルを作る膨張剤の使用を伴う。そして、それから、発泡材料を熱成形プロセスといった成形プロセスに供して、所望の製品形状を得る。
【０００４】
多数の熱成形技術が知られている。典型的には、プラスチックシートを成形し易い成形温度まで加熱し、金型内、又は金型を用い、プラスチックシートの表面形状が金型の一部の表面形状に一致するようにして特定の形状に成形する。例えば、典型的な熱成形技術としては、真空成形、射出成形、圧縮成形、押出し、延伸成形及びその他の技術が挙げられる。延伸成形とは、加熱後の熱可塑性シートをシート面に沿って金型上で延伸させ、その後冷却する方法である。通常、シートは十分に高い温度まで加熱されるため、金型内又は金型上へとシートを延伸することができ、それから最終形状となるように冷却することができる。
【０００５】
バブルラップ（登録商標）材料は、典型的には、第一プラスチックシートを第二プラスチックシート上に積層することよって形成され、この第二プラスチックシートは、真空を適用して空隙壁と一致するように該第二シートを吸引し、空隙を有する成形面をしっかりと覆っており、これによって、気泡を、積層したシートの間に閉じ込めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
気泡材料の別の製造方法及び成形方法を提供することが所望されている。
【０００７】
また、利便性に優れた簡便な気泡材料の製造方法及び成形方法、並びに気泡コア、及び同一材料で作られた緻密なスキンを有する気泡材料の形成方法を提供することが所望されている。
【０００８】
さらに、比較的軽量で高い機械的強度を有するといった所望の性質の組合せを備える気泡材料を提供することが所望されている。
【０００９】
さらに、改良、修復又はリサイクルが比較的容易な気泡プラスチック材料を提供することが所望されている。
【００１０】
本発明者らは、比較的高い溶融強度を有する溶融延伸可能な材料を溶融延伸することによって、膨張剤の使用又は異なる材料シートの積層を行うことなく、気泡材料を製造できることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、第一の側面において、本発明は、気泡材料を形成する方法であって、第一面及び第二面の間で圧縮された顆粒を溶融し、上記顆粒の第一端部を上記第一面に接着させる第一粘性溶融層と、上記顆粒の第二端部を上記第二面に接着させる第二粘性溶融層とを形成する溶融ステップと、上記第一面及び上記第二面を互いに離れるように移動することによって、溶融した上記顆粒の中央部分を、上記第一端部及び上記第二端部の間で延伸し、上記第一溶融層及び上記第二溶融層の間に気泡構造を形成する延伸ステップと、上記第一溶融層及び上記第二溶融層並びに上記気泡構造を固化して、上記気泡構造から形成される気泡コアと、上記第一溶融層及び上記第二溶融層から形成されるスキンとを有する固体材料を形成する固化ステップとを含む、方法を提供する。
【００１２】
例示的実施形態において、第一面及び第二面は、略平行とすることができる。また、第一面及び第二面は、略平面とすることができる。顆粒は、例えば、当該顆粒の溶融温度超の温度まで加熱することによって、加熱溶融することができる。溶融層は、冷却により固化することができる。顆粒は、熱可塑性ポリマーから形成することができる。熱可塑性ポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン又はその他の適切な材料を含み得る。その後、それらの面は、固体材料から分離することができる。
【００１３】
別の側面において、本発明は、溶融延伸した顆粒から形成された気泡構造を有する材料を提供する。
【００１４】
例示的実施形態において、材料は、気泡構造を覆うスキンを有することができる。気泡構造は、スキンを接続するウェブを有することができる。スキンの気孔率は、２％未満とすることができる。気泡構造の気孔率は、約１０％以上とすることができる。顆粒は、熱可塑性ポリマーで形成することができる。上記ポリマーは、ポリプロピレン又はポリエチレンを含んでもよい。気泡構造は、ランダムに配されたハニカムセルを有することができる。
【００１５】
さらに別の側面において、本発明は、気泡材料を形成する方法であって、溶融延伸可能な材料を溶融して、中央部分で接続された対向する表面層で構成される粘性溶融塊シートを形成するステップと、上記中央部分を上記表面層から分裂させることなく、上記表面層を互いに離れるように引っ張ることによって、上記中央部分を延伸して、上記中央部分全体にランダムに分布する空気セルを形成し、それにより、延伸された上記中央部分から気泡コアを、上記表面層からスキンを、それぞれ形成するステップと、上記気泡コア及び上記スキンを固化して、気泡板材料を形成するステップとを含む、方法を提供する。
【００１６】
例示的実施形態において、表面層は、略平行とすることができる。表面層及びスキンは、略平面とすることができる。表面層の一方を第一引張部材に、表面層の他方を第二引張部材に、それぞれ接着し、第一引張部材及び第二引張部材を互いに離れるように移動することによって、表面層を互いに離れるように引っ張ることができる。溶融塊シートを一対のニップローラに連続的に供給することができる。ニップローラは、当該シートの一部がニップローラに供給されると、当該シートの一部をニップローラの間で圧縮し、当該シートの一部が一対のニップローラの間で圧縮される際に、当該シートの一部と接着し、当該シートの一部の固化及びニップローラからの分離に先立って、当該シートの一部がニップローラから出る際に、当該シートの一部の表面層を互いに離れるように引っ張ることができる。
【００１７】
本発明の他の側面及び特徴は、以下の特定の実施形態の説明を添付の図面と併せ読むことによって当業者により明らかになるであろう。
【００１８】
以下の図は、本発明の実施形態を例示目的でのみ示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）は、本発明の実施形態の一例として、熱可塑性顆粒を溶融延伸することによって気泡材料を形成するための構成を示す概略側面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示されている構成の概略平面図である。
【図２】図１（Ａ）に示されている構成の概略側面図であり、加熱により顆粒を溶融した結果を示す図である。
【図３】図１（Ａ）に示されている構成の概略側面図であり、上部プラテンを上昇させて溶融した顆粒を延伸させた状態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の一例として、図１（Ａ）（Ｂ）、図２及び図３に示されているプロセスで形成された気泡材料を示す概略側面図である。
【図５】気泡材料試料の一部を示す上部視野画像である。
【図６】気泡材料試料を示す斜視画像である。
【図７】気泡材料試料のウェブ厚さ分布を示す棒グラフである。
【図８】気泡材料試料のウェブ長さ分布を示す棒グラフである。
【図９】ある気泡材料試料の内部セル構造を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図１０】別の気泡材料試料の内部セル構造を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図１１】さらに別の気泡材料試料の内部セル構造を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図１２】気泡材料試料の強度を示す線グラフである。
【図１３】ある歪みを負荷した際の内部セル構造を示すＳＥＭ画像である。
【図１４】別の歪みを負荷した際の内部セル構造を示すＳＥＭ画像である。
【図１５】さらに別の歪みを負荷した際の内部セル構造を示すＳＥＭ画像である。
【図１６】さらに別の歪みを負荷した際の内部セル構造を示すＳＥＭ画像である。
【図１７】別の気泡材料試料の圧縮強度を示すデータグラフである。
【図１８】別の気泡材料試料の弾性係数を示すデータグラフである。
【図１９】別の気泡材料試料の荷重−撓みを示すデータグラフである。
【図２０】試料材料の曲げ強度を示すデータグラフである。
【図２１】試料材料の曲げ剛性を示すデータグラフである。
【図２２】様々な相対密度の試料における不良メカニズムを示すデータマップである。
【図２３】様々な試験試料の荷重−撓みを示すデータグラフである。
【図２４】様々な試験試料の荷重−撓みを示すデータグラフである。
【図２５】様々な試験試料の荷重−撓みを示すデータグラフである。
【図２６】溶融延伸によって気泡材料を形成するためのニップローラ設備を示す概略側面図である。
【図２７】溶融延伸によって気泡材料を形成するための別のニップローラ設備を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の例示的実施形態は、図１（Ａ）（Ｂ）、図２、図３及び図４に示されているような気泡材料の形成方法に関する。
【００２１】
図１（Ａ）（Ｂ）に示されているように、溶融延伸可能な顆粒１００の層を、上面１０４を有する下側プラテン１０２と下面１０８を有する上側プラテン１０６との間で圧縮する。面１０４及び１０６は、一般的に平面で略平行であり、本明細書では延伸面と呼称され得る。
【００２２】
顆粒１００は、任意の適切な形状又はサイズを有することができる。図では全体的に球状の顆粒が描かれているが、その他の形状も別の実施形態では適切であり得る。例えば、立方形状又はランダム形状の顆粒を用いてもよい。顆粒のサイズは、製品における所望のサイズ及び特性、又は特定用途の要件に基づいて選ぶことができる。特定の実施形態においては、顆粒サイズは、約２〜８ｍｍの範囲で変化させることができる。例えば、製品密度を一定とすると、厚い板製品が所望される場合には、大きな顆粒を用い、薄い板が所望される場合には、小さな顆粒を用いればよい。また、板厚を一定とすると、気孔率の高い製品が所望される場合には、小さな顆粒を用いればよい。顆粒１００の形状又はサイズは、概ね均一とすることができる。ただし、いくつかの実施形態においては、顆粒１００の形状又はサイズにいくらかのばらつきを持たせることができる。こうしたばらつきは、以下にさらに説明するように、ランダムであっても制御してもよい。いくつかの実施形態においては、市販の製造元による標準プラスチックペレットを都合よく用いることができる場合もある。顆粒のサイズは、所望の面密度（プラテン表面における単位面積あたりの顆粒材料の重量）を実現できるように選択することができ、同様に、得られる製品の気孔構造及び厚さを制御するために選択することができる。
【００２３】
顆粒１００は、熱可塑性ポリマーを含み得る、溶融延伸可能な材料で作られる。溶融延伸可能な材料とは、溶融した材料が延伸力下で破断することなく継続的かつ十分に変形することができるような、比較的高い溶融強度を有する材料を言う。適切な溶融延伸可能なポリマーには、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレン（ＰＥ）が含まれる。以下で明らかになるように、溶融延伸可能な材料は、室温より十分に高い溶融温度と、溶融状態での比較的高い粘度と、低メルトフローインデックス（ＭＦＩ）又は高い溶融強度とを有する必要がある。当業者には理解されるように、メルトフローインデックス、メルトフローレート及びメルトインデックスは、同一の特性を言及するために同義で用いられることが多い。
【００２４】
例えば、溶融強度が約０．３１Ｎのポリプロピレン（ＰＰ）は適切である。溶融強度は、ＩＳＯ１６７９０（ＩＳＯ１６７９０：２００５「プラスチック‐溶融状態にある熱可塑性樹脂の引抜き特性（２００５）」を参照のこと）に従って測定することができる。
【００２５】
また、当業者には理解されるように、溶融延伸可能な材料は、最終製品が用いられる特定の用途について、所望の性質を有していなければならない。任意には、さらに後述するように、様々な添加剤を顆粒１００に組み入れることができる。
【００２６】
プラテン１０２及び１０６は、任意の適切な材料で作ることができる。例えば、アルミニウムといった金属を用いることができる。顆粒材料の溶融層がプラテン１０２及び１０６の面１０４及び１０８に対して十分な接着性を有するように、用いる顆粒材料に応じて、面１０４及び１０８を選択する。その理由は以下で明らかになるであろう。溶融延伸可能な材料を固体状態において容易に面１０２及び１０４から分離することができれば好都合である。必要又は所望であれば、面１０４及び１０８に表面処理を施し、顆粒材料との間の所望の接着性及び適合性を実現することができる。
【００２７】
顆粒１００は、所望される製品によって、プラテン１０２及び１０６の間に密に又は疎に充填することができる。例えば、顆粒を疎に充填すれば、密度の低い最終製品が得られる。ただし、顆粒１００は、次に説明するプロセスを行うことができるように、互いに十分に密でなければならない。特には、顆粒１００は、完全な最終製品が得られるように十分に密でなければならない。
【００２８】
図２に示されているように、粘性溶融層１１０が面１０４上に、粘性溶融層１１２が面１０８上に、それぞれ形成されるように、顆粒１００に熱を加えて、熱可塑性材料を十分に軟化及び溶融する。熱は、プラテン１０２及び１０６を介して加えることができる。また、高温ガス又は熱風を、面１０４及び１０８の間の隙間から顆粒１００に送り込んで顆粒を加熱することもできる。加える熱及び顆粒温度は、顆粒１００の中央部分１１４を軟化及び溶融させる一方で、破断（分裂）すること又は伸縮性を損なうことがないように、制御しなければならない。いくつかの実施形態においては、隣接する溶融した顆粒１００の間にいくらかの空隙が依然として存在することも、隣接する顆粒１００の間でわずかな接触及び結合が生じることもある。他の実施形態においては、溶融した顆粒を圧縮して、ほとんど空隙のない連続した溶融塊シートを形成することができる。溶融層１１０及び１１２は、面１０４及び１０８に接着するので、溶融層１１０は、溶融した顆粒１００の下側端部を面１０４に、溶融層１１２は、溶融した顆粒１００の上側端部を面１０８に、それぞれ接着することになる。溶融層１１０及び１１２の厚さを形成又は制御するために、面１０４及び１０８の間の距離を、顆粒１００の加熱・溶融前、中又は後に調節することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態においては、顆粒１００をまず溶融し、それから圧縮する。他の実施形態においては、顆粒１００をまず延伸面１０４及び１０８の間で圧縮し、それから圧縮圧力を加え続けながら溶融する。顆粒１００に加える圧縮圧力は、顆粒の軟化に応じて調節することができる。
【００３０】
次に、図３に示されているように、プラテン１０６を持ち上げ、溶融した中央部分１１４を延伸して気泡構造１１６を形成する。このようにすれば、延伸された中央部分１１４’が薄くなり、より大きな空隙１１８が、延伸された薄い中央部分１１４’の間に生じる。プラテン１０６を上昇させると、プラテン１０２は定位置に固定されるか、又は、同時に下降され得る。溶融した顆粒１００を延伸するために、プラテン１０２及び１０６を任意の適切な方法で移動させて、延伸面１０４及び１０８を互いに離れるように移動させることができる。延伸面１０４及び１０８の間の最終的な距離は、製品板の所望の厚さに基づいて選択することができる。
【００３１】
すでに理解されているように、溶融した顆粒材料が粘着性を有し、延伸面に対して十分な接着性を有するように、顆粒材料及びプラテン材料を選択すれば、延伸面に表面処理を施す必要がなく、好都合である。例えば、溶融ＰＰはアルミニウム面に対して十分な接着性を有することが分かっている。
【００３２】
すでに理解されているように、溶融した顆粒材料は、中央部分１１４が分裂することなく所望の程度まで延伸されるのに十分な粘度又は溶融強度を有していなければならない。
【００３３】
延伸面１０４及び１０８を互いに離れるように選択した距離まで移動させると、その距離が維持され、延伸した材料は冷却され、そして固化され得る。延伸した材料は空冷することができる。大量生産では、冷却プロセスを高速化して製造サイクル時間を向上することができる。
【００３４】
図４に示されているように、固化した材料は、気泡コア１２６によって接続されたスキン１２２及び１２４を有する板１２０を形成する。スキン１２２及び１２４は、層１１０及び１１２から形成（固化）され、気泡コア１２６は、気泡構造１１６から形成（固化）される。気泡コア１２６は、空隙１１８から形成されるセル１２８を画定する。スキン１２２及び１２４は、気泡コア１２６に比べて高密度かつ低気孔率である。例えば、スキン１２２及び１２４は、約２％以下の気孔率を有し、気泡コア１２６は、約１０％以上の気孔率を有することができる。特定の実施形態においては、コアの気孔率は、約２０％以上とすることができる。いくつかの実施形態においては、コアの気孔率は、約５０％以上とすることができる。また、いくつかの実施形態においては、コアの気孔率は、約８５％〜約９５％とすることができる。用いる顆粒材料によっては、スキン１２２及び１２４の孔をなくしてもよい。好都合なことに、冷却後及び固化後の熱可塑性材料は、面１０４及び１０８から容易に剥離することができる。いくつかの実施形態においては、スキン１２２及び１２４は延伸面１０４及び１０８から自動的に剥離し得る。
【００３５】
理解されるように、板厚は、材料を冷却、固化する際の延伸面１０４及び１０８の間の（「冷却距離」と呼称される）距離を調節することによって、調節することができる。一方、気泡コア１２６の気孔率又は相対密度は、顆粒の最初の充填と、延伸面１０４及び１０８の間の冷却距離とを調節することによって、制御することができる。
【００３６】
顆粒１００は、各顆粒１００の延伸後の中央部分１１４’が、スキン１２２及び１２４に接続する薄いウェブを形成し、気泡コア１２６がウェブ構造を有するように、溶融延伸することができる。いくつかの実施形態においては、ウェブの中央の厚さは、１ｍｍ未満とすることができる。顆粒１００を最初にランダムに延伸面間に分布させた場合、ウェブ構造は、不規則な（ランダムに配置された）ハニカム構造をとり得る。
【００３７】
板１２０は、さらに処理することができる。例えば、外付けの表面シート（図示せず）を板１２０の側面の１つ又はそれぞれに貼付又は接着することができる。表面シートは、ポリマー又は金属等の任意の材料で作ることができる。熱可塑性ポリマー表面シートを、外面接着剤を用いずに板１２０に貼付してもよい。また、表面シート又は板のその他の処理を用いて、板１２０を強化又は保護し、最終製品の外観を変更したり、あるいは、当業者には理解されるようなその他の任意の機能を提供したりしてもよい。特定の実施形態においては、溶融延伸プロセス中に、予め形成しておいた表面シート間に顆粒を置いて、一体式の板を形成することができる。また、特定の実施形態においては、溶融延伸プロセス後に、別個の表面シートを板に貼付することができる。
【００３８】
板１２０の端部又は開側面は、密封シート又は密封フィルムといった外付けの材料を加熱又は塗布することによって、さらに成形又は密封することができる。
【００３９】
板１２０は、切断又は再形成といった再成形が可能であり、それにより、所望の製品形状又は製品サイズを実現することができる。例えば、標準サイズの板を形成し、エンドユーザに供給して、エンドユーザが所望サイズに切断することもできる。
【００４０】
好都合なことに、板１２０は、高い気孔率（したがって、軽量）かつ高い機械的強度を有するように作ることができる。いくつかの実施形態においては、気泡コアの気孔率は、約１０％〜約９５％とすることができる。気孔率は、合計体積に対する孔の合計体積の比率として算出され、相対密度により示され得る。相対密度は、顆粒材料の密度に対する板１２０の密度の比率から算出され得る。材料の密度は、当業者に知られた任意の適切な形で測定することができる。例えば、密度は、対象材料の重量及び体積を測定し、測定重量を測定体積で除することによって求めることができる。気泡材料の相対密度は、特定の実施形態においては、約１０％〜約９５％とすることができる。
【００４１】
例示的方法のいくつかの実施形態においては、膨張剤、接着剤又はその他の添加剤を用いる必要はない。また、発泡プロセスと形成プロセスとを別個に設ける必要もない。したがって、本明細書で説明する例示的方法は、利便性に優れ、簡便に行うことができる。
【００４２】
顆粒１００の上側端部、下側端部及び中央部分は、同一又は別の材料で作ることができる。顆粒１００の端部及び中央部分を同一材料で作る場合は、板１２０のスキン１２２及び１２４並びに気泡コア１２６も同一材料で作ることが好都合であろう。用いる溶融延伸可能な材料によっては、板材料は、一種のポリマーのみを含むものといった、比較的リサイクルし易い材料とすることができる。
【００４３】
また、別の実施形態においては、面１０４及び１０８と接触する端部の材料と、中央部分の材料とが異なる顆粒を提供し、これにより、スキン及び気泡コアを別の材料とすることもできる。
【００４４】
板１２０は、例えば、加熱又は当業者に知られた任意のプラスチック再形成技術等によって、再形成し易いものとすることができる。例えば、本明細書で説明する気泡板を、加熱したダイを用いて型押し、所望形状の部分を得ることができる。好都合なことに、板又は再形成した板から型押された部分は、当初の板の気孔率及び機械的強度を実質的に保持することが可能である。少なくともいくつかの実施形態においては、板１２０が機械的損傷を受けた場合、好都合なことに、面修正、再形成又は新たな部分との融合によって、修復することができる。例えば、板の損傷部分を加熱し、損傷部分のスキンを２つの延伸面に貼付し、延伸面を互いに離れるように移動させて損傷部分のコアを延伸することによって、当該損傷部分を延伸し直すことができる。また、板１２０の端部を、例えば、加熱したダイで挟むことによって、密封することもできる。全ての端部を密封した場合、密封した板は、水に浮かべることができる。板（シート）であっても、板をダイで型押した板の一部であっても、浮遊が可能となるように完全に密封することができる。密封された板又は板の一部はさらに、空気、湿気及び汚れが、当該板又は当該板の一部の気泡構造に入るのを防止することができる。複数の板を、例えば、ダイ型押プロセス中に融合して、一体式の製品を形成することもできる。例えば、複数の板を用いて、ダイキャビティをふさぐことができる。板の融合は、板の端部又はダイにより十分に圧縮可能な他の部分で行うことができる。
【００４５】
すでに理解されているように、上述した例示的方法を変形することも可能である。一般的に、本明細書中で説明する方法を変形することによって、溶融延伸した顆粒から形成される気泡構造を含む他の気泡材料を提供することができる。例えば、別の顆粒材料を用いること及び別の延伸装置又は延伸プロセスを用いることができる。また、別の形状の気泡材料を形成することもできる。用いる材料によっては、顆粒の溶融を、加熱以外の方法によって行うこともでき、固化を、冷却以外の方法で行うこともできる。
【００４６】
いくつかの実施形態においては、顆粒を溶融延伸法に適した他の材料で作ることができる。ただし、材料は、以下の特性を有する。第一に、材料は、溶融して、延伸面（例えば、面１０４及び１０８）に対して粘性を有する溶融接着剤を形成し、分裂又は溶解することなく中央部分が所望の長さまで延伸されるのに十分な溶融強度又は溶融状態での粘度を有する。これに関して言えば、添加剤を材料に加えて、その粘度、粘着性又はその他の性質を向上させることができる。また、いくつかの実施形態においては、例えば、下側延伸面の様々な箇所にそれぞれ溶融材料の液滴を塗布しておくことによって、予め溶融しておいた顆粒を用いることができる。ただし、そうしたプロセスは、延伸面に固体顆粒を分散させる場合に比べて利便性は劣る場合もある。第二に、顆粒材料は、固化可能で、通常の使用条件では、固化した状態のまま保持される。これに関して言えば、熱可塑性材料が使用し易い。しかし、他の材料も有用であろう。樹脂顆粒を用いて、硬化により固化することもできる。溶融時には粘着性を有する一方、固化時に非接着性を有する溶融延伸可能な材料が使用し易い。というのは、表面溶融層は、好都合なことに、溶融層と延伸面との間が接着されているため、延伸面によって互いに離れるように引っ張ることができる一方、固化後のスキンは、好都合なことに、いったん冷却されると延伸面から分離され得るからである。
【００４７】
上述したように、いくつかの実施形態においては、顆粒を溶融及び圧縮して、連続した溶融塊シートを形成でき、その後、表面層は互いに引き離される。
【００４８】
理解されるように、いくつかの実施形態においては、顆粒から粘性溶融塊シートを形成する必要はない。例えば、平板（flat sheet）といった別の形状の溶融延伸可能な材料を溶融し、溶融塊を、面１０４及び１０８といった２つの平面状の延伸面の間で圧縮することによって、中央部分で接続された対向する表面層により構成される、粘性溶融塊シートを形成することができる。また、溶融延伸可能な材料は、リグラインドの形態で提供されてもよい。
【００４９】
特に、空隙が圧縮によって最初に除去された場合、中央部分の空気セルの生成及び分配を促進するために、冷却に先立って、延伸面の間の距離を繰り返し増加及び減少させて、表面層を繰り返し互いに離れるように引っ張り、また互いに近づくように押圧することができる。これにより、溶融塊の中央部分の内部領域のエアレーションを促進することができる。
【００５０】
全体的に均等な厚さを有するスキン層の形成を促進するために、延伸面を横方向（すなわち、延伸面に平行な方向）に振動させることができる。
【００５１】
延伸面は、別の形で提供することもできる。例えば、プラテン１０２及び１０６を他の適切な引張部材又は引張装置で置換してもよい。また、製品材料が所望の表面形状を有するように、延伸面を湾曲させることができる。製品材料に様々な厚さを持たせるように、２つの対向する延伸面をわずかな角度だけ傾斜させることもできる。２つ以上の別個の延伸装置を一方の側（例えば、上側）に設けて、面１０８の異なる部分を様々な高さに上昇させ、段階的な厚さを有する板を製造することもできる。
【００５２】
溶融した顆粒を実質的に垂直に延伸する場合は、上側溶融層（例えば、層１１２）を上側延伸面（例えば、面１０８）に接着させさえすればよい。というのは、いくつかの実施形態では、下側溶融層（例えば、層１１０）の重量が、延伸中、中央部分（例えば、中央部分１１４及び１１４’）を下側延伸面に付着した状態で保つのに十分な重量だからである。そうした場合には、下側溶融層を下側延伸面に接着させる必要はない。
【００５３】
溶融した顆粒を垂直に延伸することが好都合だが、別の実施形態においては、溶融した顆粒が十分な溶融強度又は粘度を有し、かつ延伸面への十分な接着性を有することにより、中央部分の不要なランピング、ドリッピング又は屈曲を防ぐことができるのであれば、溶融した顆粒を他の方向に延伸することもできる。
【００５４】
顆粒１００の形状及びサイズは、いくつかの実施形態では制御することができる。延伸面への顆粒の分散も制御することができる。いくつかの実施形態においては、顆粒を実質的に均等に分布させるか、又は顆粒の位置を精密に調整して、より高度に制御された気泡構造を製品に付与することができる。顆粒の分布及び精密な配置を促進するように、延伸面を成形することもできる。
【００５５】
本明細書で説明する例示的実施形態によれば、様々な厚さ及びサイズを有する気泡材料を製造することができる。板材料の代わりに、シート材料又はブロック材料等といった他の気泡材料を、溶融延伸した顆粒から製造することもできる。
【００５６】
例示的実施形態において、図２６及び図２７に示されているように、気泡板材料は、溶融延伸可能な材料のシートを一対のニップローラに供給することによって、連続的に製造することができる。
【００５７】
図２６に示されているように、溶融延伸可能な材料を溶融して、中央部分で接続された対向する表面層で構成される、粘性溶融塊シート２００を形成する。溶融塊シートがニップローラ２０２及び２０４に連続的に供給されるように、溶融シート２００を一対のニップローラ２０２及び２０４（ピンチローラとも呼称される）に連続的に供給して、ニップローラ２０２及び２０４に達する直前又はニップローラ２０２及び２０４にて、材料を加熱し、溶融する。溶融延伸可能な材料のペレットは、当該ペレットをニップローラ２０２及び２０４に供給するための供給装置２０６内で保管することができる。ニップローラ２０２及び２０４は、シート２００がニップローラ２０２及び２０４に供給されると、それら自身の間でシート２００を圧縮し、またシート２００の一部がニップローラ２０２及び２０４の間で圧縮されると、当該シートの一部に接着するように、選択及び構成することができる。これにより、ニップローラ２０２及び２０４は、当該シートの一部がニップローラ２０２及び２０４から出る際に、当該シートの一部の対向する表面層を互いに離れるように引っ張ることになる。表面層が所望の距離まで引っ張られると、当該シートの一部は固化し、ニップローラ２０２及び２０４から分離され得る。固化は、ニップローラから出てくる当該シートの一部を冷却することによって行うことができ、冷却されると、当該シートの一部はニップローラ表面から自動的に剥離できる。剥離装置、例えば、スクレーパ２０８又はサイジングプレート２１０を設けて、固化された部分をニップロールから剥離することもできる。
【００５８】
例示されているプロセスでは、中央部分を表面層から分裂させることなく、表面層を互いに離れるように引っ張ることによって中央部分を延伸し、中央部分全体にランダムに分布する空気セルを形成する。その結果、表面層から形成されたスキンと、当該スキンで覆われ、延伸された中央部分から形成された気泡コアとが生じる。気泡コア及びスキンは、例えば、冷却によって固化することができ、それにより、気泡板材料２１２が形成される。表面層は、略平行かつ略平面であり、スキンも、略平行かつ略平面である。
【００５９】
板材料は、コンベヤ２１４によって、連続的に運搬される。
【００６０】
図２７に示されているように、別の実施形態においては、溶融延伸可能な材料のシート２１６を、コンベヤローラ２１８を用いてニップローラ２０２及び２０４に供給することもできる。
【００６１】
ニップローラは、ニップロール又はプラーロールと呼称されることもある。従来のニップロール機器の一般的な構造は、当業者に知られている。本発明の実施形態での使用に適したニップロールアセンブリは、当業者が本明細書の開示内容に基づいて従来のニップロールアセンブリを変形することによって、構成することができる。
【００６２】
理解されるように、気泡板材料は、ニップロールアセンブリを用いて連続的に製造することができる。連続的な形成プロセスは好都合であり、製造スループットの向上が可能である。
【００６３】
別の実施形態においては、溶融延伸可能な顆粒又はシート材料を、他の延伸可能な材料、例えば、部分的に硬化した熱硬化性材料で置換することができる。例えば、適切な熱硬化性材料の樹脂を部分的に重合し、それから、溶融した顆粒に関して、上述したのと同様に延伸し、延伸状態において、材料が完全に硬化（重合）する前に、ランダムに配置された空気セルを当該材料に形成し、それにより、完全に硬化された材料中でランダムな気泡構造を保持することが可能となる。
【００６４】
いくつかの実施形態においては、一方又は両方の延伸面は、非平面状とし、所望の非平面状の表面形状を有する製品を形成するように成形することができる。
【００６５】
当業者には理解されるように、本発明の実施形態には、広範囲の分野及び産業での用途がある。例えば、本明細書で説明した気泡材料又は本明細書で説明した例示的方法に従って形成された気泡材料は、航空宇宙、自動車、包装、建設及びその他の産業で有用であると考えられる。好都合なことに、気泡材料は再形成可能であるため、エネルギー又は緩衝作用の用途に特に有用であろう。
【００６６】
好都合なことに、気泡材料は、本発明の実施形態に従って、最小限の機器を用いて、簡便な単一プロセスで製造することができる。
【００６７】
本発明の例示的実施形態について、以下の例を用いてさらに説明するが、これらは限定を意図するものではない。
【実施例】
【００６８】
（実施例Ｉ）
熱可塑性気泡材料の試料を、いずれの膨張剤、添加剤、接着剤をも用いずに製造した。
【００６９】
気泡板試料又はシート材料試料は、動作温度１８０ｏＣの炉でプラスチックペレットから形成した。形成装置には、プレスが含まれ、このプレスはフレーム上に設置される２つのアルミニウムプラテンを備えていた。また、プラテンの位置を決めるフレームの高さの設定は、調節可能であった。炉の内部温度及びプラテンの温度は、熱電対によって計測し、赤外線レーザ温度計を用いて炉内及びプレス内のポリマーの温度をモニタリングした。プラテンは、６０〜１００ｏＣの温度に達するまで炉内で予熱した。
【００７０】
それから、高い溶融強度を有するＰＰペレット（ＩＳＯ１６７９０により測定した溶融強度：０．３１Ｎ）を下側プラテンに置き、炉内に約１０〜１２分間、粘性溶融物を形成するまで保持した。ペレットは、約２〜４ｍｍのサイズで、偏平回転楕円体形状を有するものであった。まとまった溶融塊が生じるまでペレットを加熱した。溶融塊がプラテンの延伸面部分を完全に覆った時点で、生成された板は、殆ど又は全く隙間又は割れ目のないスキンを有することがわかった。延伸面が完全に覆われる前に（すなわち、溶融した顆粒同士の間の面に隙間がある状態で）プラテン同士を引き離した場合には、生成されたスキンにも隙間があった。
【００７１】
この時点で、プラテンをＰＰペレットと共に炉から取り出し、プレス内に配置した。プラテンを約３０秒間圧縮して、上側プラテン及び溶融ＰＰペレットの間における熱間での粘着接着性を確保した。それから、上側プラテンをプレス内で垂直方向に上昇させ、ポリマーペレットを一軸方向に膨張させて自動的にウェブ構造を生じさせた。プラテンを所望の高さ位置に固定し、プレスを放冷した。６〜７分間冷却後、プレスは約３５ｏＣの温度に達し、不規則なハニカムコア構造を有するＰＰ板をアルミニウムプラテンから分離した。
【００７２】
同様のサイズのＰＰペレットを用いて、１０〜３５ｍｍの様々な厚さ（高さ）の試料板材料を形成した。試料板の相対密度（ρ）は、最終厚さによって約５％〜１３％で変化した。
【００７３】
気泡材料試料の代表的な画像を図５及び図６に示す。見て取れるように、各試料板は、上部スキン及び下部スキンに覆われた気泡コアを有した。気泡コアは、不規則なハニカム構造を有した。いくつかの試料では、スキン及び中央ウェブの厚さは、約１ｍｍ未満であった。図５に示されている試料では、殆どのウェブは相互接続していた。いくつかの試料では、少なくともウェブの一部が隣接するウェブに相互接続していなかった。
【００７４】
対向するプラテンを引き離すと、気泡構造が自動的に試料に形成される点及びウェブ構造には、ウェブ厚さ、ウェブ長さ及び隣接ウェブとの間の角度の面で、大きなばらつきがある点が観察された。本明細書で用いられるウェブ厚さとは、ウェブ構造におけるそれぞれの平面状のウェブ厚さを指し、その値は、スキン間の中間点（中間高さ）で測定された。また、ウェブ高さとは、スキン間のウェブの距離を指す。また、ウェブ長さとは、（図５のように）上から見たウェブの接点間におけるそれぞれの平面状のウェブ面の長さを指す。板厚は、試料板全体の厚さを言い、この厚さは、ウェブ高さとスキン厚さとの和に等しい。
【００７５】
図７は、２０ｍｍの板厚と７〜７．５％の相対密度とを有する試料のウェブ厚さ（ｔ）分布を示す。測定されたウェブ厚さは、０．０２５ｍｍ〜０．８００ｍｍの範囲で変化した。典型的には、各ウェブの厚さはスキン及び異なるウェブ同士の接点の近傍で大きくなり、一方で、おそらく表面張力作用によって、スキン及び接点から離れた中間点の近傍では小さくなった。
【００７６】
図８は、図７に示す試料のウェブ長さ（ｌ）分布を示す。ウェブ長さは、０．７５ｍｍ〜１０ｍｍ以上の範囲で変化したが、大部分のウェブの長さは、１〜７ｍｍであった。
【００７７】
ウェブ長さに対するウェブ厚さのアスペクト比（ｔ／ｌ）は、０．０２〜０．２であり、ウェブ高さに対するウェブ厚さのアスペクト比（ｔ／ｈ）は、０．００２〜０．０３であった。
【００７８】
特定の理論に制限されるものではないが、ＰＰの以下の性質が、観察された気泡ウェブ構造の形成を促進又は実現したと考えられる。用いたＰＰは、高い溶融強度、熱間での粘着接着性、低い溶融流量及び低い表面エネルギーを有するものであった。熱間での粘着接着性により、プラテンを熱した時に、直ちにＰＰがアルミニウム面と接着することを可能としている。溶融したＰＰはアルミニウム延伸面に強固に接着し、それにより、ＰＰペレットがプレス内で一軸方向に膨張することを可能としている。用いたＰＰは、２．４ｇ／１０分の低い溶融流量（ＭＦＲ）を有しており、溶融状態のＰＰの流れは制限されていた。ＭＦＲが低いことには、ＰＰの溶融強度が高いことが関与しており、その値は、ＩＳＯ１６７９０に従った測定で０．３１Ｎであった。これに対して、従来のＰＰの溶融強度は、０．０１Ｎ〜０．２０Ｎである。そうした低い溶融強度のＰＰを用いることもできるが、得られる製品の気孔構造の均一性は、高い溶融強度のＰＰから形成される気孔構造に比べて低下しかねない。用いるＰＰの表面エネルギーが低いということは、ＰＰ材料の固体状態での接着性が低いことを意味している。つまり、好都合なことに、冷却後の試料板は、アルミニウムプラテンから自動的に分離することが可能であった。
【００７９】
（実施例ＩＩ）試験試料の作製について
実施例Ｉで形成したような、板厚が２０ｍｍ、相対密度が７〜１２％の試料板を以下の試験でも用いた。
【００８０】
作製したままの状態の試料から３０ｍｍ×３０ｍｍの切取り試片を切り出し、これをASTM C365：Standard Test Method for Flatwise Compressive Properties of Sandwich Cores（ASTM International.2005）に従った、クロスヘッド速度１ｍｍ／分の圧縮試験に用いた。
【００８１】
試料に、一軸方向の特定の歪み値を予め負荷し、変形したウェブ構造を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で分析することによって、圧縮試験中のウェブの破壊メカニズムを調査した。
【００８２】
また、ASTM C393：Standard Test Method for Core Shear Properties of Sandwich Constructions by Beam Flexure（ASTM International.2006）及びASTM D7250：Standard Practice for Determining Sandwich Beam Flexural and Shear Stiffness（ASTM International.2006）に従って、３点曲げ試料を同様に作製し、これを長さ２００ｍｍ、幅４５ｍｍの試料片に切り出した。
【００８３】
（実施例ＩＩＩ）表面シートの試料への貼付について
様々な厚さ（ｔｆ＝０．７３ｍｍ、０．９４ｍｍ、１．１９ｍｍ及び１．７５ｍｍ）のＰＰ表面シートを、実施例ＩＩで作製した３点曲げ試料のサブセットに熱溶着により接合した。強化表面シートを、炉内の上側及び下側のアルミニウムプラテン上で、溶融物が形成されるまで加熱した。それから、下側プラテンを実施例Ｉと同様にプレス内で固定し、その状態で３点曲げ試料を上に置き、上側プラテンをプレス内の高さ２０ｍｍの位置で固定した。ＰＰ表面シートは、気泡試料のウェブ構造に実質的な影響を与えることなく、気泡試料に接着することが分かった。
【００８４】
（実施例ＩＶ）試料における気泡構造について
試料板では、部分的なウェブの複雑なネットワークにより、不規則なハニカムコアの細長いウェブが表面のスキンに接続していた。図９、図１０及び図１１には、様々な試料における気泡構造及びウェブ構造の一部を表す代表的なＳＥＭ画像が示されている。ＳＥＭ画像は、中間高さでのハニカムコアの切断面から撮影された。
【００８５】
ウェブ構造塊の多くは、スキン又は完全なウェブ（すなわち、スキン間に連続的に延在するウェブ）のいずれかに含まれていたが、多数の不完全なウェブもまた存在することが判明した。いくつかのウェブは、一方のスキンに延在する隙間を有していた（図９参照のこと）。また、いくつかのウェブは、そのウェブ内に完全に包含される隙間を有していた（こうした隙間は、図１０中、矢印で示されている）。
【００８６】
（実施例Ｖ）試料の再形成について
試料板はＰＰのみから形成されているため、容易にリサイクルできるはずである。板は、表面シートを気泡コアから分離する必要なくペレット化することができた。板はさらに、再ペレット化することなく成形することができた。不規則なハニカムコアを、実施例Ｉと同様に作製し、その後、スキン表面と垂直方向に一軸方向の圧縮を行って破壊し、破壊後の試料板を再延伸する（膨張させる）試験分析を行った。再延伸後の板には、初期の試料板と比較して、機械的特性の大きな低下は見られないことが分かった。
【００８７】
試料材料は、特別な準備の必要なくリサイクルすることができた。また、試料材料は、試料を溶融して、コアをプレスで一軸方向に再延伸することで、再ペレット化することなく再加工することができた。
【００８８】
（実施例ＶＩ）試料の歪み−応力試験について
実施例Ｉで作製した試験試料に対して、歪み−応力試験を行った。図１２は、３つの異なる密度を有する試験試料について、一軸方向に圧縮したときの代表的な応力−歪み曲線を示す。見て取れるように、曲線は、最初はピーク応力を示し、その後、応力が比較的一定である広範囲の谷が続き、最終的な高密度状態となる。
【００８９】
圧縮時のウェブ破壊の様相を判定するために、相対密度が１１．５％（ρ＝１１．５％）の試料における同様の中間高さ位置における変形を、作製されたままの状態から最終的な高密度状態に至るまで追跡調査した。
【００９０】
図１３、図１４、図１５及び図１６は、元の試料のセル構造のＳＥＭ画像（図１３を参照のこと）と、異なる歪み、つまりε≒０．０５（図１４を参照のこと）、ε≒０．２５（図１５を参照のこと）及びε≒０．３５（図１６を参照のこと）を予め負荷した後のＳＥＭ画像とを示す。ウェブ構造が細長であることが、図１３から見て取ることができる。（矢印で示されている）局所的な塑性座屈が、ピーク応力を予め負荷した試料に見られる（図１４参照のこと）。谷に相当する応力に達する時点までに大規模な全体座屈が生じ（図１５参照のこと）、その状態が高密度状態を通して継続した（図１６参照のこと）。
【００９１】
図１７及び図１８は、試験試料の相対密度に対して測定されたピーク強度及び剛性をプロットしたものである。強度は、相対密度が８．５％の時の１．５ＭＰａから、相対密度が１１．１％の時の２．５ＭＰａまで増加する一方、比強度の値は２２．０±３．０ｋＰａ−ｍ３／ｋｇでほぼ一定であった。同様に、剛性は、同じ密度範囲において、９０ＭＰａ〜１２０ＭＰａの範囲で変化し、比剛性は１．１７±０．０６ＭＰａ−ｍ３／ｋｇでほぼ一定であった。
【００９２】
試料の比強度（２２．０ｋＰａ−ｍ３／ｋｇ）は、例えば、３−８ｋＰａ−ｍ３／ｋｇと言われる従来の市販のＰＰ発泡体の比強度より約３〜５倍高かった。試料の比剛性（１．１７ＭＰａ−ｍ３／ｋｇ）は、市販のＰＰ発泡体の比剛性（例えば、０．１０〜０．３０ＭＰａ−ｍ３／ｋｇ）より約４〜１０倍高かった。
【００９３】
また、不規則なハニカムコアを有するＰＰ気泡材料試料は、従来のＰＰハニカムコアの性能に匹敵する圧縮性能を有し、また従来のＰＰ発泡体の性能を超える圧縮性能を有することが試験で示された。
【００９４】
（実施例ＶＩＩ）３点曲げ試験について
３点曲げ試験を、クロスヘッド速度１ｍｍ／分、スパン長１００ｍｍで行った。まず、実施例Ｉ及びＩＩで作製したような試料を、まず作製したままの状態で試験した。
【００９５】
図１９は、相対密度が８．５％、９．５％及び１０．５％の試料についての代表的な荷重−撓み曲線を示す。試料は、密度が高いほど、低い撓み及び高い荷重で不良となる。
【００９６】
図２０及び図２１は、試料の曲げ強度及び曲げ剛性それぞれを、相対密度の関数として示す。相対密度が８．４％〜１１．０％に増加するにつれて、曲げ強度は０．５３ＭＰａから１．０８ＭＰａに、曲げ剛性は６１．４ＭＰａ−ｍｍ２から１４６．０ＭＰａ−ｍｍ２に、いずれも増加した。不規則なハニカムコアの相対密度が高ければ高いほど、曲げ強度及び曲げ剛性が著しく高いことは、スキン厚さの違いによって部分的に説明され得る。例えば、ρ＝１０．５％の試料の平均スキン厚さは〜０．２４ｍｍであり、ρ＝８．５％の試料の平均スキン厚さは〜０．１４ｍｍであった。
【００９７】
いくつかの試験試料は、厚さが０．７３ｍｍ〜１．７５ｍｍのポリプロピレン表面シートを追加することによって強化した。外付けの表面シートは、接着剤を用いることなく試料材料に接合した。
【００９８】
３点曲げ試験下のサンドイッチパネルは、典型的には、表面シートの層間剥離、表面シートの皺、コアの剪断破壊並びに表面シートの降伏及び破壊といった４つのメカニズムのいずれかによって不良となる。これら４つの不良メカニズムは、強化済みの試験試料でも見られた。しかし、細心の試料作製によって、表面シートの層間剥離は実質的に防止できることが判明した。
【００９９】
図２２は、試験試料の不良メカニズムを不良マップの形で要約して示す。表面シートの厚さが小さく、密度が低いほど、皺が主要な不良メカニズムであることが判明した。表面シートの密度と共に厚さが増加するに従って、コアの剪断、それから表面シートの降伏及び破壊が続いて主要な不良メカニズムとなった。図２３、図２４及び図２５はそれぞれ、これらの不良メカニズムについての代表的な荷重−変形曲線を示す。
【０１００】
主に表面シートの降伏及び破壊によって不良となった試料は、最大荷重負荷時に不良となった（図２３参照のこと）。これらの試料は一般的に、４〜６ｍｍの撓みまで変形し、それから破断して突如不良となった。ｔｆ＝１．７５ｍｍの場合、曲げ強度及び曲げ剛性はそれぞれ、相対密度７．３％の時の５．１４ＭＰａ及び５４６ＭＰａ−ｍｍ２から、相対密度９．２％の時の６．８５ＭＰａ及び６６０ＭＰａ−ｍｍ２と変化した。
【０１０１】
コアの剪断は、表面シートの厚さが０．９４ｍｍ及び１．１９ｍｍの試料でほとんどが生じた。いずれの場合も、コアが徐々に剪断されるにつれて亀裂音が聞かれたが、これは、荷重−変形曲線の周期的な荷重低下に対応するものである。いずれの表面シート厚さでも、曲げ強度及び曲げ剛性は、コアの密度に従って増加した。ｔｆ＝０．９４ｍｍの場合、曲げ強度及び曲げ剛性はそれぞれ、相対密度７．１％の時の４．３２ＭＰａ及び３７０ＭＰａ−ｍｍ２から、相対密度８．８％の時の５．２４ＭＰａ及び４１８ＭＰａ−ｍｍ２へと増加した。同様に、ｔｆ＝１．１９ｍｍの場合、曲げ強度及び曲げ剛性はそれぞれ、相対密度７．２％の時の４．４８ＭＰａ及び４５５ＭＰａ−ｍｍ２から、相対密度９．１％の時の４．６５ＭＰａ及び６２９ＭＰａ−ｍｍ２へと増加した。
【０１０２】
表面シートの皺によって、試料は折り畳まれ、そのほとんどは破壊されることなく、むしろ変形が６５ｍｍ超に達した後、支持体から滑り落ちた。表面シートの皺によって不良となった試料は、最も薄いＰＰ強化シートを有しており、また最小のピーク荷重で不良となった。ｔｆ＝０．７３ｍｍの場合、曲げ強度及び曲げ剛性はそれぞれ、相対密度６．８％の時の１．８８ＭＰａ及び３０１ＭＰａ−ｍｍ２から、相対密度８．６％の時の２．７３ＭＰａ及び３３３ＭＰａ−ｍｍ２へと増加した。
【０１０３】
強化済みの試験試料では、不良は、表面シート（表面シートの降伏及び破壊）又はコア（コアの剪断及び皺）のいずれかによって、大きく制御された。試料の不良を表面シート（ｔｆ＝１．７５ｍｍ）によって制御する場合、比曲げ強度及び比曲げ剛性はそれぞれ、８２．０±２．０ｋＰａ−ｍ３／ｋｇ及び８．２２±０．１６×１０−６Ｐａ−ｍ５／ｋｇであり、そのばらつきは試料全体で２％未満であった。また、試料の不良が主にコアによって生じた場合、比曲げ強度及び比曲げ剛性には、より大きなばらつきが見られた。ｔｆ＝１．１９ｍｍの（コアの剪断による不良の）場合、比曲げ強度は、６３．０±６．０ｋＰａ−ｍ３／ｋｇで９％のばらつきがあり、比曲げ剛性は、６．８４±０．８２×１０−６Ｐａ−ｍ５／ｋｇで１２％のばらつきがあった。ｔｆ＝０．７３ｍｍの（皺による不良の）場合、比曲げ強度は、３２．０±３．０ｋＰａ−ｍ３／ｋｇで１０％のばらつきがあり、比曲げ剛性は、４．３８±０．５７×１０−６Ｐａ−ｍ３／ｋｇで１３％のばらつきがあった。
【０１０４】
コアの密度が一定の時、ピーク荷重は、表面シート厚さの増加に従って増加した。同様に、表面シート厚さが一定の時、ピーク荷重は、コアの密度の増加に従って増加した。留意すべき点として、作製したままの試料の曲げ特性は、強化済みの試料に比べて、試料間で比較的大きなばらつきが見られた。例えば、作製したままの試料の曲げ強度の値のばらつきは、コア相対密度が８．５％の時に１５％以内であったのに対して、強化済みの試料の曲げ強度の値のばらつきは、同じ密度の時に平均で８％であった。曲げ状態では、外表面で破壊が生るが、これは、局所的に本来備わった又は強化した表面シートの厚さの変化に影響を受け易い。強化したシートは、厚さが大きいだけでなく、本来備わったスキンよりも均一性に優れていた。強化済みの試料でばらつきが減少したのはそのためである。
【０１０５】
要約すると、強化していない試料に３点曲げ試験を行った場合、試料は表面シートの降伏及び破壊によって不良となり、曲げ強度及び曲げ剛性は、コアの相対密度に従って変化した。試料を外付けのＰＰシートで強化した場合、典型的に認められるサンドイッチパネルの４つ全ての不良メカニズムが見られた。細心の試料作製を行えば、強化済みの試料の層間剥離を防止することができた。強化済みの試料全てにおいて、曲げ強度及び曲げ剛性は、表面シート厚さが一定の時には、コアの相対密度と共に増加し、またコアの相対密度が一定の時には、表面シート厚さの増加と共に増加した。
【０１０６】
本明細書中、最後の項目の前に「又は」を付した項目のリストが挙げられた場合は、リスト項目の全て又はリスト項目のあらゆる適切な組合せを選択及び使用することができる。本明細書で記載の可能な要素又は特徴のあらゆるリストに関しては、記載のリストの範囲に含まれるあらゆるサブリストも意図されている。同様に、記載のあらゆる範囲に関しては、記載の範囲に含まれるあらゆるサブ範囲が意図されている。
【０１０７】
当然のことながら、上述した実施形態は単なる例示を目的としており、何ら限定を意図するものではない。上述した実施形態には、形態、部分配置、詳細及び動作順序に関する多くの修正を加えることができる。むしろ、特許請求の範囲で規定されている本発明の範囲には、そうしたあらゆる変形が含まれている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2014517113.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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