(57)【要約】射出成形過程のようなポリマ成形過程は、粘度減少超臨界流体添加剤を使用することを含み、その結果、金型内に導入されたとき、強化繊維の破断が減少する。
2004510021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマ基質内に分散された複数の繊維を含む成形製品において、繊維総数の少なくとも１０％が０．５５ｍｍ以上の長さを有する成形製品。
【請求項２】
請求項１に記載の製品において、少なくとも約５％の空隙容積を有する、製品。
【請求項３】
請求項１に記載の製品において、少なくとも約１０％の空隙容積を有する、製品。
【請求項４】
請求項１に記載の製品において、少なくとも約２０％の空隙容積を有する、製品。
【請求項５】
請求項１に記載の製品において、成形チャンバの内面に相応し、人間の肉眼にて見ることのできる斜面及び渦巻きが存在しない表面を有する、製品。
【請求項６】
請求項１に記載の製品において、重量比で約０．１％以上の化学的吹込み成形剤にて吹込み成形した製品に性質上、見られるよりも少ない量の残留化学的吹込み成形剤又は化学的吹込み成形剤の反応副産物を含む、製品。
【請求項７】
請求項１に記載の製品において、約２．５４ｃｍ（約０．１００インチ）以下の断面寸法を有する少なくとも１つの部分を備える、製品。
【請求項８】
請求項１に記載の製品において、約１００μｍ以下の平均気泡寸法を有する、製品。
【請求項９】
請求項１に記載の製品において、約３０μｍ以下の平均気泡寸法を有する、製品。
【請求項１０】
請求項１に記載の製品において、約５０μｍの最大気泡寸法を有する、製品。
【請求項１１】
請求項１に記載の製品において、約５μｍの最大気泡寸法を有する、製品。
【請求項１２】
請求項１に記載の製品において、ほぼ独立気泡構造である微孔性発泡材料を備える、製品。
【請求項１３】
請求項１に記載の製品において、射出成形される、製品。
【請求項１４】
請求項１に記載の製品において、熱可塑性ポリマを金型内に強制的に供給し且つ製品がその内部で形成されるのを許容することにより形成される、製品。
【請求項１５】
請求項１に記載の製品において、立方ｃｍ当たり少なくとも約１０６気泡の気泡密度を有する、製品。
【請求項１６】
請求項１に記載の製品において、長さ対厚さの比が少なくとも約７５：１である、製品。
【請求項１７】
請求項１６に記載の製品において、長さ対厚さの比が少なくとも約１５０：１である、製品。
【請求項１８】
請求項１６に記載の製品において、長さ対厚さの比が少なくとも約２５０：１である、製品。
【請求項１９】
重合系製品を成形する方法において、
内部に分散した複数の繊維を有する重合系材料をポリマ加工装置内の加工スペース内で下流方向に運ぶこと、
粘度減少添加剤を加工スペース内の重合系材料中に導入し、重合系材料と粘度減少添加剤との混合体を形成すること、
混合体を金型内に射出すること、
成形した製品中の繊維総数の少なくとも１０％が０．５５ｍｍ以上の長さを有する成形製品を形成することからなる、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、成形した製品中の繊維総数の少なくとも２０％が０．５５ｍｍ以上の長さを有する、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、成形した製品中の繊維総数の少なくとも１０％が０．６０ｍｍ以上の長さを有する、方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法において、成形した製品中の繊維総数の少なくとも１０％が０．６５ｍｍ以上の長さを有する、方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法において、製品が微孔性発泡材である、方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法において、混合体の単一相溶液を形成すること、混合体を金型内に導入しつつ、単一相溶液を核形成すること、核形成された混合体が気泡成長するのを許容すること、混合体が金型の形状にて固化し、金型形状の微孔性発泡材重合系製品を形成するのを許容すること、製品が金型の形状を保持するのを許容しつつ、微孔性発泡材の重合系製品を金型から除去することから更になる、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、流れを金型内に通しつつ、核形成させるのに十分な率にて溶液に圧力降下を生じさせることにより、単一相溶液を核形成することを備える、方法。
【請求項２６】
請求項１９に記載の方法において、
固化した微孔性発泡材製品を金型から除去すること、
約１０分間以下の時間にて、第２核形成した混合体を金型内に提供すること、第２混合体が金型の形状にて固化するのを許容すること、第２固化微孔性発泡材製品を金型から除去することを更に備える、方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、時間が約１分以下である、方法。
【請求項２８】
請求項２４に記載の方法において、時間が約２０秒以下である、方法。
【請求項２９】
請求項１９に記載の方法において、金型の一部分を加熱することを更に備える、方法。
【請求項３０】
請求項１９に記載の方法において、金型の全体を加熱することを更に備える、方法。
【請求項３１】
請求項１９に記載の方法において、スクリューが外筒内で基端方向に移動し、流体前駆体がほぼ軸方向に静止している間、スクリューの混合領域に近接するポリマ加工装置の外筒のオリフィスから吹込み成形剤である超臨界流体添加剤を流体重合系製品前駆体内に射出し、その射出時間が、吹込み成形剤の多量領域の上流に流体前駆体の吹込み成形剤の不足領域を確立しつつ、オリフィスに近接して流体前駆体の吹込み成形剤の多量領域を形成するのに十分な時間であるようにすること、
吹込み成形剤の不足領域をオリフィスの下流に配置すべくスクリューを末端方向に前進させることを備える、方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法において、スクリューを末端方向に前進させつつ、最初に、吹込み成形剤の不足前駆体を射出し、次に、吹込み成形剤の多量前駆体を金型内に射出し且つ前駆体が金型内で固化するのを許容することを備える、方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、金型の中央部分に吹込み成形剤の多量前駆体領域を確立しつつ、金型の内壁に近接して吹込み成形剤の不足前駆体領域を確立することを備える、方法。
【請求項３４】
請求項３１に記載の方法において、スクリューを末端方向に前進させつつ、最初に、吹込み成形剤の多量前駆体を射出し、次に、吹込み成形剤の不足前駆体を金型内に射出し且つ前駆体が金型内で固化するのを許容することを備える、方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法において、金型の中央部分に吹込み成形剤の不足前駆体領域を確立しつつ、金型の内壁に近接して吹込み成形剤の多量前駆体領域を確立することを備える、方法。
【請求項３６】
請求項１９に記載の方法において、約７５℃以下の金型温度にて流体前駆体を金型内に射出することを備える、方法。
【請求項３７】
請求項１９に記載の方法において、約３０℃以下の金型チャンバ温度にて流体前駆体を金型内に射出することを備える、方法。
【請求項３８】
請求項１９に記載の方法において、超臨界流体添加剤の質量流量が、前駆体材料及び超臨界流体添加剤の混合体の重量に基づいて約０．０５％から２５％の範囲にある、方法。
【請求項３９】
請求項１９に記載の方法において、超臨界流体添加剤の質量流量が、１８．１４ｇ（０．０４ｌｂｓ）／時から３１．７５ｋｇ（７０ｌｂｓ）／時の範囲にある、方法。
【請求項４０】
請求項１９に記載の方法において、超臨界流体添加剤の質量流量が、９０．７２ｇ（０．２ｌｂｓ）／時から５．４４ｋｇ（１２ｌｂｓ）／時の範囲にある、方法。
【請求項４１】
請求項１９に記載の方法において、超臨界流体添加剤が二酸化炭素を備える、方法。
【請求項４２】
請求項１９に記載の方法において、超臨界流体添加剤が窒素を備える、方法。
【請求項４３】
請求項１９に記載の方法において、超臨界流体添加剤がヘリウムを備える、方法。
【請求項４４】
重合系製品を形成する方法において、
複数の繊維が内部に分散され、平均長さが０．６０ｍｍ以上である重合系材料を提供すること、
繊維総数の少なくとも１０％の長さを０．５５ｍｍ以上に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の方法において、繊維総数の少なくとも２０％の長さを０．５５ｍｍ以上に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える、方法。
【請求項４６】
請求項４４に記載の方法において、繊維総数の少なくとも１０％の長さを０．６０ｍｍ以上に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える、方法。
【請求項４７】
請求項４４に記載の方法において、繊維総数の少なくとも１０％の長さを０．６５ｍｍ以上に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える、方法。
【請求項４８】
ポリマ基質内に分散された複数の繊維を含み、繊維総数の少なくとも７０％が少なくとも０．２１ｍｍの長さを有する成形製品。
【請求項４９】
請求項４８に記載の成形製品において、繊維総数の少なくとも７０％が少なくとも０．２５ｍｍの長さを有する、成形製品。
【請求項５０】
請求項４８に記載の成形製品において、繊維総数の少なくとも７０％が少なくとも０．３３ｍｍの長さを有する、成形製品。
【請求項５１】
請求項４８に記載の成形製品において、繊維総数の少なくとも８０％が少なくとも０．２１ｍｍの長さを有する、成形製品。
【請求項５２】
請求項４８に記載の製品において、繊維の３０％以下が０．３３ｍｍ以上の長さを有する、製品。
【請求項５３】
重合系製品を成形する方法において、
内部に分散された複数の繊維を含む重合系材料をポリマ加工装置内の加工スペース内で下流に向けて運ぶこと、
粘度減少添加剤を加工スペース内で重合系材料に導入し、重合系材料と粘度減少添加剤との混合体を形成すること、
混合体を金型内に射出すること、
成形した製品中の繊維総数の少なくとも７０％が０．２１ｍｍ以上の長さを有する成形製品を形成することを備える方法。
【請求項５４】
請求項５３に記載の成形製品において、繊維総数の少なくとも７０％が少なくとも０．２５ｍｍの長さを有する、成形製品。
【請求項５５】
請求項５３に記載の成形製品において、繊維総数の少なくとも７０％が少なくとも０．３３ｍｍの長さを有する、成形製品。
【請求項５６】
請求項５３に記載の成形製品において、繊維総数の少なくとも８０％が少なくとも０．２１ｍｍの長さを有する、成形製品。
【請求項５７】
請求項５３に記載の製品において、繊維の３０％以下が０．３３ｍｍ以上の長さを有する、製品。
【請求項５８】
重合系製品を形成する方法において、
内部に分散された複数の繊維を含み、該繊維が０．６０ｍｍ以上の平均長さを有する重合系材料を提供すること、
繊維の少なくとも７０％の長さを０．２１ｍｍ以上に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える方法。
【請求項５９】
請求項５８に記載の方法において、繊維の少なくとも８０％の長さを０．２１ｍｍ以上に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える、方法。
【請求項６０】
請求項５８に記載の方法において、繊維の少なくとも７０％の長さを０．２５ｍｍ以上に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える、方法。
【請求項６１】
請求項５８に記載の方法において、繊維の少なくとも７０％の長さを０．３３ｍｍ以上に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える、方法。
【請求項６２】
請求項５８に記載の方法において、繊維の３０％以下を０．３３ｍｍ以上の長さに保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える、方法。
【請求項６３】
製品において、
所定の条件下にて前駆体繊維を保持する重合系材料から金型内で形成され、複数の繊維を備える射出成形した重合系発泡製品であって、繊維総数の少なくとも７０％が少なくとも０．２３ｍｍの長さを有する射出成形した重合系発泡製品を備え、
発泡製品が形成される所定の条件と同一の条件下であり、発泡製品が形成される重合系材料と同一の前駆体繊維を保持する重合系材料から、発泡製品ではなくて固体製品を製造するのに必要な程度までのみ調節された条件下にて金型内で形成された固体成形重合系製品が、その少なくとも６５％が少なくとも０．２３ｍｍの長さを有する繊維を含む製品。
【請求項６４】
請求項６３に記載の射出成形した重合系発泡製品において、成形した発泡製品中の繊維総数の少なくとも１０％が０．５５ｍｍ以上の長さを有する、射出成形した重合系発泡製品。
【請求項６５】
請求項６３に記載の射出成形した重合系発泡製品において、成形した発泡製品中の繊維総数の少なくとも７０％が少なくとも０．２１ｍｍの長さを有する、射出成形した重合系発泡製品。
【請求項６６】
請求項６３に記載の射出成形した重合系発泡製品において、成形した発泡製品中の繊維の３０％以下が０．３３ｍｍ以上の長さを有する、射出成形した重合系発泡製品。
【請求項６７】
製品において、
所定の条件下にて前駆体繊維を保持する重合系材料から金型内で形成され、複数の繊維を備える射出成形した重合系発泡製品であって、繊維総数の少なくとも７０％が少なくとも０．２１ｍｍの長さを有する射出成形した重合系発泡製品を備え、
発泡製品が形成される所定の条件と同一の条件下であり、発泡製品ではなくて固体製品を製造するのに必要な程度までのみ調節された条件下にて金型内で形成された固体成形重合系製品が、その少なくとも３５％が０．２３ｍｍ以下の長さを有する繊維を含む製品。
【請求項６８】
成形した重合系製品を形成する方法において、
内部に分散された複数の繊維を含み、繊維が平均長さを有する重合系前駆体材料を提供すること、
繊維の平均長さを前駆体材料中繊維平均長さの少なくとも５０％に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える方法。
【請求項６９】
請求項６８に記載の方法において、射出ステップが、繊維の平均長さを前駆体材料中繊維平均長さの少なくとも６０％に保つことを備える、方法。
【請求項７０】
請求項６８に記載の方法において、射出ステップが、繊維の平均長さを前駆体材料中繊維平均長さの少なくとも７０％に保つことを備える、方法。
【請求項７１】
請求項６８に記載の方法において、
重合系前駆体材料をポリマ加工装置内の加工スペース内で下流方向に運ぶこと、
粘度減少添加剤を加工スペース内で重合系前駆体中に導入し、重合系材料と粘度減少添加剤との混合体を形成すること、
混合体を金型内に射出すること、
成形した製品を形成し且つ成形した製品を金型から突き出すことを備え、成形した製品中繊維平均長さが前駆体材料中繊維平均長さの少なくとも５０％であるようにする、方法。
【請求項７２】
成形した重合系製品を形成する方法において、
内部に分散された複数の繊維を含み、繊維が中央値長さを有する重合系前駆体材料を提供すること、
繊維の中央値長さを前駆体材料中繊維中央値長さの少なくとも５０％に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備える方法。
【請求項７３】
請求項７２に記載の方法において、射出ステップが、繊維の中央値長さを前駆体材料中繊維中央値長さの少なくとも６０％に保つことを備える、方法。
【請求項７４】
請求項７２に記載の方法において、射出ステップが、繊維の中央値長さを前駆体材料中繊維中央値長さの少なくとも７０％に保つことを備える、方法。
【請求項７５】
請求項７２に記載の方法において、
重合系前駆体材料をポリマ加工装置内の加工スペース内で下流方向に運ぶこと、
粘度減少添加剤を加工スペース内で重合系前駆体中に導入し、重合系材料と粘度減少添加剤との混合体を形成すること、
混合体を金型内に射出すること、
成形した製品を形成し且つ成形した製品を金型から突き出すことを備え、成形した製品中の繊維の中央値長さが前駆体材料中繊維中央値長さの少なくとも５０％であるようにする、方法。
【請求項７６】
金型内で形成され、内部に分散された複数の繊維を有する部分を含む成形重合系材料製品において、該部分が製品を形成しつつ、重合系材料が金型を充填するほぼ第１方向と、第１方向に対して垂直な第２方向とを画成し、第１方向に測定した曲げ弾性率と第２方向に測定した曲げ弾性率との比が約１．９以下である、成形重合系材料製品。
【請求項７７】
請求項７６の製品において、第１方向に測定した曲げ弾性率と第２方向に測定した曲げ弾性率との比が約１．７以下である、製品。
【請求項７８】
請求項７６の製品において、第１方向に測定した曲げ弾性率と第２方向に測定した曲げ弾性率との比が約１．５以下である、製品。
【請求項７９】
請求項７６の製品において、第１方向に測定した曲げ弾性率と第２方向に測定した曲げ弾性率との比が約１．３以下である、製品。
【請求項８０】
請求項７６の製品において、重合系発泡材である、製品。
【請求項８１】
請求項８０の製品において、約１００μｍ以下の平均気泡寸法を有する微孔性発泡材である、製品。
【請求項８２】
請求項８１の製品において、約５０μｍ以下の平均気泡寸法を有する、製品。
【請求項８３】
請求項７６の製品において、第１方向に測定した曲げ強度と第２方向に測定した曲げ強度との比が約１．９以下である、製品。
【請求項８４】
請求項７６の製品において、繊維総数の少なくとも１０％が０．５５ｍｍ以上の長さを有する、製品。
【請求項８５】
請求項７６の製品において、繊維総数の７０％以下が第１方向の３０°以内の方向に向けて整合される、製品。
【請求項８６】
金型内で形成され、内部に分散された複数の繊維を有する成形重合系製品において、特定の長さと、特定の幅と、特定の厚さと、少なくとも約５０：１の長さ対厚さの比とを有する少なくとも一部分を含み、該長さに沿って測定した曲げ弾性率と該幅に沿って測定した曲げ弾性率との比が約１．９以下である、成形重合系製品。
【請求項８７】
請求項８６の製品において、長さに沿って測定した曲げ弾性率と幅に沿って測定した曲げ弾性率との比が約１．７以下である、製品。
【請求項８８】
請求項８６の製品において、長さに沿って測定した曲げ弾性率と幅に沿って測定した曲げ弾性率との比が約１．５以下である、製品。
【請求項８９】
請求項８６の製品において、長さに沿って測定した曲げ弾性率と幅に沿って測定した曲げ弾性率との比が約１．３以下である、製品。
【請求項９０】
請求項８６の製品において、重合系発泡材である、製品。
【請求項９１】
請求項９０の製品において、約１００μｍ以下の平均気泡寸法を有する微孔性発泡材である、製品。
【請求項９２】
請求項９１の製品において、約５０μｍ以下の平均気泡寸法を有する、製品。
【請求項９３】
金型内で形成され、内部に分散された複数の繊維を有する部分を含む成形重合系材料製品であって、該部分が製品を形成しつつ、重合系材料が金型を充填するほぼ第１方向と、第１方向に対して垂直な第２方向とを画成する、成形重合系材料製品において、繊維総数の７０％以下が第１方向の３０°以内の方向に向けて整合される、成形重合系材料製品。
【請求項９４】
請求項９３の成形製品において、繊維総数の５０％以下が第１方向の３０°以内の方向に向けて整合される、成形製品。
【請求項９５】
請求項９４の成形製品において、繊維総数の４０％以下が第１方向の３０°以内の方向に向けて整合される、成形製品。
【請求項９６】
請求項９３の製品において、重合系発泡材である、製品。
【請求項９７】
請求項９６の製品において、約１００μｍ以下の平均気泡寸法を有する微孔性発泡材である、製品。
【請求項９８】
請求項８１の製品において、約５０μｍ以下の平均気泡寸法を有する、製品。
【請求項９９】
請求項９３の製品において、繊維総数の少なくとも１０％が０．５５ｍｍ以上の長さを有する、製品。
【請求項１００】
重合系材料と超臨界流体添加剤との混合体から金型内で形成された第１成形重合系材料製品であって、第１金型部分内で形成され、内部に分散された複数の繊維を有する第１部分を備え、第１部分が第１製品を形成しつつ、重合系材料が第１金型部分を充填するほぼ充填方向と、該充填方向に対し垂直な横方向とを画成する第１成形重合系材料製品において、
超臨界流体添加剤無しで重合系材料から金型内で形成された第２成形重合系製品が、第１金型部分内で形成され且つ内部に分散された複数の繊維を有する第２部分を含み、該第２部分が、超臨界流体添加剤の無い重合系材料が第１金型部分を充填するほぼ充填方向と、充填方向に対し垂直な横方向とを画成し、第１成形製品に対する充填方向への曲げ弾性率と横方向への曲げ弾性率との比が、第２成形製品に対する充填方向への曲げ弾性率と横方向への曲げ弾性率との比の９５％以下である第１成形重合系材料製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願】
本出願は、２０００年９月２９日付けで出願された、米国特許出願第６０／２３６，９７７号の一部継続出願である。
【０００２】
【発明の分野】
本発明は、全体として、重合系製品の射出成形法、より具体的には、強化繊維を含む微孔性発泡製品の射出成形法に関する。
【０００３】
【発明の背景】
重合系成形法は、十分に確立した分野である。重合系成形法の１つの広い分野は、流体重合系材料を金型内に導入すること、重合系材料が金型の内部形状をとり且つその内部にて硬化することを許容すること、次に、形成された重合系製品を金型から除去することを含む。かかる技術は、一般に、射出成形法、フローモールディング法等として既知である。固体の重合系製品及び重合系発泡体をこれらの技術を使用して製造することができる。
【０００４】
重合系発泡製品は、物理的な吹込み成形剤を溶融した重合系流れ中に射出すること、吹込み成形剤をポリマ中に分散させて吹込み成形剤とポリマとの混合体を形成すること、混合体を所望の形状を有する金型内に射出すること、混合体が金型内で固化することを許容することにより製造することができる。混合体中の圧力が降下すると、ポリマ中の気泡が成長する。いくつかの状態下にて、気泡は、かかる材料中にて隔離された状態に止まるようにすることができ、独立気泡発泡材が形成される。典型的に、より強力なその他の発泡状態下にて、気泡が破裂し又は相互に接続されて、連続気泡材料が形成される。物理的な吹込み成形剤の１つの代替例として、ポリマ材料中で化学的反応を生じさせ、ガスを発生させる化学的吹込み剤を使用することができる。化学的吹込み剤は、全体として、臨界温度にて分解し且つ窒素、二酸化炭素又は一酸化炭素のようなガスを解放する低分子量の有機化合物である。
【０００５】
重合系発泡成形法は周知である。重合系発泡成形技術の多くの例の内、米国特許第３，４３６，４４６号（アンゲル（Ａｎｇｅｌｌ））には、金型の圧力及び温度を制御することにより固体表皮を有する発泡プラスチック製品を成形する方法及び装置が記載されている。
【０００６】
微孔性発泡材料は、典型的に、極めて小さい気泡寸法の重合系発泡材により画成される。色々な微孔性発泡材料は、米国特許第５，１５８，９８６号及び米国特許第４，４７３，６６５号に記載されている。これらの特許には、極めて高密度の核形成の場を形成するのに必要とされる熱運動不安定さに重合系材料及び物理的吹込み剤の単一相溶液をさらし、その後に、気泡の成長を制御して微孔性発泡材料を製造することが記載されている。
【０００７】
微孔性発泡材成形技術は特許文献に記載されている。米国特許第４，４７３，６６５号（マティニィ・フェベンディスキー（Ｍａｒｔｉｎｉ−Ｖｖｅｄｅｎｓｋｙ））及び米国特許第５，１５８，９８６号（チャー（Ｃｈａ）等）及び１９９９年１１月４日付けで出願された、「微孔性発泡、射出成形した低密度重合系材料を含む成形重合系材料（Ｍｏｌｄｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒ，Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ−Ｍｏｌｄｅｄ，ａｎｄ　Ｌｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌ）という名称のピエリック（Ｐｉｅｒｉｃｋ）等の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／２６１９２号、１９９８年１月１６日付けで出願され、１９９８年７月２３日に公開された、「微孔性発泡材料の射出成形法（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｌｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒ　Ｍａｔｅｒｉａｌ）」という名称の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／００７７３号（ＷＯ９８／３１５２１号）には、多岐に亙る重合系成形技術、システム及び微孔性発泡製品を含む成形製品が記載されている。
【０００８】
強化繊維を、成形重合系製品を含む重合系製品内に導入して強度を向上させることは既知である。例えば、米国特許第５，１５６，９０７号（レイデン（Ｌａｙｄｅｎ））には、繊維強化製品を射出成形する技術が記載されている。射出状態は、製品を強化すると言われる繊維平面配向状態を製品内に生じさせ得るように制御される。
【０００９】
米国特許第６，０１０，６５６号（ノムラ（Ｎｏｍｕｒａ））には、軽量な繊維強化樹脂製品を射出成形する方法が記載されている。繊維を保持するペレットを溶融させ且つキャビティ内に射出し、次に、その容積が最終的な成形製品の容積に等しくなる迄、キャビティを開放する。高強度の製品が得られると説明されている。
【００１０】
繊維を含む重合系製品を記載するその他の特許の例は、米国特許第４，６９２，２９１号（アンゲル（Ａｎｇｅｌｌ））、米国特許第５，２９４，４６１号（イシダ（Ｉｓｈｉｄａ））及び米国特許第４，３４０，５６２号（グロス（Ｇｒｏｓｓ））を含む。このリストは一例であり、非限定的なものであることを意図するものである。
【００１１】
強化繊維を成形した重合系製品内に導入することは既知であるが、強化繊維を含む重合系製品を射出成形するときに遭遇する可能性のある１つの問題点は、繊維が金型内に導入する間、破断して、そのことが形成される製品の性質を損なう可能性があることである。従って、最終製品の性質を最大にしつつ、射出成形された繊維強化重合系製品を製造すること（又は同様の技術を使用してかかる重合系製品を成形すること）が好適。
【００１２】
【発明の概要】
本発明は、繊維を含んだ重合系材料を金型内に導入するとき、繊維の破断を減少させるポリマ成形法を提供することである。１つの面において、一連の方法が提供され、別の面において、一連の繊維を含む成形重合系製品が提供される。
【００１３】
１つの面において、本発明は、粘度減少添加剤を重合系材料中に含めることにより、金型内へ射出された重合系材料中の繊維の物理的劣化を軽減することが可能であるとの知見を含むものである。金型内に射出された材料の粘度が低下する結果、射出過程の間、特に、金型の湯口を通るときのような高剪断ステップの間、繊維に加えられる応力が減少し、繊維の破断が少なくなる。
【００１４】
別の面において、本発明は、重合系材料中に粘度低下添加剤を含めることにより、金型内に射出された重合系材料から形成された繊維中の繊維の配向状態を減少させることができるとの知見を含むものである。低粘度の結果、繊維は容易に非配向状態となると考えられる。繊維の配向状態の減少は、製品に対し一層のイソトロピック（すなわち、異なる軸に沿って釣合った）性質を提供することができる。
【００１５】
本発明の色々な方法は、特定の最小長さ以上の長さを有する繊維を少なくともある比率にて含む重合系製品を成形することを含む。その他の方法は、金型内に射出する前に前駆体材料中繊維平均長さの少なくとも特定の比率に重合系材料中繊維平均長さを保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを含む。これら方法の全ては、繊維平均長さすなわち中央値の長さを最小値に保つことを含むことができる。
【００１６】
本発明の製品は、複数の繊維を含む成形重合系製品を含み、繊維総数の少なくとも最小比率が特定の最小長さを上廻る長さを有する。本発明のその他の製品は、特定の最小長さを有する少なくとも特定の数の繊維を含む射出成形した発泡重合系製品であり、この場合、固体製品を形成するのに必要な条件を除いて同一の条件下で成形された固体重合系製品は発泡製品の最小繊維長さの標準に適合しない。本発明のその他の製品は複数の繊維が内部に分散された成形重合系製品を含み、第１方向（例えば、製品を成形する間、重合系材料が金型を充填する方向）に測定した製品の撓み弾性率と第２方向（例えば、第１方向に対し垂直の方向）に測定した撓み弾性率との比が臨界値よりも小さい。本発明のその他の製品は、複数の繊維が内部に分散された成形重合系材料を含み、繊維総数の臨界的比率以下の比率分が製品を形成する間、重合系材料が金型を充填する方向から臨界的な角度範囲内にて一方向に整合される。
【００１７】
本発明のその他の有利な点及び新規な特徴並びに目的は、概略図であり、正確な縮尺にて描くことを目的としない添付図面と共に考案したとき、本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。図面において、色々な図面にて図示した同一又はほぼ同一の構成要素の各々は単一の参照番号で表示してある。明確化のため、構成要素の各々が各図面にて番号表示されているわけではなく、また、当業者が本発明を理解することを許容するため、図面が必要でない場合、本発明の実施形態の各々にて全ての各構成要素が図示されているものでもない。
【００１８】
［発明の詳細な説明］
１９９８年３月５日に公開された同時所有、出願係属中の国際公開ＷＯ９８／０８６６７号、１９９８年７月２３に公開されたＷＯ９８／３１５２１号、２０００年５月１１に公開されたＷＯ００／２６００５号は、その内容を参考として引用し本明細書に含めてある。
【００１９】
本発明は、重合系材料のフローモールディング法及び射出成形法に及びその他の技術に関連するシステム、方法及び製品を提供するものである。例えば、射出成形法及びフローモールディング法について主として説明するが、本発明は、非限定的に、低圧成形法、同時射出成形法、層状成形法、射出圧縮法等のようなその他の成形法にて使用し得るように当該技術分野の当業者が容易に改変可能である。
【００２０】
本発明の色々な実施形態及び面は以下の定義から一層良く理解されよう。本明細書にて使用するように、「核形成」とは、周囲状態下にて気体で特定の種の分子が溶融した均質な単一相の重合系材料溶液が、種の分子束を形成するための過程であると定義し、この分子束は、そこから気泡が成長する「核形成の場」を画成する。すなわち、「核形成」とは、均質な単一相の溶液から吹込み成形剤の少なくともいくつかの分子が凝集する箇所が形成される混合体に変化することを意味する。核形成は、ポリマ溶融体中の溶液内で気体がポリマ溶融体内に気泡の懸濁液を形成し得るように溶液から出るときの遷移状態を画成する。全体として、この遷移状態は、溶液中に特定の量の気体を含む十分な可溶性の状態から、溶液中に同一量の気体を含む不十分な可溶性の状態まで溶融したポリマの可溶性を変化させることで強制的に生じさせる。均質な単一相溶液を迅速な温度変化、迅速な圧力降下又はその双方のような迅速な熱運動不安定性にさらすことにより、核形成を行うことができる。迅速な圧力降下は、以下に規定した核形成通路を使用して実現することができる。迅速な温度変化は、温度制御装置（加熱又は冷却した押出成形機部分、金型等）、高温グリセリン浴等を使用して実現することができる。本明細書にて使用する「微孔性発泡核形成」とは、制御された膨張時、微孔性発泡材料を形成するのに十分に高密度気泡における核形成を意味する。
【００２１】
「核形成剤」は、ポリマに添加され且つ単一相の均質な溶液からの核形成場の形成を促進することのできる、タルク又はその他のフィラ粒子（強化繊維を含まない）のような分散剤である。このように、「核形成場」とは、核形成剤粒子が滞在するポリマ内の位置を規定するものではない。「核形成した」とは、核形成場の形成に至る事象（典型的に、熱運動不安定性）の後、周囲状態下にて気体で特定の溶融した種を含む単一相均質な溶液を保持する流体重合系材料の状態を意味するものとする。
【００２２】
「非核形成」とは、核形成場が存在せずに、重合系材料と周囲状態下にて気体で特定の溶融した種との均質な単一相溶液によって画成される状態を意味するものとする。「非核形成」材料は、タルクのような核形成剤を含むことができる。「重合系材料／吹込み成形剤の混合体」は、内部にて吹込み剤の気泡が成長した少なくとも２つ又は１つの混合体の単一相、非核形成溶液、その少なくとも２つ又は１つの混合体の核形成した溶液とすることができる。「核形成通路」とは、微孔性発泡重合系発泡押出成形装置の一部を形成する通路を画成することを意味し、この通路にて、装置が作動する設計とされた状態（典型的に、核形成装置の上流にて約１０．３４ＭＰａ（約１，５００ｐｓｉ）から約２０６．８４ＭＰａ（約３０，０００ｐｓｉ）の圧力及び毎時当たり約４５４ｇ（約１ポンド）重合系材料以上の流量）のとき、システム内で吹込み成形剤と混合された重合系材料の単一相の溶液の圧力が迅速な核形成を促進する１つ又は複数の率にて特定の吹込み成形剤の濃度に対し飽和圧力以下に降下する。核形成通路は、選択的にその他の核形成通路と共に、装置の核形成部又は核形成領域を画成する。
【００２３】
本発明の目的のため、微孔性発泡材料は、気泡の平均寸法が約１００μｍ以下の直径を有する発泡材料又は気泡密度が立方ｃｍ当たり少なくとも１０６気泡以上の材料、又は好ましくはその双方を有する材料として規定される。「気泡密度」は、当初膨張前重合系材料の立方ｃｍ当たりの気泡数として規定される。非微孔性発泡材はこれら領域外の気泡寸法及び気泡密度を有する。微孔性発泡材料の空隙率は、全体として５％から９８％の範囲にある。
【００２４】
いくつかの実施形態において、本発明の微孔性発泡材料は平均気泡寸法が約１００μｍ以下の寸法にて製造される。その他の実施形態において、本発明の微孔性発泡材料は、平均気泡寸法が約５０μｍ以下にて製造される。いくつかの実施形態において、特に小さい気泡寸法が望まれ、これらの実施形態において、本発明の材料の平均気泡寸法は、約２０μｍ以下、より好ましくは、約１０μｍ以下、より好ましくは、約５μｍ以下である。微孔性発泡材料は、最大気泡寸法が約１００μｍであることが好適。特に小さい気泡寸法が望まれる実施形態において、材料は、最大気泡寸法が約５０μｍ、より好ましくは、約２５μｍ、より好ましくは、約１５μｍ、より好ましくは、約８μｍ、より好ましくは、約５μｍである。一実施形態は、上述した平均気泡寸法及び最大気泡寸法のあらゆる組み合わせを含む。例えば、この一実施形態は、平均気泡寸法が約３０μｍ以下であり、最大気泡寸法が約５０μｍを有する微孔性発泡材料を含み、別の実施形態として、平均気泡寸法が約３０μｍ以下であり、最大気泡寸法が約３５μｍ等である。すなわち、多岐に亙る目的用として設計された微孔性発泡材料は、その目的に好適平均気泡寸法及び最大気泡寸法の特定の組み合わせとなるように製造することができる。気泡寸法の制御については以下により詳細に説明する。
【００２５】
本明細書に記載された技術は、一実施形態にて微孔性発泡重合系材料を含む多岐に亙る成形重合系材料を製造し得るように当該技術分野の当業者が調節可能である。別の実施形態において、成形した発泡製品は、重合系部分の気泡総数の少なくとも７０％が１５０μｍ以下の気泡寸法を有するものが製造される。いくつかの実施形態において、気泡総数の少なくとも８０％、その他の場合、少なくとも９０％、その他の場合、少なくとも９５％、その他の場合、少なくとも９９％が１５０μｍ以下の気泡寸法を有する。その他の実施形態において、気泡総数の少なくとも３０％が８００μｍ以下、より好ましくは、５００μｍ以下、より好ましくは、２００μｍ以下の気泡寸法を有する成形した発泡製品を提供することができる。
【００２６】
一実施形態において、本発明の技術に従ってほぼ独立気泡構造の微孔性発泡材料が製造される。本明細書で使用するように、「ほぼ独立気泡」とは、約１００μｍの厚さにて、材料を通じて接続された気泡通路を含まない材料を画成することを意味する。
【００２７】
次に、図１を参照すると、本発明の多岐に亙る実施形態に従って成形法を行うために使用することのできる成形システム３０が概略図的に図示されている。図１（同様に、図２）は、同一人が所有する先の公開された特許出願に図示した図面と同様であるが、本出願と先の出願との相違点は本明細書の説明から明らかになるであろう。上述した国際公開ＷＯ９８／０８６６７号は、図１及び図２の詳細な説明に関して参照することができる。図１のシステム３０は、第１端部たる上流端３４と、成形チャンバ３７に接続された第２端部たる下流端３６とを有する外筒３２を備えている。その上流端にて駆動モータ４０に作用可能に接続されたスクリュー３８が外筒３２内に回転可能に取り付けられている。詳細には図示しないが、スクリュー３８は、送込み部分と、遷移部分と、ガス射出部分と、混合部分と、計測供給部分とを有している。
【００２８】
温度制御装置４２が選択的に外筒３２の周りに配置されている。外筒３２は、成形した重合系材料の前駆体、具体的には、成形した重合系微孔性発泡材料の前駆体を受け取り得る構造及び配置とされている。本明細書にて使用するように、「成形した重合系材料の前駆体」とは、流体であり又は流体を形成することができ、また、その後に硬化して成形した重合系製品を形成することのできる全ての材料を含むことを意味する。典型的に、前駆体は、熱可塑性ポリマペレットにて画成されるが、その他の種を含むことができる。好ましくは、本発明にて熱可塑性ポリマ又は熱可塑性ポリマの組合せ体が使用され且つ非結晶、半結晶から、また、ポリエチレン、ポリプロピレン、フルオロポリマ、架橋結合可能なポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニルのようなポリオレフィン、スチレン系ポリマ（例えば、ポリスチレン、ＡＢＳ）等のようなポリ芳香族を含む結晶材料から選ばれる。特に、メタロセン−触媒作用化ポリエチレンのような熱可塑性エラストマを使用することができる。本発明に従って成形可能なポリマとして、約４０以下の溶融流量を有するもの、また、１０以下の溶融流量を有するものが含まれる。一実施形態において、前駆体は多岐に亙る条件下にて説明したように、微孔性発泡重合系材料を形成するよう反応する種、例えば、熱硬化性ポリマによって画成することができる。
【００２９】
典型的に、重合系材料の前駆体の導入は、オリフィス４６を通じて押出成形機の外筒内に供給すべきペレット化した重合系材料を保持する標準型ホッパ４４を利用するが、前駆体はオリフィスを通じて射出され且つ、例えば、補助的重合化剤を介して外筒内にて重合化された流体プリ重合系材料とすることができる。本発明と関係して、システム内で重合系材料の流体流れのみを確立することが重要である。重合系材料のペレットは強化繊維を含むことができる。
【００３０】
図１におけるスクリュー３８の下流端４８の直ぐ下流には、温度調整及び制御領域、補助的混合領域、補助的圧送領域等とすることができる領域５０がある。一実施形態において、領域５０は、冷却領域を含むことができる串形の第２スクリューによって置換することができる。スクリュー３８が射出成形システム内の往復運動スクリューである一実施形態において、領域５０は、蓄積領域を画成することができ、該蓄積領域内で、重合系材料及び吹込み成形剤の単一相の非核形成溶液が金型３７内に射出する前に蓄積する。
【００３１】
好適実施形態において、超臨界流体添加剤が射出成形技術にて使用され且つ形成される混合体を金型内に射出する前に、図１に関して説明したようなポリマ加工装置内で重合系材料と混合される。超臨界流体添加剤は、成形した重合系発泡製品、好ましくは、成形した微孔性発泡重合系製品を形成する吹込み成形剤として機能することも好適。このように、「超臨界流体添加剤」及び「吹込み成形剤」は、本明細書にて互換可能に使用されるが、本発明のいくつかの実施形態において、この添加剤は成形過程にて使用され、固体（非発泡）部品すなわち空隙率の極めて低レベルの部品が形成されることが理解される。超臨界流体添加剤の使用に伴う有利な点に関しては以下により詳細に説明する。
【００３２】
本発明の技術は、物理的超臨界流体添加剤（吹込み添加剤）すなわち周囲状態下にて気体である剤（以下により詳細に説明）を使用することが好適。しかし、化学的吹込み成形剤を使用し且つホッパ４４内に導入された重合系ペレットと共に作成することができる。適宜な化学的吹込み成形剤は、臨界的温度又は押出成形時に実現可能なその他の状態にて分解し且つ窒素、二酸化炭素又は一酸化炭素のような１つ又は複数の気体を解放する比較的低分子量の有機化合物を含む。例として、アゾジカーボンアミドのようなアゾ化合物を含む。
【００３３】
上述したように、好適実施形態において、物理的吹込み成形剤が使用される。化学的吹込み成形剤ではなくて、物理的吹込み成形剤が使用される実施形態の１つの有利な点は、製品のリサイクル性が最大となる点である。このように、この実施形態では、本発明の材料は、性質上重量比で０．１％の吹込み成形剤又はより多くの吹込み成形剤にて吹込み成形した製品に見られる量よりも少ない量にて、好ましくは、重量比で０．０５％又はより多くの化学的吹込み成形剤にて吹込み成形した製品にて性質上見られる量よりも少ない量にて残留化学的吹込み成形剤、又は化学的吹込み成形剤の反応副産物を含む。特に好適実施形態において、材料は、残留化学的吹込み成形剤がほぼ存在せず又は化学的吹込み成形剤の反応副産物が存在しないことを特徴とする。すなわち、これらの材料は、任意の化学的吹込み成形剤にて吹込み成形した製品に固有に見られる残留化学的吹込み成形剤又は副産物を含む量が少ない。この実施形態において、システム３０の外筒３２に沿って、物理的吹込み成形剤の供給源５６と流体的に連通した少なくとも１つのポート５４がある。炭化水素、クロロフルオロカーボン、窒素、二酸化炭素、ヘリウム等のような当業者に既知の多岐に亙る物理的吹込み成形剤の任意のものを本発明と共に又はその混合体と共に使用することができ、また、１つの好適実施形態によれば、供給源５６は、吹込み成形剤として、好ましくは、窒素又は二酸化炭素のような雰囲気気体を提供する。これら材料の任意のものを単独で又は組み合わせて使用することができる。
【００３４】
超臨界流体添加剤として、一実施形態において、超臨界二酸化炭素、窒素又は組合せ体のみが使用される。超臨界二酸化炭素又は窒素添加剤を押出成形機内に導入し且つ添加剤を超臨界流体として射出するか又は添加剤を気体又は液体として射出し、多くの場合、数秒以内にて該材料が超臨界状態となるように押出成形機内の状態を許容することにより、重合系材料との単一相の溶液を迅速に形成するようにすることができる。添加剤を超臨界状態にて押出成形機内に射出することが好適。
【００３５】
このようにして形成された超臨界添加剤と重合系材料との混合体（単一相溶液であることが好ましい）は極めて低粘度であり、このことは、より低温度の成形法を許容し、また、製造許容公差の小さい金型を迅速に充填し極めて薄い成形部品、長さ対厚さの比が極めて大きい部品、より厚い末端領域を含む部品を形成することを許容する点で好ましく、成形は小さい締め付け力等によって行われる。
【００３６】
圧力及び計測供給装置５８は、典型的に、吹込み成形剤（すなわち添加剤）供給源５６の間に設けられ、また、少なくとも１つのポート５４を有している。４．５４ｇ（０．０１ｌｂｓ）／時から３１．７５ｋｇ（７０ｌｂｓ）／時の範囲、又は１８．１４ｇ（０．０４ｌｂｓ）／時から１５．８８ｋｇ（３５ｌｂｓ）／時の範囲、より好ましくは、９０．７２ｇ（０．２ｌｂｓ）／時から５．４４ｋｇ（１２ｌｂｓ）／時の範囲にて吹込み成形剤の質量を計測供給し押出成形機内の重合系流れ中吹込み成形剤量を制御し、吹込み成形剤を望ましい量に保つため装置５８を使用することができる。重合系流れ中の超臨界流体又は添加剤の量が重量比で混合体の約０．０５％から１０％の範囲、又は重量比で約０．１％から５％の範囲を含む、多岐に亙る量となるように制御することができる。使用される特定の吹込み成形剤（二酸化炭素、窒素等）及び使用される吹込み成形剤の量は、所望のポリマ、所望の粘度低下、密度の減少、所望の気泡寸法及び物理的性質に基づいて本開示によって当業者が有利に選ぶことができる。吹込み成形剤として窒素が使用される実施形態において、吹込み成形剤は、０．０５％から２．５％の範囲の量、好ましくは、いくつかの場合、０．１％から１．０％の範囲の量にて存在し、二酸化炭素が吹込み成形剤として使用される場合、吹込み成形剤の質量流量は、いくつかの場合、０．０５％から１２％の範囲、好適実施形態において、０．１％から６．０％の範囲とすることができる。ポート５４は外筒に沿った多岐に亙る任意の位置に配置することができるが、一好適実施形態によれば、ポートは、スクリューの混合部分６０の上流に、また、スクリューが連続的な階段状部分を有するスクリューの位置６２に配置される。
【００３７】
吹込み成形剤ポートの一好適実施形態は、例えば、外筒の対向する頂側部及び底側部に設けられた２つのポートのような多数のポートを含む。この好適実施形態において、ポート５４は、完全な４つの階段状部分以内、好ましくは、約２完全階段状部分以内、又は１つの完全な階段状部分以内の混合部分から上流の距離にてスクリュー３８の混合部分６０（大きく中断した階段状部分を含む）から上流の領域に配置される。このように配置されているため、射出された吹込み成形剤は、極めて迅速に且つ均一に流体重合系流れ中に混合されて発泡材料の前駆体及び吹込み成形剤の単一相溶液を迅速に形成する。ポート５４は、１つの好適実施形態において、吹込み成形剤の供給源を押出成形機の外筒に接続する複数のオリフィスを有する多数の穴ポートである。半径方向の色々な位置にて、複数のポートを押出成形機の周りに配置し且つ互いに長手方向に整合するようにすることができる。例えば、複数のポートは、押出成形機の外筒の周りで１２時、３時、６時、９時の位置に配置し、そのポートの各々が多数のオリフィスを有するようにすることができる。このようにして、オリフィスの各々が吹込み成形剤オリフィスとみなされる場合、本発明は、押出成形機の外筒と流体的に連通し、外筒を吹込み成形剤の供給源と流体的に接続する、少なくとも約１０、好ましくは、少なくとも約４０、より好ましくは、少なくとも約１００、より好ましくは、少なくとも約３００、より好ましくは少なくとも約５００、より好ましくは少なくとも約７００の吹込み成形剤オリフィスを有する押出成形装置を備えている。
【００３８】
１つの好適スクリューが外筒内に取り付けられるとき、１つ又は２つ以上のオリフィスが完全な連続的な階段状部分６２に隣接する位置にて押出成形機の外筒に沿って吹込み成形剤の１つ又は２つ以上のオリフィスが配置されるようにする構成も好適実施形態である。このようにして、スクリューが回転すると、階段状部分の各々がオリフィスの各々を定期的に通過する、すなわち「吹払う」。この吹払いは、一実施形態において、階段状部分がオリフィスと整合したとき、オリフィスを完全に塞ぎ得るようにオリフィスに対して十分に大きい場合、オリフィスの各々を定期的に塞ぐことによって、実質的に迅速にオリフィスの各々を開閉することにより、吹込み成形剤と流体発泡材料前駆体の迅速な混合を促進する。その結果、射出時直ちに且つ混合前に、流体重合系材料中に相対的に微細に分割された隔離した吹込み成形剤の領域が分配されることになる。この構成において、約３０ｒｐｍという標準的なスクリューの回転速度時、少なくとも約０．５回／秒、より好ましくは、少なくとも約１回／秒、より好ましくは、少なくとも約１．５回／秒、より好ましくは、少なくとも約２回／秒の速度にて階段状部分がオリフィスの各々を通過する。好適実施形態において、オリフィスは、スクリューの開始部（上流端３４）から約１５―３０外筒直径の距離に配置される。
【００３９】
圧力降下核形成通路６７を含む構造とされた核形成装置６６が領域５０の下流にある。本明細書で使用するように、迅速な圧力降下の説明における「非核形成通路」とは、微孔性発泡ポリマ発泡押出成形装置の一部を形成する通路であって、装置が作動する設計とされた状態下（典型的に、核形成装置の上流にて約１０．３４ＭＰａ（約１，５００ｐｓｉ）から約２０６．８４ＭＰａ（約３０，０００ｐｓｉ）の範囲内圧力及び約４５４ｇ（１ｌｂ）重合系材料／時以上の流量）のとき、システム内で吹込み成形剤と混合された重合系材料の単一相溶液の圧力が核形成を促進する１つ又は複数の率にて特定の吹込み成形剤の濃度に対する飽和圧力以下まで降下する通路を画成することを意味する。核形成装置６６は、領域５０の下流及び金型３７の上流の多岐に亙る位置に配置することができる。一好適実施形態において、核形成装置６６は、金型３７と直接流体的に連通する位置に配置され、核形成装置が押出成形機を成形チャンバに接続するノズルを画成し、核形成されたポリマを解放する端部７０が成形チャンバ３７のオリフィスを画成するようにする。一実施形態によれば、核形成装置は、金型の上流に配置される。図示しないが、核形成装置６６の別の実施形態は、可変断面積の寸法を有する構造及び配置とされた核形成通路６７、すなわち、断面が調整可能である通路を備えている。可変断面の核形成通路は、貫通する流体重合系材料の流れ中の圧力降下率を所望の核形成密度を実現し得るように変化させることを許容する。通路６７は核形成通路を画成するが、重合系材料における圧力は金型を充填する間、極めて大きい率にて降下するため、金型自体内でも多少の核形成を行うことができる。
【００４０】
図１のシステムは、スクリュー３８の回転を介して成形チャンバ３７内に強制的に供給される間、重合系材料及び吹込み成形剤の単一相の非核形成溶液が迅速な圧力降下を介して核形成される、本発明の１つの全体的な実施形態を示す。この実施形態は、フローモールディング技術を示し、この実施形態において、１つの吹込み成形剤射出ポート５４のみを利用すればよい。別の実施形態において、システム３０のスクリュー３８は往復運動型スクリューであり、システムは、射出成形システムを画成する。この実施形態において、スクリュー３８は外筒３２内で往復運動可能に取り付けられ且つ外筒３２に沿って軸方向に配置された複数の吹込み成形剤入口又は射出ポート５４、５５、５７、５９、６１を備えており、これらの入口又はポートの各々は、外筒３２を圧力及び計測供給装置５８及び吹込み成形剤の供給源５６に流体的に接続する。射出ポート５４、５５、５７、５９、６１の各々は、外筒内で往復運動するスクリュー３８の軸方向位置の関数として押出成形機の外筒３８内への吹込み成形剤の流れを制御することを許容する機械的遮断弁１５４、１５５、１５７、１５９、１６１をそれぞれ備えることができる。
【００４１】
往復運動型スクリューを伴う本発明の実施形態は、非微孔性発泡材又は微孔性発泡材を製造するために使用することができる。非微孔性発泡材を製造すべきとき、末端領域５０内に蓄積した装荷分は比較的低圧力の重合系材料中吹込み成形剤の気泡を含む多相混合体とすることができる。かかる混合体を金型３７内に射出する結果、気泡が成長し且つ従来の発泡材が製造される。微孔性発泡材料を製造すべきとき、単一相の非核形成溶液を領域５０内に蓄積させ且つ核形成が行われる間、金型３７内に射出する。
【００４２】
図示しないが、成形チャンバ３７は、金型内の空気が射出する間に逃げるのを許容する通気口を備えることができる。該通気口は、射出中、十分な背圧を提供し気泡の成長を制御して均一な発泡化が生ずるような寸法とすることができる。別の実施形態において、重合系材料及び吹込み成形剤の単一相の非核形成溶液は、開放した金型内へ導入される間に、核形成され、次に、金型を閉じて整形した製品を成形することができる。
【００４３】
別の実施形態によれば、別個のアキュムレータを利用する射出成形システムが提供される。次に、図２を参照すると、射出成形システム３１は、図１に図示した押出成形機と同様の押出成形機を備えている。該押出成形機は、図１のシステムにおけるような往復運動型スクリューを備えることができる。成形チャンバ３７内に射出する前に溶融した重合系材料を蓄積させる少なくとも１つのアキュムレータ７８が提供される。押出成形機は、非核形成単一相の重合系材料の溶液及び吹込み成形剤のような混合体をアキュムレータに供給すべく導管５３を介してアキュムレータの入口７９に流体的に接続された出口５１を備えている。
【００４４】
アキュムレータ７８は、ハウジング８１内に、アキュムレータハウジング内で軸方向に（基端方向及び末端方向）に動くような構造及び配置とされたプランジャ８３を備えている。プランジャは、基端方向に後退し且つアキュムレータに入口７９を通じて重合系材料／吹込み成形剤を充填することを許容し、また、末端方向に付勢させ、重合系材料／吹込み成形剤の混合体を金型３７内に強制的に供給することができる。後退するとき、溶融重合系材料及び吹込み剤の単一相溶液により画成された装荷分はアキュムレータ７８内に蓄積することが許容される。アキュムレータ７８が満杯であるとき、例えば、液圧制御式後退可能な射出シリンダ（図示せず）のようなシステムは、核形成装置６６を通じて蓄積した装荷分及び形成される核形成された混合体を成形チャンバ３７内に強制的に供給する。この構成は、重合系材料及び吹込み成形剤の非核形成単一相溶液が成形チャンバの充填過程の結果として核形成される別の実施形態を示す。これと代替的に、領域５０の下流及びアキュムレータ７８の上流に圧力降下核形成装置を配置し、非核形成材料ではなくて、核形成された重合系材料が蓄積し、次に、その材料が金型３７内に射出されるようにしてもよい。
【００４５】
別の構成において、図１に図示したような往復運動型スクリュー押出成形機を図２のシステム３１と共に使用して、プランジャ８３の圧力が十分に高圧に保たれ、アキュムレータ内での核形成が阻止される（すなわち核形成された材料がアキュムレータ内に提供されるならば、気泡の成長が阻止される）間、重合系材料及び吹込み成形剤（これは、核形成されないままに保ち又は押出成形機からアキュムレータ内に強制的に供給される間、核形成することができる）の装荷分を連続的に射出し得るようにすることができる。複数の装荷分がアキュムレータ内に導入されたとき、遮断弁６４を開き且つプランジャ８３を末端方向に駆動してアキュムレータ内の装荷分を金型３７内に移送することができる。このことは、極めて大きい部品を製造する場合に有利なことである。
【００４６】
図２の構成に関係した一連の弁、導管等は、上記に引用した国際公開ＷＯ９８／３１５２１号に完全に記載されている。該システムは、表皮／発泡材／表皮構造体を制御可能に形成するために使用することができる。
【００４７】
本発明は、全ての実施形態において、核形成が望ましくない箇所（核形成装置の上流）にて過早の核形成を防止し又は核形成が為されたが、気泡の成長が望ましくなく又は制御されることが望ましい箇所にて気泡の成長を防止するのに十分、システム全体の圧力を保つ能力を備えている。
【００４８】
本発明は、少なくとも約５％の空隙率を有する、成形チャンバの形状に合った成形微孔性発泡重合系製品又は成形した非微孔性発泡重合系発泡製品を製造することを可能にする。好ましくは、空隙容積は、少なくとも約１０％、より好ましくは、少なくとも約１５％、より好ましくは、少なくとも約２０％、より好ましくは、少なくとも約２５％であるようにする。本発明の製品は、本明細書に記載した断面寸法であるこれらの部分に上記の空隙容積を含むことができる。
【００４９】
超臨界流体添加剤は、その１つが金型内に射出された溶融重合系材料の粘度を減少させる目的を奏し、第２のものが上述したように、特定の空隙容積及び（又は）気泡寸法及び（又は）気泡密度を有する、発泡重合系製品、好ましくは、微孔性発泡製品を形成する吹込み成形剤の作用を果たすという少なくとも２つの目的を奏することができる。空隙容積が殆ど又は全く存在しないことが望まれる場合、小量の超臨界流体添加剤を使用することができる。粘度減少の超臨界流体添加剤を使用することを通じて本発明に従って認識された有利な点は、約５％以下、又は約３％以下、又は１％の空隙容積或いはほぼ０の空隙容積の製品を形成するときでさえも実現可能である。すなわち、超臨界流体添加剤は、約１％以下、又は約０．５％以下の量にて存在することができる。
【００５０】
上述したように、超臨界流体添加剤は、溶融重合系製品、好ましくは、成形微孔性発泡重合系材料の前駆体を低温度にて金型内に射出することを許容する。好ましくは、この射出は、約１００℃以下、好ましくは、約７５℃以下、５０℃以下、３０℃以下、更には、約１０℃以下の成形チャンバ温度にて行われるようにする。
【００５１】
本発明は、また、固体部品を複製する表面を有する発泡成形部品を製造するシステム及び方法も提供する。これら部品の表面の少なくとも一部分は、人間の肉眼にて視覚可能な斜面及び渦巻きが存在しない。
【００５２】
本発明の１つの特徴は、本発明に従って寸法的に極めて安定的である製品を提供することができる点である。寸法上の安定性を損なわずに、また、いくつかの実施形態において、寸法上の安定性を向上させつつ、サイクル時間を短縮することができる。その他の実施形態において、寸法上の安定性が顕著に向上する一方にて、サイクル時間を短縮することができ、また短縮せずに増大するようにしてもよい。２０００年９月２９日に出願された、ケビン・Ｊ・レベスクエ（Ｋｅｖｉｎ　Ｊ．Ｌｅｖｅｓｑｕｅ）、ダビット・Ｅ・ピエリック（Ｄａｖｉｄ　Ｅ．Ｐｉｅｒｉｃｋ）、レビ・Ａ・キシュバウ（Ｌｅｖｉ　Ａ．Ｋｉｓｈｂａｕｇｈ）による、その内容を参考として引用し本明細書に含めた、「迅速なサイクル時間における寸法的に安定可能な薄い成形重合系材料（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ−Ｓｔａｂｌｅ，Ｔｈｉｎ，Ｍｏｌｄｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｔ　Ｆａｓｔ　Ｃｙｃｌｅ　Ｔｉｍｅ）」という名称の米国特許出願に記載されたような製品を形成することができる。
【００５３】
次に、図６を参照すると、図１の射出成形システムの下流端及び金型が図示されている。図示するように、システム３０は、押出成形機の領域５０内の重合系材料と、金型３７を完全に充填する重合系材料とを含んでいる。作動時、重合系材料を金型内に射出し得るように末端方向に付勢された状態で領域５０内にスクリュー３８（図６に図示せず）が存在する。図面の目的上、スクリューは図示されていない。
【００５４】
押出成形機の領域５０内の重合系材料は、最初の長さの複数繊維１８００を備えている。従来の成形過程において、繊維を含んだ材料が核形成通路６７（又は従来の成形過程にて従来のノズル）を通じて領域５０から射出されたとき、ノズル６７内の繊維には顕著な剪断誘発応力が加わり、典型的に、該繊維を破断させる。図示するように、その結果、金型３７内で重合系材料中に分散された複数の繊維１８０２は押出成形機内繊維１８００の最初の長さよりも短い長さとなる。
【００５５】
しかし、本発明によれば、吹込み成形剤としても作用を果たすことができる超臨界流体のような粘度減少添加剤を金型内に射出する前に、重合系材料中に導入する。粘度減少添加剤を使用する結果、開始材料に対し又はほぼ同一であるが、粘度減少添加剤を使用せずに製造された成形部品に対して、全体的な繊維長さ（平均及び（又は）中央値）が大きく且つ（又は）繊維の破断が少ない成形部品となる。何らかの理論付けを望むものではないが、粘度減少添加剤は、金型内に射出する間、繊維に加わる応力を減少させ、射出する間の繊維の破断量を顕著に減少させると考えられる。その結果、本発明に従って製造された製品の衝撃及び剛性の性質が顕著に向上し、それは、成形製品におけるこうした性能上の利点は、最終的な成形部品における繊維長さによって制限されるからである。これと代替的に、又はこれに加えて、粘度減少添加剤を使用することで促進される射出成形過程における締付け力が低下することに起因して、繊維の破断を減少させることができる。具体的には、押出成形機を備えるポリマ成形システムを使用することができ、また、押出成形機から金型内に吹込み成形剤が存在しない溶融した重合系材料を供給し、空隙容積を有するほぼ零の成形した重合系製品を金型から突き出し得るような構造及び配置とされた金型が最小の金型締付け力にて調節されよう。すなわち、このシステムは、射出する間、金型を閉じた状態に保つのに十分な締付け力を備えることになろう。本発明のこの過程は、固体（粘度減少添加剤無し及び（又は）吹込み成形剤無し）材料を成形する間、システムが保持される締付け力の９５％以下の金型締付け力にて装置が作動することを許容する。好ましくは、第２金型締付け力（粘度減少添加剤を使用するときに必要とされる締付け力）は、固体材料に対する締付け力の約８５％、又は７５％、又は６５％、５５％、４５％或いは約３５％以下である。より具体的には、約３．５トン／平方インチ又は約３トン／平方インチ、１．７５トン／平方インチ、１．５トン／平方インチ又は１トン／平方インチ以下の締付け力を金型にて維持することにより、繊維の破断が減少した成形重合系製品を形成することができる。
【００５６】
粘度減少添加剤を使用しない従来の過程にて、繊維１８００が最初、極めて短い長さである場合、少なくとも多少の破断は生じ、形成される製品中の繊維１８０２の平均長さが減少する。しかし、本発明は、比較的短い繊維１８００を保持する重合系材料が好適実施形態にて、繊維の平均長さを保ちつつ、破断が減少し又は全く破断無しの状態で金型３７内に射出されることを許容する。
【００５７】
典型的な湯口寸法（その内部にて、本発明の微孔性発泡材の実施形態にてノズル６７又は核形成通路６７が形成される）は、長さが約３ｃｍから約２０ｃｍであり、直径が約０．３ｃｍから約１．３ｃｍである。より具体的には、湯口は、長さが約５ｃｍから約１５ｃｍ、直径が約０．３ｃｍから約０．５ｃｍ、又は約０．５ｃｍから約０．７ｃｍ、又は約０．７ｃｍから約１．３ｃｍであり、これら及びその他の湯口寸法の全てを含むシステムは繊維の破断を減少させる本発明の技術による利益を享受することができる。
【００５８】
当該技術分野の当業者に既知であるように、重合系材料を強化するため多岐に亙る繊維を使用することができ、かかる繊維の全ては本発明にて使用すべく含められる。最も一般的なものはガラス繊維である。例えば、約０．６から約１ｃｍの比較的短い繊維を使用することができ、又は、平均長さが約１．３ｃｍ、１．４ｃｍ、１．５ｃｍ又はより長い比較的長い繊維を使用することができる。全ての場合、金型内に射出する前の繊維の最初平均長さ、又は繊維の型式或いは湯口寸法に関係なく、本発明に従って粘度減少添加剤を使用することは、予期せざる程に顕著に繊維の破断を減少させることができる。
【００５９】
具体的には、本発明の１つの方法は、内部にて分散され、平均長さ及び中央値長さを有する複数の繊維を含む前駆体（予成形した）重合系材料を提供すること、重合系材料を金型内に射出すること、平均又は中央値長さが金型内に射出する前における前駆体重合系材料内繊維の平均又は中央値長さの５０％以上である成形重合系製品を成形することを含む。好適実施形態において、成形後の平均又は中央値繊維長さは、金型内に射出する前の重合系材料の６０％以上、好ましくは、７０％、８０％、９０％、更には９５％以上である。これらの結果は、上記の最初の平均長さの繊維及び上記の湯口寸法にて実現することができる。
【００６０】
別の組みの実施形態において、本発明による繊維の破断の減少は、破断した繊維数が減少することで実現される。具体的には、１つの方法は、複数の繊維が内部に分散され、それら繊維が平均長さを有する前駆体重合系材料を提供すること、繊維の平均長さを前駆体材料中繊維平均長さの少なくとも５０％に保ちつつ、重合系材料を金型内に射出することを備えている。平均長さは上述した任意の繊維長さとすることができる。
【００６１】
別の実施形態において、成形方法は、ポリマ加工装置内の加工スペース内で繊維を保持する重合系材料を搬送すること、加工スペース内で粘度減少添加剤を重合系材料に導入して混合体を形成すること、混合体を金型内に射出することを備えている。成形製品がこの過程にて形成され、成形した製品中の繊維総数の少なくとも１０％が０．５５ｍｍ以上の長さを有する。好適実施形態において、繊維総数の少なくとも２０％、３０％又は５０％がこの長さを有し、その長さは、これらパーセントの任意の値にて０．６０ｍｍ又は０．６５ｍｍとすることが好ましい。
【００６２】
別の方法において、前駆体重合系材料は、平均長さが平均０．６０ｍｍ以上の複数の繊維を含んでいる。繊維総数の少なくとも１０％の長さを０．５５ｍｍ以上に保ちつつ、材料を金型内に射出する。好ましくは、繊維総数の少なくとも２０％、３０％又は５０％は０．５５ｍｍ以上、又は好ましくはこれらパーセントの任意の値にて０．６０ｍｍ又は０．６５ｍｍ以上の長さであるようにする。別の実施形態において、前駆体重合系材料は、繊維の少なくとも７０％の長さを０．２１ｍｍ以上に保ちつつ、金型内に射出する。好適実施形態において、繊維の少なくとも７５％、８０％又は８５％が、０．２３ｍｍ、０．２５ｍｍ又は０．２７ｍｍ以上の長さを保つようにする。
【００６３】
別の実施形態において、上記２つの文節における方法の何れかの結果、繊維総数の少なくとも７０％が０．２１ｍｍ以上の長さを有する成形製品を得ることができる。好適実施形態において、繊維総数の少なくとも７５％、８０％又は８５％が、０．２３ｍｍ、０．２５ｍｍ又は０．２７ｍｍ以上の長さを有する。
【００６４】
別の面において、本発明は、長い平均又は中央値長さの繊維を含む繊維強化成形重合系製品を提供する。一実施形態において、本発明の成形製品は、ポリマ基質内に分散された複数の繊維を含み、繊維総数の少なくとも５０％が、０．６ｍｍ以上の長さを有する。その他の実施形態において、繊維の少なくとも６０％、７０％、８０％、９０％又は９５％が、０．６ｍｍ以上の長さを有する。その他の実施形態において、これら繊維パーセントの任意のものは０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ又は１．０ｍｍ以上の長さを有する。
【００６５】
本発明の別の成形製品は、ポリマ基質内に分散された複数の繊維を含み、繊維総数の少なくとも７０％が、少なくとも０．２１ｍｍの長さを有する。好ましくは、繊維の少なくとも７５％、８０％又は８５％が、０．２３ｍｍ、０．２５ｍｍ又は０．２７ｍｍの長さを有するようにする。
【００６６】
本発明の別の製品、すなわち複数の繊維を保持する射出成形した発泡重合系製品は、繊維総数の少なくとも７０％が少なくとも０．２３ｍｍの長さを有する所定の条件下にて前駆体繊維を保持する重合系材料から金型内で形成される。発泡製品は、何らの発泡材も使用せずに同一の前駆体材料から固体成形重合系製品を成形するためにも使用することのできる装置内で成形される。固体の成形重合系製品が形成されるとき、条件を所定の条件に対して僅かに調節する、但し、固体製品を製造する場合と発泡製品を製造する場合とを識別するのに必要な程度まで調節する。当業者は、ほぼ同一の所定の条件下にて成形された発泡製品及び固体製品の意義を理解し得るであろうし、条件の唯一の相違点は製品を発泡材、又は固体にするのに必要な条件である。これらの条件下にて成形された固体製品は、その少なくとも６５％が、少なくとも０．２３ｍｍの長さを有する繊維を含む。好ましくは、発泡製品において、繊維総数の少なくとも７５％、８０％又は８５％が、少なくとも０．２３ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２７ｍｍ又は０．３３ｍｍの長さを有し、各場合にて、比較用の固体製品は、最初の長さを保つ繊維がそれぞれ僅か７０％、７５％又は８０％であろう。好適実施形態において、上記に記載した発泡製品はその少なくとも１０％が０．５５ｍｍ以上の長さを有する繊維を含む。いくつかの実施形態において、成形した発泡製品の繊維内０．３３ｍｍ以上の長さを有するのは３０％以下である。
【００６７】
別の製品は、所定の条件下にて前駆体繊維を保持する重合系材料から金型内で製造された、複数の繊維を含む発泡重合系製品である。繊維総数の少なくとも７０％が少なくとも０．２１ｍｍの長さを有する。ほぼ同一の条件（発泡製品ではなくて固体製品を製造するのに必要な程度だけ調節した）にて金型内で固体重合系製品が形成されるとき、その少なくとも３５％が０．２１ｍｍ以下の長さを有する繊維を含むような条件とする。
【００６８】
本発明の別の製品は、繊維の配向程度が減少した成形重合系材料製品である。典型的に、従来の成形過程の間、繊維は重合系材料が金型を充填する方向に配向され勝ちとなる。換言すれば、繊維の長軸は重合系材料が金型を充填する方向と整合された状態となる。このような繊維の整合状態は従来の性質に従って製造された成形製品がアニソトロピックな性質を有するようにする可能性がある。例えば、繊維が配向された方向（すなわち、重合系材料が金型を充填する方向）に沿って測定した機械的性質は、垂直方向に測定したときの機械的性質を顕著に上廻る可能性がある。
【００６９】
本発明の方法を使用して製造された製品中の繊維の配向程度が減少する結果、一層イソトロピックな性質を有する製品となる。より低粘度の結果として繊維の流れ及び移動は増大可能であるため、繊維は一層容易に非配向状態となると考えられる。また、製品中に気泡が形成されることが繊維の非配向状態を促進させることができる。
【００７０】
いくつかの実施形態において、本発明の製品は、重合系材料が金型を充填するほぼ方向である第１方向に測定したとき、第１方向に対し垂直な第２方向に測定したときの性質と相対的に同様の性質を有する。例えば、第１方向に測定した曲げ弾性率と第２方向に測定した曲げ弾性率との比が約１．９以下であるようにすることができる。いくつかの場合、第１方向に測定したときの曲げ弾性率と第２方向に測定したときの曲げ弾性率との比は約１．７以下、約１．５以下、或いは、更に約１．３以下とすることができる。この比は、特に、吹込み成形剤の量及び射出温度のような加工パラメータにより少なくともある程度まで制御することができる。望ましい比は、製品が使用される目的に対応するものとすることができる。曲げ弾性率は、適宜なＡＳＴＭ試験法を使用して測定することができる。
【００７１】
別の実施形態において、超臨界流体添加剤を使用して加工された本発明の製品は、第１方向（重合系材料が金型をほぼ充填する方向）に測定したときの曲げ弾性率と、第２方向（第１方向と垂直な方向）に測定したときの曲げ弾性率との比は、超臨界流体添加剤を使用せずに（すなわち、超臨界流体添加剤が存在せずに）加工された第２成形繊維充填重合系製品の第１方向に測定したときの曲げ弾性率と第２方向に測定したときの曲げ弾性率との比の９５％以下である。いくつかの実施形態において、第１方向に測定したときの曲げ弾性率と第２方向への曲げ弾性率との比は、超臨界流体添加剤を使用せずに（すなわち、超臨界流体添加剤が存在せずに）加工された第２成形繊維充填重合系製品の第１方向への曲げ弾性率と第２方向への曲げ弾性率との比の８５％、７５％或いは、更に６０％以下である。
【００７２】
その他の実施形態において、本発明の製品は、製品の長さに沿って測定したときの曲げ弾性率が製品の幅に沿って測定したときの曲げ弾性率と相対的に同様である。例えば、長さに沿って測定したときの曲げ弾性率と幅に沿って測定したときの曲げ弾性率との比は、約１．９以下、その他の場合、約１．７以下、その他の場合、約１．５以下、その他の場合、約１．３以下とすることができる。いくつかの実施形態において、かかる製品は、以下に更に説明するように、小さい長さ対厚さの比を有するようにすることができる。
【００７３】
曲げ弾性率に加えて、その他の機械的性質（特に、引張り弾性率、引張り強度及び曲げ強度を含む）は、また、本発明の技術に従って製造された製品にて同様に釣合わせることが可能であることも理解すべきである。このように、第１方向（すなわち、重合系材料が金型を充填する方向）に測定したときの測定値と、第２方向（すなわち、第１方向に対し垂直な方向）に測定したときの測定値との間の本明細書に記載した比は、同様にこれらの性質に関するものである。
【００７４】
上述したように、本発明の特定の製品は繊維の配向程度が減少している。いくつかの場合、製品を製造する間、繊維総数の７０％以下が、重合系材料が金型を充填する方向の３０°以内の方向に整合される。換言すれば、製品を製造する間、繊維総数の７０％以下の長軸が、重合系材料が金型を充填する方向の３０°以内の方向にある。いくつかの場合、製品を製造する間、繊維総数の５０％以下、或いは、繊維総数の４０％以下が、重合系材料が金型を充填する方向の３０°以内の方向に整合される。繊維の整合方向は、例えば、製品の代表的な領域をＳＥＭ解析することによって決定することができる。
【００７５】
本発明の１つの特徴は、極めて薄い成形部品を製造することが可能な点である。一実施形態において、本発明の成形重合系製品（微孔性発泡材であることが好ましい）は、成形チャンバの形状に相応する形状を有し、また、２．５４ｍｍ（約０．１００インチ）以下の断面寸法を有する少なくとも１つの部分を備えている。１．２７ｍｍ（約０．０５０インチ）以下の断面寸法を有する少なくとも１つの部分を含む、より薄い部品を成形することもできる。本明細書で使用するように、「成形チャンバの形状に相応する形状を有する」とは、金型内で製造される部品、好ましくは、射出成形された部品を意味する。この形状は、成形チャンバの形状と同一又は同様のものとすることができる。内部圧力、金型の割り技術等に起因する極めて僅かな反りのため、成形チャンバの形状と僅かに相違する可能性がある。一実施形態において、成形製品の最大厚さは２．０３ｍｍ（約０．０８０インチ）又は１．０２ｍｍ（０．０４０インチ）以下である。
【００７６】
上述したように、別の特徴は成形サイクル時間が短い点である。本発明のシステムは、また、重合系材料の射出成形の極めて迅速なサイクル時間を許容する。特に、約４分以下、好ましくは、約１分以下、より好ましくは、約４５秒以下、より好ましくは、約３０秒以下、より好ましくは、約２５秒以下のサイクル時間にてサイクル工程（前駆体材料の射出、材料が重合系製品として成形チャンバ内で固化するのを許容し且つ製品を金型が除去し、また、これらを繰り返すこと）を行うことができる。
【００７７】
本発明は、成形した製品の比較的より固体で且つ比較的より空隙部分の組み合わせを制御可能に実現することを許容する。例えば、１つの方法は、スクリューが外筒内で基端方向に移動し、流体前駆体がほぼ軸方向に静止している間、スクリューの混合領域に近接するポリマ処理装置の外筒のオリフィスから吹込み成形剤である超臨界流体添加剤を射出することを含み、その射出時間は、吹込み成形剤が多量な領域の上流に流体前駆体の吹込み成形剤の不足領域を確立しつつ、オリフィスに近接して流体前駆体の吹込み成形剤が多量な領域を形成するのに十分なものとする。次に、スクリューを末端方向に進めて吹込み剤の不足領域をオリフィスの下流に配置する。一実施形態において、スクリューが末端方向に前進する間、吹込み成形剤の不足前駆体、次に、吹込み成形剤の多量前駆体を金型内に射出し且つ金型内で固化するのを許容する。吹込み成形剤の不足前駆体領域は、金型の内壁に近接して確立することができる一方、吹込み成形剤の多量前駆体領域は金型の中央領域に確立することができる。別の実施形態において、スクリューが末端方向に前進する間、吹込み成形剤の多量前駆体、次に、吹込み成形剤の不足前駆体を金型内に射出し且つ金型内で固化するのを許容することができる。この実施形態において、吹込み成形剤の多量前駆体は、金型の内壁に近接する領域に確立することができる一方、吹込み成形剤の不足前駆体は金型の中央部分の領域に確立することができる。
【００７８】
長さ対厚さの比が大きい射出成形した重合系製品を本発明に従って製造することができる。本明細書において、長さ対厚さの比は、金型（湯口）内の射出位置から伸びる重合系成形部品の一部分の伸長長さとその距離を渡る厚さとの比を規定する。すなわち、射出成形部品は、湯口に対する最末端部分を含み、湯口位置（金型の湯口に相応する部分の位置）からこの最末端位置までの長さが規定される。平均厚さは、その長さに沿って規定される、すなわち、湯口と湯口から最末端位置との間の平均厚さである。湯口から最末端位置までの長さをその長さに沿った平均肉厚で割った値は、長さ対厚さの比を規定する。本発明は、長さ対厚さの比が少なくとも約５０：１、７５：１、１００：１、３００：１、４５０：１、６００：１、７５０：１、９００：１、１２００：１、１５００：１、１８００：１、更に２０００：１である成形重合系材料を提供する。これらの長さ対厚さの比は、製品の少なくとも一部分を画成し又は製品の全体を画成することができる。例えば、製品の全体は長さ対厚さの比が少なくとも約３００：１又は上述したその他の比となるようにすることができる。
【００７９】
本発明の上記及びその他の実施形態の機能及び有利な点は以下の例から一層良く理解されよう。以下の例は、本発明の有利な点を示すことを目的とするものであるが、本発明の全範囲を例示するものではない。
実施例１：プリンタシャーシ
シンシナティ　ミラクロン　マグナ（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ　Ｍｉｌａｃｒｏｎ　Ｍａｇｎａ）４００　４００トン往復運動型スクリュー射出成形機を使用した。成形すべき前駆体ポリマとして２０％のガラス繊維強化ポリフェニレン酸化物（ＰＰＯ；ＧＥプラスチックノーリル（ＰＰＯ；ＧＥ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　Ｎｏｒｙｌ）（登録商標名）樹脂）を使用し、成形発泡材シャーシを形成する吹込み成形剤として超臨界流体添加剤（窒素）を使用した。
【００８０】
システムは図１に概略図的に示すように使用した。
使用したプリンタシャーシ金型は、２つのプレート及び１つの分離線を備えて作用する従来の単一キャビティ金型とした。該金型は、部品の中央に直接湯口が伸びる弁湯口付き高温スプルーブッシュを備えるものとした。キャビティはかなり複雑な設計であり、部品の形成を助ける多数のスライド、コアピン及び薄いブレードを有するものとした。部品の寸法条件は厳密にし且つ少しの反りも問題とした。
【００８１】
公称肉厚が２．５ｍｍの成形部品を製造するような金型の設計とした。金型は、多数のボス及び深いコアを形成した部分を含み、これらは、サイクル時間を制限し又は従来の方法を使用する場合、寸法上の問題点を生ずる可能性があった。肉厚を２．５ｍｍとした結果、部品は、約１５０：１の流れファクタを有し、このことは、最適化した過程の場合、重量を顕著に軽減することを可能にした。
比較例：超臨界流体添加剤無しの固体部品の成形：
各々の重量が６０３ｇの固体部品を製造した。部品を平滑な面の上に配置し且つ部品の１つの隅部がその他の３つの隅部に対して面外となる距離を測定することにより、部品の単純な反りを測定した。固体部品は、本発明の超臨界流体添加剤を使用する過程の場合の重量及び性質に関する基準として使用した。
超臨界流体添加剤の過程：
超臨界流体添加剤（吹込み成形剤としても機能した）として窒素を使用し、色々な見本試験の間、０．０５％から０．１０％の範囲で変化させた。凹み部分が存在せず、また金型キャビティを極めて正確に複製する微孔性発泡部品が製造された。重量の軽減（空隙容積）は５％以上であり、１０％程度が容易に実現できた。軽微な過程の改変により、重量の一層の軽減が実現できた。
サイクル時間：
金型のサイクル閉じ時間は、射出時間、保持時間及び冷却時間から成るものとした。１５秒の冷却時間及び２０．８秒の合計金型閉じ時間にて固体部品（比較例、超臨界流体添加剤無し）を製造した。最初の超臨界流体添加剤の成形時間は１５秒の冷却時間及び１６．６秒の合計金型閉じ時間を含むものとした。その他の試験は、１０秒の冷却時間及び１１．６秒の合計金型閉じ時間を含むものとし、結果は良好であった。このように、超臨界流体添加剤を使用する過程により合計金型閉じ時間を４４％短縮することができた。
締付けトン数：
本発明の超臨界流体添加剤過程を使用して作動させたとき、締付けトン数は２００トンまで減少した。この試験の間、２００トンは、機械における最小設定値であるため、この締付けトン数をそれ以上減少させることはできなかった。しかし、必要な締付け力を５０％減少させることは容易に実現でき、過程の正確な知識に基づいて発明者が推定するならば、締付けトン数は１５０トン程度までより小さく設定することが可能であることがわかる。
繊維長さの強度値
このようにして製造された部品は、２つの異なる量の粘度減少添加剤を使用する場合と異なり、粘度減少添加剤を全く使用せずに製造したものであり、繊維長さの強度値（金型に入るときの破断量の最小化）に関して比較した。重量が大幅に軽減された結果、強度が増大した（表１及び表２）。プリンタシャーシの裏側にて平坦な壁の流れ方向にサンプル棒及び刻板を切り込んだ。試験はＡＳＴＭ方法に従って行った。
【００８２】
【表１】
2004510021.tif 000003
【００８３】
【表２】
2004510021.tif 000004
【００８４】
実施例２：射出成形したブロワーハウジング
実施例１にて説明したようなシンシナティ　ミラクロン　マグナ４００　４００トン往復運動型スクリュー射出成形機を使用した。（１）セルストラン（Ｃｅｌｓｔｒａｎ）ＰＰ−ＧＦ４０−０２−４　４０％長ガラス繊維充填プロピレン、長さＰ１１、（２）セルストランＰＡ６−ＧＦ５０−０３　５０％長ガラス繊維充填ナイロン、長さＰ１１という２つの前駆体ポリマ材料を使用した。金型はブロワーハウジングの金型とした。
【００８５】
セルストランＰＡ６−ＧＦ５０−０３　５０％長ガラス繊維充填ナイロン：上述した方法は、また５０％ガラス充填ナイロンにても行った。０．２％、０．４％、０．６％装填状態にて超臨界流体添加剤として窒素を使用した。６％及び１１％の重量軽減状態にて固体材料及び微孔性発泡材料が製造された。ナイロン過程は、以下のように外筒の加熱調整状態で行った。超臨界流体を保持する前側外筒領域は２５４．４４℃（４９０°Ｆ）に調整した。この温度は、標準的な固体過程設定値（２９３．３３℃（５６０°Ｆ））より３８．８９℃（７０°Ｆ）低い。後方領域は適正なスクリューの回復を実現し得るように２７６．６７℃（５３０°Ｆ）に設定した。約２０％の空隙容積が観察された。金型は前側にて７１．１１℃（１６０°Ｆ）、後側にて２１．１１℃（７０°Ｆ）に設定した。ナイロン過程の試験の全ては２００トンにて行った。高品質の微孔性発泡重合系材料が形成された。図７は形成された製品のＳＥＭ像の写真である。
【００８６】
粘度減少添加剤を使用せずに製品を成形する場合と粘度減少添加剤を使用して製品を成形する場合とで比較試験を行った。粘度減少添加剤を使用した試験の場合、より堅牢な製品が観察され、これら試験にて繊維の長さを一層良く保ち得ることを示す。以下の表３には、これらの結果が示してある。
【００８７】
【表３】
2004510021.tif 000005
【００８８】
図９には、試験Ｎｏ．５（超臨界流体添加剤無し）及び試験Ｎｏ．７（超臨界添加剤あり）のようなガラス繊維の長さの分布状態が示され、超臨界流体添加剤を使用する場合、繊維の長さが増大することを示す。
実施例３：繊維強化凝縮液皿の射出成形：
実施例１に記載した射出成形システムを使用した。前駆体材料は１０％ガラス充填ポリカーボネート、特に、ＧＥ　ＭＬ−５１３９（ＧＥプラスチック）とした。上述したように、標準的な比較用の過程及び製品を確立し得るように固体部品を製造した。次に、特に、０．２％の窒素を有する超臨界流体添加剤を使用して製品を成形した。サンプルは１０％、１５％、２０％の重量を軽減状態で試験した。図８は、形成される製品断面のＳＥＭ像の写真である。
【００８９】
以下の表４には、図３に図示した長い繊維長さと一致する、粘度減少添加剤を有する成形滴下トレーの増大した強度が示してある。
【００９０】
【表４】
2004510021.tif 000006
【００９１】
図１０には、超臨界流体添加剤を使用した試験Ｎｏ．１１と比較して超臨界流体添加剤無し（試験Ｎｏ．８）の成形製品の凝縮液皿（滴下トレー）ガラス繊維長さの分布状態が示されており、繊維長さの分布状態が増大することを示す。
【００９２】
表５（以下）には、実施例２、３の色々な試験の平均値、標準偏差値及び中央値の繊維長さが示してある。
【００９３】
【表５】
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【００９４】
実施例４
エンゲル（Ｅｎｇｅｌ）１５０トン射出成形システムを使用した。このシステムは、図２に図示したシステムと同様に、押出成形機から分離したアキュムレータを備えるものとした。金型は１つの端縁に沿って単一のタブ湯口を有する単一キャビティ刻板金型（１０．１６ｃｍ（４インチ）×１０．１６ｃｍ（４インチ）×２．０３ｍｍ（０．０８０インチ））とした。
【００９５】
使用した前駆体重合系材料は、３０％繊維ガラス強化ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）（ティコナ（Ｔｉｃｏｎａ））とした。外筒の加熱温度は以下のように設定した（送込み部分から外筒の端部迄）、すなわち、２３２．２２℃（４５０°Ｆ）、２３７．７８℃（４６０°Ｆ）、２４６．１１℃（４７５°Ｆ）、２４６．１１℃（４７５°Ｆ）、２４８．８９℃（４８０°Ｆ）とした。ノズルの温度は約２４８．８９℃（４８０°Ｆ）に設定した。金型の温度は７９．４４℃（１７５°Ｆ）に設定した。
【００９６】
上記の実施例におけるように、粘度減少剤を使用する過程及び粘度減少剤を使用しない過程にて成形製品を製造するため比較試験を行った。粘度減少剤を使用したとき、窒素を粘度減少剤として押出成形機内の重合系材料内に導入した。添加した窒素の量は重合系材料及び吹込み成形剤の総混合体の重量比で約０．５％とした。粘度減少剤を使用せずに製造されたサンプルは２５．４ｍｍ（１インチ）／秒の射出速度にて成形した。粘度減少剤を使用して製造されたサンプルは２．５４ｃｍ（１インチ）／秒及び１０．１６ｃｍ（４インチ）／秒の射出速度にて成形した。粘度減少剤が存在する結果、粘度減少剤を使用しない過程にて不可能であった１０．１６ｃｍ（４インチ）／秒というより速い射出速度にて成形することが可能であった。
【００９７】
粘度減少剤を使用した過程は、微孔性発泡材の繊維充填重合系発泡製品を製造した。２．５４ｃｍ（１インチ）／秒の射出速度のとき、発泡製品の密度の減少率は約２６％であった。１０．１６ｃｍ（４インチ）／秒の射出速度のとき、発泡製品の密度の減少率は約２４％であった。粘度減少剤を使用しない過程は、密度が減少しない固体の繊維充填重合系製品を製造した。
【００９８】
サンプルの曲げ特性は、ＡＳＴＭ　Ｄ７９０−９２に従って測定した。サンプルは２つの方向、すなわち（１）重合系材料が金型を充填する方向（流れ方向）、（２）流れ方向に対し垂直な方向（横方向）に測定した。試験データは以下の表６にまとめてある。サンプルの代表的な断面のＳＥＭ像を得た。
【００９９】
【表６】
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【０１００】
上記のデータに示すように、粘度減少剤を使用する結果、流れ方向への弾性率と横方向への弾性率との比が減少する。このことは、粘度減少剤を使用して製造された製品は、粘度減少剤無しで製造された製品よりもイソトロピック性質が大きいことを示す。
【０１０１】
発泡製品のサンプル（Ｎ２にて製造）は、その密度が減少する結果として、固体製品のサンプル（Ｎ２無しで製造）よりも小さい弾性率を有する。しかし、固体サンプルに弾性率は減少ファクタを掛けて（弾性率が密度と共に直線状に減少すると仮定して）予想値を得るとき、その予想値は、発泡製品サンプルについて得られた弾性率と比較可能である。予想値は、表６に括弧で示してある。
【０１０２】
図１１、図１２は、粘度減少剤を使用して製造された製品及び粘度減少剤無しで製造された製品のＳＥＭ像の写真である。図１２は、大部分の繊維が粘度減少剤を使用されないとき、重合系材料が金型を充填する方向に向けて整合されることを示す。図１１は、粘度減少剤が使用されるとき、重合系材料が金型を充填する方向に対する繊維の整合状態が著しく小さいことを示す。充填方向への繊維の整合状態の減少は、流れ方向への弾性率と横方向への弾性率との比が減少する結果となる。
【０１０３】
当業者は、本明細書に記載した全てのパラメータが一例であり、実際のパラメータは本発明の方法及び装置が使用される特定の用途に依存することが容易に理解されよう。このため、上記の実施形態は単に一例として掲げたものであり、特許請求の範囲及びその等価物の範囲内にて、具体的に説明した以外の形態で本発明を具体化することが可能であることが理解されよう。特許請求の範囲において、「含む」、「保持する」、「有する」及び同様の表現は、非限定的に「備える」を意味するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にとって有用な射出成形装置の概略図である。
【図２】本発明にとって有用な補助的アキュムレータを含む、代替的な射出成形装置の概略図である。
【図３】本発明に従って成形されたプリンタシャーシの等角図である。
【図４】図３のプリンタシャーシの底面図である。
【図５】図４の線５−５に沿った長手方向断面図である。
【図６】図１に図示した射出成形装置の押出成形機及び金型の末端部分の拡大概略図である。
【図７】本発明に従って製造された繊維強化微孔性発泡製品の走査電子マイクログラフ（ＳＥＭ）像の写真である。
【図８】本発明に従って製造された別の繊維強化微孔性発泡製品のＳＥＭ像写真である。
【図９】本発明に従って、超臨界流体添加剤を使用して成形した物品の繊維の長さ分布状態を超臨界流体添加剤無しで成形された製品と比較して示す図である。
【図１０】超臨界流体添加剤を使用して成形された製品内の繊維の長さを超臨界流体添加剤無しで成形された製品と比較して示す別の例を示す図である。
【図１１】本発明に従って実施例４にて製造された繊維強化製品のＳＥＭ像の写真である。
【図１２】比較可能な技術に従って実施例４にて製造された繊維強化製品のＳＥＭ像の写真である。
【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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