(57)【要約】【課題】高品質外観を有する熱可塑性樹脂発泡成形品の製造方法を提供する。【解決手段】押出機内に、加温・加圧下で、発泡材料である熱可塑性樹脂と実質的に超臨界状態である窒素または二酸化炭素とを供給し、溶融状態の熱可塑性樹脂と発泡剤とを混合したのち、溶融混合物を、加熱時の金型温度（Ｔｈ）が射出する熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃高くなるように設定され、冷却後の取出し時の金型温度（Ｔｃ）が熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃低くなるように設定された金型（ただしＴｈ＞Ｔｃ）に射出することを特徴とする高品質外観を有する熱可塑性樹脂発泡成形品の製造方法。【選択図】　図１
2004050566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出機内に、加温・加圧下で、発泡材料である熱可塑性樹脂と実質的に超臨界状態である窒素または二酸化炭素とを供給し、溶融状態の熱可塑性樹脂と発泡剤とを混合したのち、
溶融混合物を、加熱時の金型温度（Ｔｈ）が射出する熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃高くなるように設定され、冷却後の取出し時の金型温度（Ｔｃ）が熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃低くなるように設定された金型（ただしＴｈ＞Ｔｃ）に射出することを特徴とする高品質外観を有する熱可塑性樹脂発泡成形品の製造方法。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂に超臨界状態である窒素または二酸化炭素を混合するに際し、被発泡材料である熱可塑性樹脂の存在下、超臨界液体状態になる臨界温度及び臨界圧力以下の温度及び圧力で窒素または二酸化炭素を供給し、次いで超臨界液体状態にするために、前記発泡剤の超臨界液体状態になる臨界温度及び臨界圧力以上に射出成形機のシリンダー内の温度・圧力を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂発泡成形品の製造方法。
【請求項３】
前記超臨界液体である窒素または二酸化炭素を、熱可塑性樹脂が完全に飽和するのに十分な時間混合することを特徴とする請求項１または２に記載の熱可塑性樹脂発泡成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂発泡成形品の製造方法に関し、特に、高品質外観を有する熱可塑性樹脂発泡成形品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、合成樹脂、特に高機能樹脂とも呼ばれるエンジニアリングプラスチックスを素材とする各種成形品が様々な製品に使用されている。さらにこれらの製品には、通常、外観部品と使用されることが多く、高いレベルの外観が要求されている。
【０００３】
このような高いレベルの外観を有する熱可塑性樹脂成形品の製造方法として、本出願人は、たとえば、特開平９−３１４６２８号公報、特開平１０−１００１５６号公報、特開平１０−１００２１６号公報、および特開２００１−１５０５０６号公報にて、特定のヒートサイクルを設けることを提案している。
ところで、製造コストを抑えるためには、成形品単価を低くすることが望まれている。このように成形品単価を低くするために、最も効率的なのは、成形品の重量自体を軽くすることであり、これにより使用原料を少なくすることができるとともに、資源の有効利用の面でも好適である。
【０００４】
このように成形品自体を軽くする方法としては、発泡体にすることがまずは考えられる。
発泡体を成形する方法としては、たとえば反応によって発泡ガスを生じる化学的発泡剤をあらかじめ樹脂材料に配合し、発泡剤を分解して発泡体を得る化学発泡方法が知られている。また、加圧下で溶融ポリマーに気体を導入するか、またはポリマー充填剤の成分として気体を導入すること発泡体を形成する物理発泡法も知られている。
【０００５】
しかしながら、これらの方法で得られた発泡体、機械的強度及び靭性が低く、必ずしも満足しうるものではなかった。
また、特２６２５５７６号公報には、臨界状態にある二酸化炭素を用いた微細発泡成形法が提案され、かかる方法によれば、気泡密度が高く、気泡サイズが小さい発泡体が製造されるため、機械的強度や靱性を高める発泡体を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、この技術では出来上がった成形品の表面にスワールマークと呼シリンダー模様を生じるため、そのまま高外観を要求される用途に使用することができず、たとえば、外部から見えない部分にのみ使用したり、二次加工として塗装等の処理が必要であるなどの欠点があった。
また、かかる微細発泡成形方法では、外観を向上させるために金型温度を上昇させて成形すると、取出し時の成形品温度が非常に高くなってしまい、金型から離型することが困難であるなどと言う新たな問題点もあった。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、高品質外観を有する熱可塑性樹脂発泡成形品の製造方法を提供することである。
【０００８】
【発明の概要】
このような状況の下、本発明者らは、上記問題点を解消すべく鋭意検討した結果、微細発泡成形法で、成形品を射出成形する際に、金型温度を特定ヒートサイクルにすることで、上記問題点をいずれも解消し、高品質外観を有する熱可塑性樹脂発泡成形品を得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明にかかる成形方法は、
射出成形機のシリンダー内に、加温・加圧下で、発泡材料である熱可塑性樹脂と実質的に超臨界状態である窒素または二酸化炭素とを供給し、溶融状態の熱可塑性樹脂と発泡剤とを混合したのち、
溶融混合物を、加熱時の金型温度（Ｔｈ）が射出する熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃高くなるように設定され、冷却後の取出し時の金型温度（Ｔｃ）が熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃低くなるように設定された金型（ただしＴｈ＞Ｔｃ）に射出することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明は、前記熱可塑性樹脂に超臨界状態である窒素または二酸化炭素を混合するに際し、被発泡材料である熱可塑性樹脂の存在下、超臨界液体状態になる臨界温度及び臨界圧力以下の温度及び圧力で窒素または二酸化炭素を供給し、次いで超臨界液体状態にするために、前記発泡剤の超臨界液体状態になる臨界温度及び臨界圧力以上に射出成形機のシリンダー内の温度・圧力を上昇させることを特徴としている。
【００１１】
【発明の具体的説明】
本発明にかかる成形方法は、
射出成形機のシリンダー内に、加温・加圧下で、発泡材料である熱可塑性樹脂と実質的に超臨界液体である窒素または二酸化炭素とを供給し、溶融状態の熱可塑性樹脂に窒素または二酸化炭素を混合したのち、
溶融混合物を、加熱時の金型温度（Ｔｈ）が射出する熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃高くなるように設定され、冷却時の金型温度（Ｔｃ）が熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃低くなるように設定された金型（ただしＴｈ＞Ｔｃ）に射出することを特徴としている。
熱可塑性樹脂
本発明の成形方法で使用される熱可塑性樹脂としては、特に制限されるものではなく、発泡体製造用熱可塑性樹脂を広く使用することが可能である。
【００１２】
具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ゴム成分などによるポリオレフィンの耐衝撃性改質材料、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、衝撃性改良ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリカーボネート、ポリカーボネート−ＡＢＳ樹脂のアロイポリマー、ポリカーボネート−ポリスチレンのアロイポリマー、ポリカーボネート−ポリエステルのアロイポリマー、ポリカーボネート−ポリアミドのアロイポリマー、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、同ポリスチレンとの混合物、ナイロンなどのポリアミド、ポリアミドを含むアロイポリマー、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、各種の液晶ポリマーなどが挙げられる。
【００１３】
このうち、本発明ではポリカーボネート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）系樹脂、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン系樹脂、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド系樹脂、ポリエチレンイソフタレート系樹脂、ポリカーボネート／ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリカーボネート／アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）系樹脂、ポリフェニレンサルフィド系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種が好ましい。
【００１４】
さらに、脂環族ポリエステルを使用することも可能であり、ポリシクロヘキサンジメタノールシクロヘキサンジカルボキシレート（以後、ＰＣＣＤと略す）を使用することもできる。
これらの熱可塑性樹脂には、顔料や板状フィラーや、繊維状フィラー、針状フィラーなどの補強剤が含まれていてもよく、さらには、難燃剤、紫外線吸収剤、安定剤などの公知の添加剤を含んでいてもよい。
【００１５】
窒素または二酸化炭素は、実質的に超臨界液体として使用される。なお、実質的に超臨界液体とは、特許第２６２５５７６号に開示されているように、臨界圧力を超える圧力及び臨界温度を超える温度で保持されている材料である。このような状態では、超臨界液体は、実際、気体及び液体の両方として作用する特徴を持つ。このため超臨界状態において、このような液体は気体の性質と同様に溶質物質内により迅速に分散し得るようにその表面張力は液体よりもかなり小さいという特性を有している。
【００１６】
例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）は、３１℃を超える温度及び１１００ｐｓｉを超える圧力で超臨界状態となり得ることは公知である。また、窒素は、−１４７　℃を超える温度及び　４９３　ｐｓｉを超える圧力で超臨界状態となり得ることは公知である。
このような超臨界液体にある発泡剤は、ガスボンベなどから、液体または気体の発泡剤がコンプレッサー内に供給され、コンプレッサー内で、超臨界液体状態となる温度および圧力以上に制御される。
射出成形機のシリンダー
本発明では、上記熱可塑性樹脂および超臨界液体である窒素または二酸化炭素が射出成形機のシリンダーに供給される。
【００１７】
射出成形機のシリンダーとしては、スクリュー、シリンダーを具備し、加温・加圧の制御が可能なものが使用される、
このような射出成形機のシリンダーとしては、図１に示されるものが例示される。
熱可塑性樹脂はホッパー１１より、シリンダー内１２に導入される。熱可塑性樹脂は粉末状のものであっても、ペレタイズされたものであってもよい。
【００１８】
シリンダー１２内には混合スクリュー１３が内蔵されている。スクリューとしては、射出成形として公知ものを使用できる。
臨界液体状態にある窒素または二酸化炭素は、シリンダーに沿った選択位置で、フロー制御バルブ１４の操作により導入される。
この際、窒素または二酸化炭素が超臨界状態に転換する臨界温度及び圧力よりも大きくなるように、シリンダー内の温度及び圧力を制御する。
【００１９】
シリンダー内は加圧・加熱されているのでスクリューにより樹脂は動かされるにつれて溶融状態に到達するとともに、臨界液体状態にある超臨界液体である窒素または二酸化炭素と混合され、飽和する。
必要に応じて、高温のシリンダーで、シリンダー内の圧力を急激に増加しないように、超臨界液体である窒素または二酸化炭素を挿入（注入）する前に樹脂を予備加熱するような加熱機構を設けていてもよい。
【００２０】
また、窒素または二酸化炭素は、あらかじめ超臨界液体状態に転換されていなくとも、シリンダー内で超臨界状態に転換されることも可能である。具体的には、超臨界液体状態に到達していない気体または液体の窒素または二酸化炭素を、シリンダー内に導入し、その後超臨界液体状態に転換してから、熱可塑性樹脂と混合されてもよい。
【００２１】
前記超臨界液体である超臨界液体である窒素または二酸化炭素と熱可塑性樹脂との混合時間としては特に制限されるものではなく、熱可塑性樹脂が完全に超臨界液体である窒素または二酸化炭素を飽和するのに十分な時間混合することが好ましい。
こうして混合された発泡剤−熱可塑性樹脂混合物は、射出成形機のシリンダー出口のノズル１５より連結した金型１６のキャビティ１７に射出される。
【００２２】
熱可塑性樹脂と超臨界液体である窒素または二酸化炭素が混合された混合ポリマー溶液は、金型内部に射出される。
金型充填工程時に気泡が成長しないように金型内に圧力をかけることによって金型キャビティ内の圧力を制御されてもよい。金型内への圧力は、空気または窒素を挿入することにより行われる。金型キャビティが膨張すると、その中の圧力が迅速に減少し、気泡成長を促進する不安定な圧力が生じて金型キャビティ内で気泡が成長する。従って、金型の膨張により、所望の小さな気泡サイズ及び高い気泡密度を持つ成形かつ発泡体が得られる。
【００２３】
また、射出と同時に気泡を成長させて、発泡体を形成することも可能である。この場合、金型内に圧力を加えないか、あるいは前記より低圧の圧力を加えればよい。
こうして、臨界液体状態にある窒素または二酸化炭素が気化し、発泡体が得られる。
【００２４】
このとき、本発明にかかる製造方法では、加熱時の金型温度（Ｔｈ）が射出する熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃、好適には１５〜３０℃高くなるように設定され、冷却時の金型温度（Ｔｃ）が熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃、好適には１０〜３０℃低くなるように設定されている（ただしＴｈ＞Ｔｃ）。このようなヒート・クールサイクルとなるように金型温度を調整すると、出来上がった成形品の表面にスワールマークと呼ばれるシリンダー模様を生じこともなく、表面性状が高品質であり、金型から離型することも容易である。
【００２５】
使用樹脂の熱変形温度＋０℃〜＋１００℃の範囲に上昇した金型内に射出された臨界状態に達した窒素または二酸化炭素を含んだ溶融樹脂は極めて粘度が低く、またキャビティ表面に触れても固化を開始しないため、容易に変形できることからキャビティ面を極めて忠実に再現する。
なお、金型の表面温度が所定温度に達したか否かは、金型内に埋め込まれた温度センサーもしくはあらかじめ設定されたタイマーによって感知される。
【００２６】
さらに、キャビティ内に充填された樹脂は、その後の工程によって取出しが可能となる温度まで冷却され、軽量かつ高外観を有した成形品が得られる。なお、この工程に移る時間はあらかじめ設定されたタイマーによって制御される。
図２は本発明にかかる成形品の成形法を実施するに適する金型温度制御系の概略構成を示すブロック図である。
【００２７】
この金型温度制御系は、加熱媒体用温調機２１と冷却媒体用チラーもしくは流水注入用ユニット２２を配設し、それぞれ切替えユニット２３に接続してある。切替え制御ユニット２３には、金型２４に冷却媒体、加熱媒体を供給するための出口２５と回収するための戻り口２６がある。所望の金型温度を達成するために、装置内の各導入用バルブ（Ｖｉｎ）および帰還用バルブ（Ｖｒ）によって迅速に切り替えることによって適宜状態となるように切替え制御ユニット２３の制御を行う。
【００２８】
図３は、金型の断面図である。この金型は、固定側２７と可動側２８との合せ面にキャビティ２９が形成され、固定側２７にはキャビティ２７内に溶融樹脂を充填させるためのスプルー３０とゲート３１が設けられている。
前記熱可塑性樹脂に超臨界液体である窒素または二酸化炭素を混合するに際し、被発泡材料である熱可塑性樹脂の存在下、窒素または二酸化炭素が超臨界液体状態になる臨界温度及び臨界圧力以下の温度及び圧力で供給し、次いで窒素または二酸化炭素を超臨界液体状態にするために、前記発泡剤の超臨界液体状態になる臨界温度及び臨界圧力以上に上昇させることが好ましい。
【００２９】
前記超臨界液体である発泡剤を、熱可塑性樹脂が完全に飽和するのに十分な時間混合することが好ましい。
金型温度を熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃高くしておく時間は、熱可塑性樹脂を金型内部に射出開始してから完了する迄の少なくとも一部の期間であればよく、それ以外の時間は特に制限されない。
【００３０】
成形時に５〜１００℃／分の温度勾配で急加熱および／または急冷することが好ましい。このため、金型には、加熱用の電熱ヒーターが内蔵されていてもよく、また、成形サイクルの間に金型温度を昇温、降温を開始するタイミングは、任意に制御可能であることが望ましい。具体的には、金型内に埋め込まれた温度センサーもしくはあらかじめ設定されたタイマーによって温度を感知し、次の冷却工程に移せばよい。また、このときタイマーにより冷却工程に移る時間を遅延制御することも可能である。
【００３１】
金型を加熱するために使用される加熱媒体としては、熱水、水蒸気、加熱油などが挙げられる。金型の降温のために使用される冷却媒体としては、冷水または冷却油の少なくとも一方を使用することが好ましい。
前記金型の昇温または降温を制御する系と金型温調系とが少なくとも一部共用されていてもよく、また、前記金型の昇温または降温を制御する系と金型温調系とが別個の系統として形成されていてもよい。
【００３２】
このような成形方法によれば、発泡剤が微細発泡成形する際に、特定のヒートサイクルで加熱・冷却処理が施されているので、極めて高品質外観を有する発泡成形品を得ることが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明では、微細発泡成形時に、金型に特定のヒートサイクル処理を施しているので、機械的強度が高く靱性に優れるとともに、発泡体極めて高品質な外観を有する熱可塑性樹脂発泡成形体を得ることが可能である。
また、このような高品質の表面外観を有する発泡体は、従来使用が困難であった成形体表面にそのまま使用することが可能であり、省資源、低コスト化に非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明で使用される発泡押出成形機の概略断面図を示す。
【図２】図２は、本発明で使用される金型温度制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明で使用される金型の断面図である。
【符号の説明】
１１・・・・ホッパー
１２・・・・シリンダー
１３・・・・スクリュー
１４・・・・バルブ
１５・・・・ノズル
１６・・・・金型
１７・・・・キャビティ
２１・・・・加熱媒体用温調機
２２・・・・冷却媒体用チラー
２３・・・・切替えユニット
２４・・・・金型
２５・・・・出口
２６・・・・戻り口
２７・・・・固定側
２８・・・・可動側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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