(57)【要約】【課題】二酸化炭素を用い、これを高濃度に溶解させた発泡性樹脂を用いることで、使用発泡性樹脂の流動性を高めると同時に、成形品の意匠面が非発泡で内部がにより発泡した高外観の発泡射出成形品を、非発泡表面のスワールマークを簡便な手段で防止しつつ得られるようにする。【解決手段】少なくとも成形品の意匠面に対応する金型面に断熱層を被覆した金型の金型キャビティ内に、射出成形機のシリンダー内で二酸化炭素を溶解させた発泡性樹脂を射出して金型キャビティを満たし、金型キャビティ内の発泡性樹脂を冷却収縮に伴って発泡させる。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも成形品の意匠面に対応する金型面に熱伝導率が０．００２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下で、かつ厚みが０．００１ｍｍ以上３ｍｍ以下の断熱層を被覆した金型の金型キャビティ内に、射出成形機のシリンダー内で物理発泡剤を溶解させた発泡性樹脂を射出して金型キャビティを満たし、金型キャビティ内の発泡性樹脂を冷却収縮に伴って発泡させることを特徴とする発泡射出成形法。
【請求項２】
物理発泡剤が二酸化炭素であり、発泡性樹脂中における該二酸化炭素の濃度が０．２重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の発泡射出成形法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理発泡剤を利用した熱可塑性樹脂の発泡射出成形法に関するもので、更に詳しくは、成形品の表面が非発泡で内部が発泡した高外観発泡射出成形品が得られると共に、金型キャビティへの樹脂充填を容易にする発泡射出成形法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンをはじめとする情報機器や、家電、ＯＡ機器などの樹脂製筐体部品に対しては、表面外観に優れ、かつ軽量化を実現した成形品が求められている。そして、このようなニーズに応えるためには、表面が非発泡で、内部が発泡した成形品とすることや、成形性の良い熱可塑性樹脂を用い、主要部分をできるだけ薄肉化した成形品とすることが考えられる。
【０００３】
従来、発泡成形品を得る射出成形方法としては、以下の二つの発泡射出成形法が知られている。その一つは、アゾ化合物やニトロソ化合物などの化学発泡剤を用いる方法で、化学発泡剤の熱分解温度以上の温度にて熱可塑性樹脂と溶融混練し、発生した熱分解ガスを利用して成形品を発泡させる成形法である。もう一つは、窒素やブタンなどのガスを物理発泡剤として溶解させた溶融樹脂を用い、このガスの逃散を利用して成形品を発泡させる成形法である。
【０００４】
表面が非発泡で、内部が発泡した射出成形品を得る技術としては、一般にカウンタープレッシャー法と呼ばれる成形法が知られている。このカウンタープレッシャー法の例としては、物理発泡剤を溶解させた発泡性樹脂を、該発泡性樹脂の発泡圧力よりも高い圧力に加圧した金型キャビティに射出充填し、非発泡の表面層を形成した後、金型キャビティ内の圧力を解除し、発泡性樹脂の冷却収縮に伴って、成形品の内部を発泡させる発泡射出成形法が知られている（特公昭６２−１６１６６号公報）。
【０００５】
一方、熱可塑性樹脂の成形性改善の手段としては、成形材料の流動特性を改良する方法が古くから用いられており、樹脂の平均分子量を下げる、樹脂の分子量分布を広げて低分子量成分を増やす、可塑剤と呼ばれる低分子化合物を添加する等の方法が知られているが、いずれの方法も成形材料の流動性向上と引き替えに、耐熱性の低下を招くという問題がある。
【０００６】
また、成形材料の流動特性は、成形条件によっても大きく変わり、成形温度や金型温度を高くすることによって、成形性を改善する方法も一般的である。しかし高い成形温度は、樹脂および可塑剤等の添加物の熱分解を引き起こし、成形品の強度低下や変色を引き起こすという問題がある。加えて、金型表面に分解物が付着する場合もあり、生産現場においては、金型付着物の拭き取りに要する時間や成形機の温度を高くすることによる消費電力の増大が生産コストの上昇につながる。また、金型温度を高くする場合も、成形品の冷却固化に要する時間が増大するため、生産性の低下につながり、コストアップ要因となる。
【０００７】
そこで、前述の問題を解決する手段として、ＷＯ９８／５２７３４には、熱可塑性樹脂に二酸化炭素を０．２重量％以上溶解させて溶融粘度を低下させた溶融樹脂を、溶融樹脂のフローフロントで発泡が起きない圧力以上にガスで加圧した金型キャビティに射出することを特徴とする射出成形法が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来から知られている発泡射出成形法では、前記カウンタープレッシャー法を用いても、成形品の表面にスワールマーク（発泡模様）やヒケ等の不良現象が発生する場合があり、製品として満足できるような外観がなかなか得られない問題がある。また、カウンタープレッシャー法の一例である特公昭６２−１６１６６号公報の実施例における樹脂中の窒素ガス量は０．０１〜０．１５重量％程度と推定され、成形品の内部を発泡させることはできても、金型キャビティ内の流動性を向上させることができるものではない。
【０００９】
そこで、上記特公昭６２−１６１６６号公報のカウンタープレッシャー法と前記ＷＯ９８／５２７３４の二酸化炭素の溶解とを組み合わせ、二酸化炭素を樹脂に高濃度に溶解させ、金型キャビティ内における樹脂流動性を向上させる同時に発泡も得ることが考えられるが、カウンタープレッシャー法における成形品表面の発泡防止に必要なカウンターガス圧力も高くなるため、高度な金型ガスシール構造が必要となり、成形品の形状によっては対応が困難となる。
【００１０】
そこで、本発明は、二酸化炭素等の物理発泡剤を用い、これを高濃度に溶解させた発泡性樹脂を用いることで、使用発泡性樹脂の流動性を高めると同時に、少なくとも成形品の意匠面が非発泡で内部が発泡した高外観の発泡射出成形品を、非発泡面のスワールマークを簡便な手段で防止しつつ得られるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討した結果、下記の方法が前記目的を達成することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、少なくとも成形品の意匠面に対応する金型面に熱伝導率が０．００２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下で、かつ厚みが０．００１ｍｍ以上３ｍｍ以下の断熱層を被覆した金型の金型キャビティ内に、射出成形機のシリンダー内で物理発泡剤を溶解させた発泡性樹脂を射出して金型キャビティを満たし、金型キャビティ内の発泡性樹脂を冷却収縮に伴って発泡させることを特徴とする発泡射出成形法を提供するものである。
【００１３】
また、上記本発明は、物理発泡剤が二酸化炭素であり、発泡性樹脂中における該二酸化炭素の濃度が０．２重量％以上であることをその好ましい態様として含むものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
本発明においては、発泡射出成形品を得るための発泡剤として、物理発泡剤を用いる。本発明で用いる物理発泡剤とは、溶融樹脂に溶解させることにより、該溶融樹脂の溶融粘度を低下させる性質を有し、溶解させた該溶融樹脂の圧力を開放することにより、該溶融樹脂中に気泡を発生させることできる、常温常圧における気体をいい、具体的には二酸化炭素、炭素数１〜５の飽和炭化水素およびその一部をフッ素で置換したフロンなどがある。その中でも二酸化炭素は、樹脂の溶融粘度を低下させる効果が極めて高い上、安全性やコスト的にも優れるので好ましい。そこで、以下、物理発泡剤として二酸化炭素を用いる場合を例として本発明を説明する。
【００１６】
本発明においては、必要な量の二酸化炭素を溶解させた発泡性樹脂を得やすくするために、二酸化炭素は射出成形機のシリンダー内で溶融樹脂に混合溶解させる。そのためには、シリンダー部に穴を開けてガス供給用の配管を接続した射出成形機や、シリンダー部の中間部に設けられたベント部にガス供給用の配管を接続した射出成形機等を用いることができる。
【００１７】
本発明の発泡射出成形は、まず樹脂を射出成形機に投入して可塑化し、溶融樹脂を射出成形機のシリンダー内に満たした状態で、二酸化炭素をシリンダーに注入して溶融樹脂との混練を行い、続いて、二酸化炭素が溶解して溶融粘度が低下した発泡性樹脂を射出して金型キャビティを満たし、金型キャビティ内の発泡性樹脂を冷却収縮に伴って発泡させ、冷却固化が完了した後に発泡成形品を取り出すという、概略の手順で行われる。
【００１８】
本発明においては、発泡性樹脂を金型キャビティに射出する際のフローフロントにおける発泡を防止するため、金型面に断熱層を被覆した金型を用いる。
【００１９】
一般に、発泡性樹脂の射出成形においては、発泡性樹脂の固化温度よりもはるかに低い温度の金型面に樹脂が接することにより、充填開始と同時に金型キャビティ内を流動する発泡性樹脂のフローフロントから生じたガスを巻き込みながら、表面には急速に固化層が形成される。従って、得られる成形品には、ガスを巻き込んで固化することによるスワールマーク（発泡模様）が成形品の表面全体に亘って生じ、著しく外観が損なわれる。
【００２０】
ところが、金型面に断熱層を被覆した金型に発泡性樹脂を射出した場合、樹脂の表面が断熱層に接触しても、断熱層が存在することから、接触した発泡性樹脂の表面温度はその固化温度を超える状態がしばらく続く。従って、射出時に発泡性樹脂のフローフロントから生じたガスが金型キャビティの外部に排出されるまでの間、表面の流動性を良好な状態に保つことができ、断熱層に接した部分の成形品表面は、スワールマークを生じることなく冷却固化する。
【００２１】
本発明においては、少なくとも金型キャビティにおける成形品の意匠面に対応する金型面に、熱伝導率が０．００２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下の断熱層を０．００１ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚みで被覆した金型を用いることにより、成形品の少なくとも意匠面におけるスワールマークの発生を防止しているものである。ここで、意匠面とは、成形品の使用時に外部に露出する面をいう。また、本発明においては、この意匠面に対応する金型面に断熱層が設けられていれば足るが、金型面全面に断熱層を設けた金型を用いることもできる。
【００２２】
本発明に用いることができる断熱層の材質としては、熱伝導率と厚みが前記条件を満たし、かつ射出成形時の発泡性樹脂の温度に耐える耐熱性を有するものであれば特に制限は無いが、耐熱性及び金型面に対する密着性に優れることから、ポリイミド樹脂が好ましい。また、断熱層の傷付き防止のため、その表面にハードコート材やメッキを施しても良い。
【００２３】
金型面への断熱層の被覆においては、薄過ぎる場合は断熱性が低下し、充填時のフローフロントから生じたガスが金型キャビティの外部に十分に排出される前に発泡性樹脂の表面に固化層が形成されてしまうので、成形品表面のスワールマークを十分に抑制することが困難となる。一方、厚過ぎる場合には成形品の表面外観は優れるものの、断熱性が高過ぎて樹脂の冷却固化が遅れ、成形サイクルが延びてコストアップ等を招く。従って、断熱層の厚みとしては、発泡性樹脂の成形温度や金型温度等の成形条件にもよるが、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下程度とすることが好ましい。
【００２４】
上記断熱層によるスワールマークの発生を確実に抑制しつつ、成形品内部の確実な発泡を得るためには、発泡性樹脂の射出によって金型キャビティを満たした後、金型キャビティ内の発泡性樹脂をその冷却収縮に伴って発泡させることが必要である。このようにすることによって、金型キャビティ内での断熱層と発泡性樹脂の密着を維持しながら内部を発泡させることができる。
【００２５】
発泡性樹脂の射出充填量が金型キャビティを満たす量より少ない場合、特に充填末端部においては発泡倍率が高く、より軽量の成形品が得られる。しかし、金型キャビティ内での断熱層と発泡性樹脂の密着力が弱まり、成形品の意匠面における発泡を十分に防止できなくなる。
【００２６】
一方、発泡性樹脂の充填量が金型キャビティの容積に対して多過ぎる場合、すなわち射出成形機の樹脂保圧を高くして過充填する場合は、断熱層と発泡性樹脂との密着力が高まるため、成形品意匠面の発泡は防止可能である。しかし、金型キャビティ内の発泡性樹脂の圧力が高くなるため、発泡が抑制され、成形品内部の発泡倍率が低下することになる。
【００２７】
発泡性樹脂中の二酸化炭素の溶解量としては、所望する金型キャビティ内における樹脂流動性及び射出成形品の発泡状態等にもよるが、下限としては発泡性樹脂中の濃度で０．２重量％以上である。一般に二酸化炭素の溶解量が大きくなるほど溶融樹脂の流動性は高くなり、また微細発泡した成形品が得られるようになる。しかし、二酸化炭素の溶解量を高くし過ぎると、充填時にフローフロントから発生するガスの量が増加し、金型外部に排出されるまでの時間も長くなるため、その発泡性樹脂表面における固化層の成長速度を遅らせる必要がある。すなわち、断熱層の厚みを増やす必要が生じるが、これは前述のように成形サイクルアップを招く。そこで、発泡性樹脂中の二酸化炭素の濃度としては、多くても４重量％以下とするのが好ましい。
【００２８】
なお、本発明における発泡性樹脂中の二酸化炭素の濃度とは、二酸化炭素を溶解させた発泡性樹脂を用いて射出成形を行い、成形直後における成形品の重量Ｗ１と、成形品を、非晶性樹脂にあってはガラス転移温度、結晶性樹脂にあっては融点よりも約３０℃低い熱風乾燥機中に２４時間以上放置し、成形品中に含まれていた二酸化炭素が放散して重量が一定になった成形品の重量Ｗ２とから、｛（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１｝×１００（重量％）によって求められる値である。
【００２９】
本発明に用いることができる樹脂としては、一般に熱可塑性樹脂と称されるものであれば、特に制限はない。例えば、ポリスチレン（ＰＳ）や、ハイインパクトポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ミデイアムインパクトポリスチレン（ＭＩＰＳ）のようなゴム補強スチレン系樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体（ＳＡＮ樹脂）、アクリロニトリル−ブチルアクリレートラバー−スチレン共重合体（ＡＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−エチレンプロピルラバー−スチレン共重合体（ＡＥＳ）、アクリロニトリル−塩化ポリエチレン−スチレン共重合体（ＡＣＳ）、ＡＢＳ樹脂（例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン−アルファメチルスチレン共重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）等のスチレン系樹脂。ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル系樹脂。低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のオレフィン系樹脂。ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリカーボネート等のポリカーボネート系樹脂、ポリアミド６６、ポリアミド６、ポリアミド４６等のポリアミド系樹脂、ポリオキシメチレンコポリマー、ポリオキシメチレンホモポリマー等のポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、その他のエンジニアリング樹脂、スーパーエンジニアリング樹脂、例えば、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の他、セルロースアセテート（ＣＡ）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、エチルセルロース（ＥＣ）等のセルロース誘導体、液晶ポリマー、液晶アロマチックポリエステル等の液晶系ポリマー、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）、熱可塑性スチレンブタジエンエラストマー（ＳＢＣ）、熱可塑性ポリオレフィンエラストマー（ＴＰＯ）、熱可塑性ポリエステルエラストマー（ＴＰＥＥ）、熱可塑性塩化ビニルエラストマー（ＴＰＶＣ）、熱可塑性ポリアミドエラストマー（ＴＰＡＥ）等の熱可塑性エラストマーを挙げることができる。また、一種もしくはそれ以上の上記熱可塑性樹脂のブレンド体やポリマーアロイと称される熱可塑性樹脂を用いても良い。熱可塑性樹脂は、充填材および／または添加材等を含有していても良い。
【００３０】
【実施例】
次に、本発明を実施例及び比較例に基づいて説明する。
【００３１】
実施例１
図１に示すような長方形の平板成形品を本発明に基づく射出成形法にて成形した。金型としては、可動型側の金型面が入れ子になっており、この入れ子の表面に断熱層として膜厚が０．１５ｍｍのポリイミド樹脂が被覆されたもので、断熱層を被覆していない入れ子に交換すれば、断熱層の無い一般的な金型として使用できるものを用いた。
【００３２】
使用した金型のキャビティ部の寸法は、長辺が８５ｍｍ、短辺が５４ｍｍ、厚みが２．５ｍｍである。また、ゲートは、図１に符号１で示す位置に設けたフイルムゲートであり、平板成形品と接する部分の寸法は、幅が４０ｍｍ、厚みが０．５ｍｍである。
【００３３】
使用した射出成形機は、住友重機械工業株式会社製「ＳＧ１２５Ｍ−ＨＰ」を改造し、シリンダーの外壁に穴をあけて二酸化炭素供給ラインを接続したものを用いた。即ち、二酸化炭素供給ラインから二酸化炭素をシリンダー内に供給し、成形機シリンダー内部の可塑化状態にある樹脂に二酸化炭素を吸収させることができるように改造したものを用いた。
【００３４】
エー・アンド・エム　スチレン株式会社製のポリスチレン樹脂６８５を用い、下記に示す手順および成形条件にて発泡射出成形を行った。
【００３５】
（手順）
１：射出成形機のシリンダー内にて、溶融状態のポリスチレン樹脂に二酸化炭素を溶解する。
【００３６】
２：射出成形機の１次射出圧によって、金型キャビティ内がちょうど満たされる量の発泡性樹脂を射出する。
【００３７】
３：金型キャビティ内の発泡性樹脂をその冷却収縮に伴って発泡させ、冷却固化後、成形品を取り出す。
【００３８】
（成形条件）
射出成形機のシリンダー温度：２４０℃
射出速度：１００ｍｍ／ｓｅｃ
冷却時間：２５ｓｅｃ
金型温度：６０℃
射出成形機のシリンダーへの二酸化炭素の注入圧力：６ＭＰａ
【００３９】
得られた平板成形品の外観について、目視観察により評価を行った。得られた発泡成形品は、固定型側の金型面（断熱層を被覆していない金型面）により成形される背面にはスワールマークが見られたが、その裏側面である可動型側の断熱層を被覆した金型面により成形される意匠面は、スワールマークの無い、光沢に優れる良好な外観であった。また、平板成形品の断面を観察したところ、良好な発泡状態あることが観察された。
【００４０】
比較例１
可動型側の金型面の入れ子を断熱層を被覆していないタイプのものに交換し、実施例１と同じ条件にて成形を行った。得られた発泡成形品は、全面にスワールマークが生じ、外観の悪いものであった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は以上説明した通りのものであり、物理発泡剤を高濃度に溶解して溶融粘度を低下させるため、成形性に非常に優れる。また得られる発泡成形品は内部が発泡し、意匠面にはスワールマークが無く、非常に外観に優れるため、電子機器の筐体部品等の様々な産業用途への利用が期待できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例で成形した平板成形品を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　フイルムゲート位置
【図１】
2004066751.tif 000002