(57)【要約】回転成形用途で生じる三次元収縮と反りのマッピングと、その制御方法。
2010531747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記段階を含む回転成形品の収縮および反りの最小化方法：
（ａ）回転成形品の外側表面を光デジタル化（optical digitisation）で三次元解析し、
（ｂ）回転成形品の外側表面および内側表面をＲｘデジタル化（Ｒｘ digitisation）で三次元解析し、
（ｃ）金型の内側表面を光デジタル化で三次元解析し、
（ｄ）金型の内側表面および外側表面をＲｘデジタル化で三次元解析し、
（ｅ）成形部品を金型にキーイング（keying）し、
（ｆ）金型と成形部品との間の容積を各測定点でマッピングし、
（ｇ）種々の樹脂を用いて一揃いのマップ (a bank of maps) を作成し、
（ｈ）種々のオーブン温度を用いて一揃いのマップを作成し、
（ｉ）種々の冷却速度を用いて一揃いのマップを作成し、
（ｊ）変形のバランスが最高となる上記（ｇ）および／または（ｈ）および／または（ｉ）段階のパラメータを選択する。
【請求項２】
（ｅ）段階のキーイングを金型と成形部品との間の距離の平均を最小化することで行う請求項１に記載の方法。
【請求項３】
樹脂がビス−テトラヒドロインデニル触媒系を用いて製造したポリエチレンである請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転成形の用途で生じる三次元の変形を予測し、それを制御する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、回転成形は複雑で正確な幾何形状を必要とする用途で用いられるので、収縮 (shrinkage) と反り（wrapage）を最大限減らすか、少なくともどこでどのような形で変形が生じるかを知ることが望ましい。
反りと収縮は一般に二次元的な方法を用いて研究されてきた。反りは研究対象物の平らな水平表面と固定マーカーとの間の垂直距離として測定されるが、研究対象物の表面が複雑形状な場合には正確ではないということは理解できよう。収縮は寸法が分かっているグリッドを成形部品中に挿入して測定されるが、グリッドが収縮プロセスの一部を妨げたり、少なくとも収縮プロセスと相互作用するため正確ではない。二次元システムで測定した変形量は三次元変形によるものよりはるかに小さい。
【０００３】
反りと収縮はベルファストのクイーンズ大学で広範囲に研究されている。固体状態でのポリマー、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、二フッ化ポリビニルは組織化されていない非晶質領域と高度に組織化された結晶領域とを含む半結晶構造を特徴とする。液体状態よりも固体状態の方が組織化のレベルが高いので、液体状態から固体状態へ移行するときにポリマーの密度が増加する。
【０００４】
結晶化度はポリマーの化学構造、従ってその製造方法によって決まる。例えばビス−テトラヒドロインデニル触媒系で製造したポリエチレンのスフェルライト寸法はチーグラー−ナッタ触媒系で製造したポリエチレンの寸法よりも小さいことが観察されている。
【０００５】
回転成形の用途で生じる収縮と反りは材料の結晶化度に関係し、結晶化度自体はその熱履歴に関係する。急冷は多量のランダムまたは非晶質構造の存在、小さい収縮、良好な耐衝撃性と関係があり、徐冷は大きな収縮と不十分な耐衝撃性とを有する高結晶質の材料と関係があることが観察されている。
【０００６】
さらに、［図１］に示すように回転成形用金型内の熱交換が均一でないことも観察されている。金型の種々の部品で生じる冷却速度の差によって冷却固体内に張力が生まれ、［図２］に示すように反りが生じる。
従って、回転成形品中で生じる変形は種々の要因の影響を受けた様々な結果が複雑に重なり合ったものである。
変形を正確に測定できなければ、その大きさを制御または減らすことは不可能である。
従って、回転成形品で生じる三次元変形を正確に測定する方法を開発し、変形の原因である回転成形パラメータを理解するというニーズがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、回転成形品の三次元変形の測定方法を開発することにある。
本発明の別の目的は、回転成形品で観察される変形の原因であるパラメータを決定することにある。
本発明のさらに別の目的は、回転成形品の変形量を最小化する方法を開発することにある。
これらの目的の少なくとも一部は本発明によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は下記段階を含む回転成形品の収縮と反りを最小化する方法を開示する：
（ａ）回転成形品の外側表面を光デジタル化（optical digitisation）で三次元解析し、
（ｂ）回転成形品の外側表面および内側表面をＲｘデジタル化（Ｒｘ digitisation）で三次元解析し、
（ｃ）金型の内側表面を光デジタル化で三次元解析し、
（ｄ）金型の内側表面および外側表面をＲｘデジタル化で三次元解析し、
（ｅ）金型に対して成形部品をキーイング（keying）し、
（ｆ）金型と成形部品との間の容積を各測定点でマッピングし、
（ｇ）種々の樹脂を用いて一揃いのマップ (a bank of maps) を作成し、
（ｈ）種々のオーブン温度を用いて一揃いのマップを作成し、
（ｉ）種々の冷却速度を用いて一揃いのマップを作成し、
（ｊ）変形のバランスが最高となる上記（ｇ）および／または（ｈ）および／または（ｉ）段階のパラメータを選択する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】多層成形部品のいくつかのパートの時間（分）と温度（℃）とを表す図。
【図２】反りの発生の概念図。
【図３】金型内での回転成形品の形状を表す図。
【図４】金型と成形部品との間の距離の平均を減らすようにした時の回転成形品と金型との間隔で測定した７．５リットルの回転成形ボトルの収縮の三次元マッピングを表す図。
【図５】樹脂Ｒ１〜Ｒ８の場合の金型容積に対する全変形量（％）を表す図。
【図６】スフェルライトの寸法（μｍ）を樹脂のタイプおよび内部ピーク空気温度の関数で表した図。
【図７】各種樹脂、各種壁厚さ、各種オーブン温度での回転成形品の容積増加量（リットル）を表す図。
【図８】壁厚さが４．５ｍｍの１０リットルボトルの浸漬前後での外側表面の寸法変化を２００，０００の測定点で表した図。外側表面の寸法変化はｍｍで表してある。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ｒｘデジタル化（Ｒｘ digitisation）はコンピュータ断層撮影法であり、医療分野等で用いられ、断層撮影法は断層毎の画像化である。デジタル幾何学処理（digital geometry processing）は単一回転軸線を中心に撮影した多数の連続した二次元X線画像から物体内部の三次元画像を作るのに用いられる。この方法は主に医学で用いられるが、非破壊材料検査でも用いられている。
【００１１】
成形部品は複数の技術を用いて金型に対してキーイング（keying）できる：
（１）成形部品の重心に対して金型の重心をキーイングする。
（２）金型に対して成形部品の固定点をキーイングする。
（３）金型と成形部品との間の距離の平均（mean of distance）を最小化する。
最後の方法を用いるのが好ましい。
典型的形状は［図３］に見ることができる。
回転成形品と金型との間隔の三次元マッピングは例えば［図４］に見ることができる。
【実施例】
【００１２】
複数の樹脂を用いて回転成形品を製造して試験をした。金型、オーブン温度および冷却速度は全ての樹脂で同じである。
使用した樹脂は以下の通り：
Ｒ１はトータル・ペトロケミカルズから商品名M3581 UVで市販のメタロセン触媒を用いて製造されたポリエチレン。密度が０．９３５ｇ／ｃｍ3で、メルトフローインデックスＭＩ２が８ｄｇ／分。密度は規格試験ＡＳＴＭ １５０５の方法を２３℃の温度で用いて測定し、メルトフローインデックスＭＩ２は規格試験ＡＳＴＭ Ｄ １２３８の方法に従って１９０℃の温度且つ２．１６ｋｇの荷重下で測定。
Ｒ２は樹脂Ｒ１を赤色顔料と一緒に押し出したもの。
Ｒ３は樹脂Ｒ１を白色顔料と一緒に押し出したもの。
Ｒ４は樹脂Ｒ１と黒色顔料とのドライブレンド。
Ｒ５は樹脂Ｒ１と緑色顔料とのドライブレンド。
Ｒ６はアルケマ社から商品名Rilsan（登録商標）RDG232で市販のポリアミド。
Ｒ７はメタロセン触媒を用いて製造されたプロピレンのランダムコポリマー。メルトインデックスが１５ｄｇ／分で、エチレン含有率が２重量％。メルトインデックスは規格試験ＡＳＴＭ Ｄ １２３８の方法に従って２．１６ｋｇの荷重下且つ２３０℃の温度で測定。
Ｒ８はアルケマ社から商品名Kynar（登録商標）3200Gで市販のＰＶＤＦ。
Ｒ９はトータル・ペトロケミカルズから商品名M4041 UVで市販のメタロセン触媒を用いて製造されたポリエチレン。密度が０．９４０ｇ／ｃｍ3で、メルトフローインデックスＭＩ２が４ｄｇ／分。
Ｒ１０はチーグラー−ナッタ触媒系を用いて製造したポリエチレン。密度が０．９４０ｇ／ｃｍ3で、メルトフローインデックスＭＩ２が４ｄｇ／分。
Ｒ１１はボレアリ（Borealis）社から商品名RM8343で市販のメタロセンを用いて製造されたポリエチレン。密度が０．９３４ｇ／ｃｍ3で、メルトフローインデックスＭＩ２が６ｄｇ／分。
【００１３】
全変形量すなわち収縮と反りを組合せた変形量は金型の内部容積に対する％で表した。樹脂Ｒ１〜Ｒ８の例を［図５］に示した。図から分かるように樹脂の種類、添加剤の種類、添加方法が成形部品の全体性能に関与する。
【００１４】
次の実施例では結晶化度（スフェルライトの寸法で表す）を樹脂の種類とオーブン温度の観点から観察した。結果は［図６］に示してある。
［図６］の第１列は種々の内部ピーク空気温度（ＰＩＡＴ）下で樹脂のタイプを第二世代メタロセン（樹脂Ｒ１またはＲ９）から第一世代メタロセン樹脂（樹脂Ｒ１１）に代えたときのスフェルライト寸法の全変化量を示している。全変化量は約３０μｍの増加であった。
【００１５】
［図６］の第２列は１７７．３℃のＰＩＡＴで樹脂のタイプを第二世代メタロセン（樹脂Ｒ１またはＲ９）から第一世代メタロセン樹脂（樹脂Ｒ１１）に代えたときのスフェルライト寸法の全変化量を示す。全変化量は約１９μｍの増加であった。
［図６］の第３列は２５４．８℃のＰＩＡＴで樹脂のタイプを第二世代メタロセン（樹脂Ｒ１またはＲ９）から第一世代メタロセン樹脂（樹脂Ｒ１１）に替えたときのスフェルライト寸法の全変化量を示す。全変化量は約４２μｍの増加であった。
【００１６】
［図６］の第４列は全てのタイプの樹脂でＰＩＡＴを１７７．３℃から２５４．８℃に上げたときのスフェルライト寸法の全変化量を示す。全変化量は約９μｍの増加であった。
［図６］の第５列は樹脂Ｒ１でＰＩＡＴを１７７．３℃から２５４．８℃に上げたときのスフェルライト寸法の全変化量を示す。全変化量は約４μｍの増加であった。
［図６］の第６列は樹脂Ｒ９でＰＩＡＴを１７７．３℃から２５４．８℃に上げたときのスフェルライト寸法の全変化量を示す。全変化量は約３μｍの増加であった。
［図６］の第７列はチーグラー−ナッタポリエチレンでＰＩＡＴを１７７．３℃から２５４．８℃に上げたときのスフェルライト寸法の全変化量を示す。全変化量は約２μｍの増加であった。
［図６］の第８列は樹脂Ｒ１１でＰＩＡＴを１７７．３℃から２５４．８℃に上げたときのスフェルライト寸法の全変化量を示す。全変化量は約２６μｍの増加であった。
【００１７】
従って、スフェルライト寸法に影響を与える主たる要因は樹脂の種類であると結論付けられる。「第二世代」メタロセン触媒系、例えばビス−テトラヒドロインデニルで調製した樹脂Ｒ１とＲ９は一般にＰＩＡＴに対して非常に安定なスフェルライト寸法を有していた。「第一世代」メタロセン触媒系、例えば非架橋ビスシクロペンタジエニルで調製した樹脂Ｒ１１はＰＩＡＴに対して非常に敏感であった。
【００１８】
複数の金型厚さ、オーブン温度および冷却速度での成形部品の全容積も調べた。回転成形品の全容積が増加すれば収縮量が減少したことを意味する。サンプルは７．５リットルの回転成形ボトルにした。
［図７］に示すように、金型の厚さの増加およびオーブン温度の上昇によって収縮が減少することが観察された。
［図７］の第１列は樹脂Ｒ９を樹脂Ｒ１に代えたときの成形部品の容積（リットル）の増加を示す。
［図７］の第２列は成形部品の壁厚さ（ＷＴ）が３ｍｍから６ｍｍに増加したときの容積の増加を示す。
［図７］の第３列はＰＩＡＴが１７７．３℃から２５４．８℃に上昇したときの成形部品の容積の増加を示す。
【００１９】
別の実施例では、密度が０．９３４ｇ／ｃｃでメルトフローインデックスＭＩ２が２．７ｄｇ／分の樹脂M3423 UV（登録商標）を用いて回転成形で１０リットルのボトルを製造した。ボトルの壁厚さは４．５または６．０ｍｍにした。これらのボトルに純粋なバイオディーゼルまたは３０％バイオディーゼルを充填し、７０℃の温度で６週間貯蔵した。浸漬の前後に壁厚さと外側表面寸法を断層撮影法で２００，０００の測定点で測定した。驚くべきことに、一部のディーゼルがボトルの壁に吸収されたにもかかわらず、壁全体の厚さは浸漬後に減少することが観察された。平均壁厚さ（ｍｍ）の結果は［表１］にまとめてある。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
［図８］は外側表面寸法の結果を示している。この図からボトルの外側表面寸法が浸漬後に増加したことがわかる。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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