(57)【要約】【課題】  発泡シートの成形において、高発泡倍率から低発泡倍率まで、また低粘度から高粘度の樹脂まで広範囲にわたって、発泡シートの表面精度、光沢性の向上、目ヤニの減少、及びスジ状模様の発生しない発泡シートを成形する。【解決手段】  コア１及びアウトリング２の樹脂通路７を形成する面を、表面粗度（Ｒａ）が０．８ａ〜６．３ａの範囲でブラスト処理し、ブラスト処理後、好ましくは、窒化クロム処理、さらに好ましくは、硬質クロームメッキ処理に重ねて窒化クロム処理を施し、表面粗度（Ｒａ）を０．４ａ〜３．２ａの範囲にする。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出機内で溶融混練された樹脂に発泡剤を溶解し、前記押出機の下流に配設されている金型を通して低圧領域に押出して発泡させた発泡シート（１０）を製造する樹脂発泡シート成形装置用ダイにおいて、
前記金型が、コア（１）とアウトリング（２）とにより形成される樹脂通路（７）を有する丸ダイ（１１）であり、前記コア（１）と前記アウトリング（２）の前記樹脂通路（７）側の面にはブラスト処理が施されていることを特徴とする樹脂発泡シート成形装置用ダイ。
【請求項２】
前記発泡剤に炭酸ガス及び窒素ガスの無機系ガスを使用し、前記ガスを超臨界状態で溶融樹脂に溶解させて、前記樹脂通路（７）出口近傍において急激に圧力開放を行い発泡させることができることを特徴とする請求項１記載の樹脂発泡シート成形装置用ダイ。
【請求項３】
前記ブラスト処理に、硅砂、鉄粉、硝子ビーズが使用されることを特徴とする請求項１又は２記載の樹脂発泡シート成形装置用ダイ。
【請求項４】
前記ブラスト処理を施したコア（１）及びアウトリング（２）のブラスト層（５）の表面粗度（Ｒａ）が、０．８ａ〜０．６ａの範囲の梨地状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の樹脂発泡シート成形装置用ダイ。
【請求項５】
前記ブラスト処理後、コア（１）及びアウトリング（２）のブラスト層（５）に窒化クロム加工が施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の樹脂発泡シート成形装置用ダイ。
【請求項６】
前記ブラスト処理後、コア（１）及びアウトリング（２）のブラスト層（５）に硬質クロームメッキ及び窒化クロム処理加工を重層していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の樹脂発泡シート成形装置用ダイ。
【請求項７】
コア（１）及びアウトリング（２）のブラスト層（５）への窒化クロム処理加工後の表面粗度（Ｒａ）が、０．４ａ〜３．２ａの範囲であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の樹脂発泡シート成形装置用ダイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート表面の荒れがなく、且つシート表面への樹脂分解物の付着がない外観性に優れた熱可塑性樹脂の発泡シートを製造することが可能な樹脂発泡シート成形装置用ダイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂における発泡シートの製造方法として、従来より押出発泡法が多く用いられている。これを簡単に説明すると、押出機内で熱可塑性樹脂を溶融混練し、これに発泡剤を溶解し、この溶融樹脂を押出機下流に配設された成形用ダイのコアとアウターリングとの隙間により形成される樹脂流路から低圧領域に押出して発泡させ発泡シートとするものである。これに適用されるダイとしては、シートの目的の発泡倍率、あるいはシート厚さ等により、Ｔダイもしくは丸ダイが一般的に使用される。
【０００３】
また、発泡剤としては、アゾ化合物等の熱分解型有機系発泡剤やイソシアネート化合物等の反応型有機系発泡剤が化学発泡剤として多く用いられている。一方、ブタン、ペタン等の脂肪族炭化水素類の有機系発泡剤やフロンを代表とする有機系物理発泡剤も多く用いられている。
【０００４】
しかしながら、地球環境の保護、温暖化対策のため、処々の規制が施行されており、フロンにおいては、特定フロン、代替フロンが撤廃され、オゾン層破壊問題解決のために次世代フロンに変わろうとしている。また、ブタンやペタンについては、成形装置が大掛かりとなるとともに、使用機器を防爆仕様にする必要がある。
【０００５】
このような状況の中、化学発泡剤や、炭酸ガス及び窒素ガスを使用した無機系物理的発泡剤も多く使用され始めており、特に、無機系物理的発泡剤については、容易にガス量を制御可能なことから特に高発泡倍率の発泡品や微細なセルの発泡品に適用が注目されている。
【０００６】
特に、高発泡倍率のシート成形においては丸ダイの使用が一般的であり、良好な発泡を行うために押出機内で溶融樹脂中に発泡剤を均一に混合し、マスターバッチとしてペレットに化学反応で二酸化炭素や窒素を発生させる形態の反応型有機系発泡剤も多く用いられている。
【０００７】
このような分解ガス発泡は、ダイ出口付近の急激な圧力開放により熱力学的不安定状態を作り発泡核が成長して発泡が始まることが知られており、この箇所でシートは急激な発泡により厚さ方向に厚くなりダイの下流側端部に位置するリップの壁面に接しながらダイ下流側に配設されているマンドレルに導かれてマンドレルの全周の一箇所あるいは複数箇所で切断されてシート成形される。
【０００８】
従って、シートはダイリップの壁面に接触しながら押し出されることになるので、発泡シート表面が壁面にこすられることになり、壁面の平面精度、滑性状況によっては発泡シート表面が傷つけられやすくなる。特に発泡倍率の高いシート成形において多く使用される丸ダイにおいて、この現象が顕著に現れる。発泡倍率が高いほど樹脂がダイ先端のリップ壁面に強く押し付けられながら押出されるため、この部分の摩擦抵抗が大きいと引っかき傷となり、粒となって目ヤニといわれる樹脂塊に成長して固まりになり、ダイリップ近傍に付着し、これがシート内外面に流出したり筋状の線となったりしてシート全体の表面品質を悪化させている。
【０００９】
この現象を改善するために、丸ダイの壁面の表面精度を向上させたり、溶融樹脂中の冷却固化中の壁面への滑り抵抗を少なくするために、溶融樹脂中に滑材を混合し接触面のスベリ性を上げたりすることも手段として用いられている。
【００１０】
壁面の表面精度を向上させる方法として、丸ダイのアウトリングの溶融物に接触する面をクロームメッキし、コアの溶融物と接触する面をジルコニア、アルミナ、チタニアのいずれか、あるいは２つ以上の混合物で形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
また、コア本体を、窒化チタン又はタングステンカーバイトでコーティングし、アウトリング本体を窒化チタン又はタングステンカーバイトでコーティングするか、もしくは窒化処理を行ってシート表面の荒れを少なくし、樹脂の分解物である目ヤニを付着させないようにする技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
さらには、ダイの下流に配設され、発泡シートを冷却するためのアルミニウム製のプラグの表面をアルマイト処理する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１３】
また、ダイの樹脂が流れる樹脂通路の内面をセラミック材料によってコーティングする技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平７−３２３４５８号公報
【特許文献２】特開２０００−２４６７８２号公報
【特許文献３】特開２０００−２５４９５５号公報
【特許文献４】特開平８−１１２８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来技術のものは、特定の樹脂に限定した対応がなされている。
例えば、ポリエステル樹脂は結晶性の樹脂で加熱により急激に溶融し、粘土の低い液状物になる性質があるため、溶融樹脂の押出速度を速くして成形する必要がある。しかしながら押出速度を速くすると、壁面と高速に流れる溶融樹脂との間の摩擦抵抗が大きくなり過ぎて発熱し、樹脂の分解物である目ヤニが発生してシートの外観が悪くなる。このため、摩擦抵抗を小さくするために、丸ダイのアウトリングの溶融物に接触する面をクロームメッキし、コアの溶融物と接触する面をジルコニア、アルミナ、チタニアのいずれか、あるいは２つ以上の混合物で形成しているが、粘度の高い樹脂では、摩擦抵抗が大きく発熱してしまうため、粘度の高い樹脂では狙い通りの発泡ができないという課題がある。
【００１５】
また、ポリスチレン、ポリエステル、ポリエチレン系樹脂の発泡シートを滑らかに滑らすため、コア本体を窒化チタン又はタングステンカーバイトでコーティングし、アウトリング本体を窒化チタン又はタングステンカーバイトでコーティングするか、もしくは窒化処理するものでは、窒化コーティングの加工が、蒸着、焼き嵌め等により施工されており、表面が硬く、加工時間を要することで、適用しにくいという課題がある。
【００１６】
また、プラグをアルミ製にし、その表面をアルマイト処理することにより、発泡シートの黒スジや横シマをなくすことは可能となるが、発泡シートの表面精度、光沢性の向上や目ヤニの低減を行うことはできない。
【００１７】
さらには、ダイスの樹脂通路の内面をセラミック材料によってコーティングすることにより、スパイラル状の樹脂通路においては、スパイラル部における樹脂の流動性を改善し、滞留を防止することに効果を有するが、発泡シートの表面精度の向上や目ヤニの低減を行うものではない。
【００１８】
このように従来の技術における成形品の材料を特定した金型の表面処理では、対象が限定されることや、また、表面処理の加工の困難さによる適用範囲の狭さにより、特に炭酸ガス等による高発泡倍率への対応が不十分である。従って、低発泡倍率の発泡剤だけに対応するのではなく、二酸化炭素や窒素などによる発泡倍率の高い物理的発泡剤による超臨界流体発泡に対応することのできるダイの表面精度の適用が求められている。さらに、低粘度樹脂から高粘度樹脂に対応するばかりでなく、低速押出から高速押出までに対応することのできる表面精度が求められている。
また、金型のコーティング面の材質が柔らかいと磨耗が促進したり、コーティング層の接着が弱いと剥離に至る場合がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、コーティング層を硬くし、樹脂の発泡によるダイ壁面への押付け磨耗に対し、摩擦係数を軽減して滑性を上げて目ヤニの発生を防止するために、金型のダイリップ（コア及びアウターリング）の表面にブラスト処理をし、さらに好ましくは、この状態にて上面に窒化クロム処理、又は硬質クロームメッキに重ねて窒化クロム処理を施すことにより、ブラスト処理痕を表面に残存させ、メッキ層の下地とのなじみが良好で表面の滑性が向上し、樹脂との摩擦抵抗の少ない表面コーティングを有する樹脂発泡シート用成形装置用ダイを提供することを目的とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の樹脂発泡シート成形装置用ダイは、金型のコア及びアウトリングの両方に、適度の荒さを持ったブラスト処理を施した上に、窒化クロム処理、あるいは、硬質クロームメッキ処理に重ね窒化クロム処理を施したことにより、滑性が向上して、樹脂のダイ壁面への押付け圧力が高くてもリップ部で目ヤニや筋目が発生せず、表面品質の良い発泡シートを成形することができる。さらに、ブラスト処理後、硬質クロームメッキ処理に重ね窒化クロム処理を施したものは、窒化クロム処理のみを施したものに比べ更に滑性がよくなり、発泡シートの表面品質をより一層向上させることができる。
【００２１】
また、ダイから吐出する際の溶融樹脂のダイ壁面への摩擦抵抗が少なく押出圧力が軽減されるので、押出速度を早く設定することが可能となる。
【００２２】
また、摩擦抵抗が少ないため、高粘度樹脂から低粘度樹脂まで広範囲の樹脂に対応することができる。
【００２３】
さらには、ブラスト処理後に窒化クロム処理を施すため、窒化クロム処理層が確実にコーティングされ、磨耗抵抗が軽減されて剥離もなく長時間の使用に耐えることができる。また、超臨界流体による発泡で特に発泡倍率が高いケースでは、発泡して厚くなった樹脂層がコア及びアウトリングの壁面、特にリップ部に押し付けられるが、この場合でも、摩擦抵抗の軽減により剥離がなく使用に耐えることができる。
【００２４】
さらには、ブラスト処理のみを施工した、梨地状の表面のみの場合でも、軟質で粘度の低い樹脂を使用した場合、発泡シートの表面精度が向上する。
【００２５】
このように、発泡シートの成形において、高発泡倍率から低発泡倍率まで、また、低粘度樹脂から高粘度樹脂まで、さらには低速押出から高速押出まで、広範囲にわたって発泡シートの表面精度、光沢性の向上、目ヤニの低減、ひいては、スジ状模様の発生しない発泡シートを成形することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
金型のダイリップ（コア及びアウターリング）のブラスト処理は少し荒めの仕上げ程度にて施工し、さらに好ましくは、この状態にて上面に窒化クロム処理、又は硬質クロームメッキに重ねて窒化クロム処理を施すことにより、下地のブラスト処理が表面に残存し、メッキ層が下地となじみ良好で表面の滑性が向上し、樹脂との摩擦抵抗の少ない表面コーティングを実現した。
【実施例１】
【００２７】
図１に基づいて本発明の実施例１を説明する。
これは一例であり、必ずしもこの形態に限定されるものではない。
実施例１の発泡シート成形装置は、樹脂を溶融混練する図示してない押出機と、押出機の下流側に配設され、発泡剤が溶融混合された樹脂を外部へ排出可能な樹脂通路７を形成するコア１及びアウトリング２を有する丸ダイ１１と、丸ダイ１１の下流側に配設され、丸ダイ１１より押出された発泡シート１０を導くマンドレル９と、マンドレル９の下部に配設され、発泡シート１０を切断可能な図示してないカッターもしくはエアーナイフとを有する。
【００２８】
次に、丸ダイス１１について詳述する。
丸ダイス１１は、コア１とアウトリング２とにより構成されており、コア１とアウトリング２との間に樹脂通路７が形成される。樹脂通路７は、溶融樹脂が流入し通過するときに、溶融樹脂の流動抵抗により樹脂の圧力が急激に上昇するように通路の幅が狭くなっている樹脂通路絞り部８を有している。また、樹脂通路７には、樹脂通路絞り部８の末端で圧力が頂点に達した後、急激に圧力が開放されるように、樹脂通路絞り部８の末端から樹脂通路７末端に向かって通路幅が逐次広くなるようにテーパ状に加工されたリップ３及び４が形成されている。
【００２９】
コア１及びアウトリング２の樹脂通路７を形成する面は、ブラスト処理されてブラスト層５が形成されており、ブラスト処理は、メッキの下地処理として荒めの処理が好ましく、表面粗度（Ｒａ）が０．８ａ〜６．３ａの範囲が好ましい。ブラスト層５の表面粗度が０．８ａ以下であるとメッキの載りが悪く、６．３ａ以上であると荒すぎてブラスト層５の表面に影響して発泡シート１０に筋キズが発生する可能性がある。従って、前記範囲が樹脂のリップ３及び４通過時にブラスト加工の痕跡が残存して接触面積が低く、凹面に空気層が形成され、滑性が向上して接触抵抗が低下し、表面品質の良い発泡シートが成形可能となる。
【００３０】
コア１及びアウトリング２は、ブラスト処理後、好ましくは、窒化クロム処理、さらに好ましくは、硬質クロームメッキ処理に重ねて窒化クロム処理が施され、表面処理層６が形成される。表面処理層６の、表面粗度（Ｒａ）は０．４ａ〜３．２ａの範囲が好ましく、０．４ａ以下の場合、シートの接触面積が大きくなり樹脂の押出し抵抗が高くなる。また、表面粗度が３．２ａ以上になると、リップ３及び４におけるシートの表面均一性に欠け、スジ状の線が発生する可能性があり、表面精度に影響を及ぼす。
【００３１】
次に、発泡シートの製造方法について説明する。
発泡剤は、熱分解型有機系発泡剤や反応型有機系発泡剤があるが、近年、地球温暖化の影響が小さい炭酸ガスや窒素ガスなどの無機系物理的発泡剤も使用されており、特に発泡セルの制御や高発泡倍率を目的とする場合、炭酸ガスや窒素ガスによる物理的発泡剤が好ましい。より好ましくは、炭酸ガスや窒素ガスを超臨界状態にして押出機中の溶融樹脂中に溶解させるのが高発泡の場合、好適である。
【００３２】
以下、このケースを例にとって説明する。
押出機内で溶融混練された溶融樹脂は、超臨界流体が溶融樹脂中に溶解されながら下流の丸ダイ１１に到達し、樹脂通路７に導かれさらに下流へと流れていく。この際、樹脂通路絞り部８の狭い部分を溶融樹脂が通過すると、溶融樹脂の流動抵抗により樹脂圧力が急激に上昇し、樹脂通路絞り部８の末端で圧力が頂点に達する。この後、丸ダイ１１末端に向かって樹脂通路７の幅が広がるリップ３及び４を流れると、その時点から溶融樹脂が減圧されながら圧力開放されるとともに、熱力学的不安定状態になるため、溶融樹脂中に拡散された超臨界流体の発泡が始まり、セル数及びセル密度が増すとともにセル径が徐々に大きく成長しながらリップ３及び４端面に到達する。
【００３３】
このとき、リップ３及び４端面近傍で発泡シート１０内、外表面の冷却を何らかの手段にて与えると表皮層の固化が早く、ガスが外部へと抜け出るのを防止することができ、セル密度の高い、もしくは発泡倍率の高い発泡シートができる。一方、このときにガス抜けすると、シート表面がざらざらし極端な場合は筋目状になってシート表面に残存することになる。
【００３４】
リップ３及び４先端では、発泡セルが成長しながら押出され固化が進みながら内外それぞれのリップ３及び４先端に押し当てられ、テーパ部の延長線上にあるマンドレル９の外周部に沿って引き込まれて下流へと引き取られる。マンドレル９の下部おいて、円筒状の発泡シート１０はエアーナイフ又はカッターにより切断されて、１枚あるいは複数枚の発泡シート１０となり、図示しない巻取り機に引き取られる。
【００３５】
この工程において、リップ３及び４の表面に対する接触圧力は、発泡倍率が高いほど押付け力が強くなる。従って、リップ３及び４の表面粗度の値によりシート表面品質が異なることになるので、表面粗度の範囲が重要になる。
【００３６】
また、リップ３及び４の通過抵抗が小さくなると、溶融樹脂の温度も発泡条件に合わせて低く設定可能となるので、溶融樹脂の表皮温度が低くなり薄いスキン層を形成することができる。このため、シート表皮部からのガス抜けが防止でき、発泡セル数が増加し、セル密度が高く、他のセルと合一の無い良好な発泡シート１０となる。
【００３７】
これらのことを考慮すると、リップ３及び４において樹脂温度が低温でも樹脂の通過抵抗が小さいこと、コア１及びアウトリング２の樹脂通路７形成面及びリップ３及び４の表面粗度が好適な範囲内であること、及び発泡時のリップ３及び４への押付け圧力によるメッキ層の剥離が無く耐久性があることなどが重要となる。これらのことから、ブラスト処理の下地処理と、窒化クロム処理後の表面粗度がシート成形での表面品質に重要な影響を与える。
【００３８】
次に、図２にコア１及びアウトリング２の表面処理の違いによる発泡シート１０表面の品質の違いをポリスチレンにて実験した結果を示す。
実験例１は、ブラスト処理のみ、実験例２はブラスト処理と硬質クロームメッキ、実験例３は、ブラスト処理と窒化クロム処理、実験例４はブラスト処理と、硬質クロームメッキ及び窒化クロム処理を施したものを使用し、比較例１は、ブラスト処理も表面処理もなし、比較例２はブラスト処理がなく硬質クロームメッキのみ、比較例３はブラスト処理がなく硬質クロームメッキと窒化クロム処理をそれぞれ施したものを使用する。
【００３９】
その結果、実験例１は、発泡シート１０表面に僅かに目ヤニを基点としたスジ状の傷があるが、実験例２及び３は、筋目等のキズは無く、実験例４にいたっては、筋目等のキズは無く、発泡シート１０表面に光沢があるものとなった。
一方、比較例１及び比較例２は、発泡シート１０表面に所々キズがあり、比較例３は、僅かに目ヤニを基点としたスジ状のキズがあるものとなった。
【００４０】
このように、ブラスト処理を行うことにより、コア１及びアウトリング２の表面粗度を好適な状態にし、さらに硬質クロームメッキや窒化クロム処理などの表面処理を施すことにより、前記０．４ａ〜３．２ａの範囲の良好な表面粗度を得ることができる。また、ブラスト処理を行わないと、比較例２や比較例３のように硬質クロームメッキや窒化クロム処理を行ったとしても好適な表面粗度を得ることができないといえる。
【００４１】
したがって、コア１及びアウトリング２の材質はある程度熱伝導率が良いものを使用して、表面処理としてブラスト処理を行う。ブラスト処理のみの梨地状の表面仕上げのみでもシートの表面精度の向上に効果が期待できるが、好ましくは、ブラスト処理後、窒化クロム処理を、さらに好ましくは、硬質クロームメッキに重ねて窒化クロム処理を施工し、表面粗度を好適な範囲内に納める。これにより、下地のブラスト処理痕が残存し、摩擦抵抗が少なく、壁面における滑性が増し、溶融樹脂の安定した流れを作り、表面精度の良い発泡シートとなる。
【００４２】
また、ブラスト処理は、硅砂、鉄粉、硝子ビーズなどが良く、ある程度窒化クロム施工面に痕跡が残る方が、空気層が樹脂接触面との間にでき、滑性が向上する。
【００４３】
さらに、表面性を良くするためには、リップ３及び４での樹脂の流速にできるだけ変化が無く、リップ３及び４への接触圧力もほぼ同一で小さいほうが望ましい。このため、リップ３及び４においては、樹脂の押出圧力と押出速度と発泡倍率に応じて、角度及びテーパが適切で流れ性が良く、安定した流れを作れる形状も表面粗度とともに重要になってくる。
【００４４】
なお、前記超臨界流体は、亜臨界流体でも良いし、単なるガス状のものを押出機に注入しても良いし、化学発泡剤を使用しても良いし、反応型有機発泡剤をマスターバッチにしてペレットに混合して成形しても良い。
【００４５】
また、実施例１においては、丸ダイ１１を使用したが、Ｔダイでも相当の効果を生ずる。
【００４６】
また、発泡成形のみならず、発泡させない通常のシートの成形においても、樹脂通路表面の滑性によりシート表面精度が上がることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１の丸ダイを示す断面図である。
【図２】コア及びアウトリングの樹脂との接触面の表面精度と発泡シートの表面品質との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  コア、２  アウトリング、５  ブラスト層、６  表面処理層、７  樹脂通路、１０  発泡シート（シート）、１１  丸ダイ。
【図１】
2005246817.tif 000003
【図２】
2005246817.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月6日(2004.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005246817.tif 000005