(57)【要約】本発明は、絵付成形物品及び該物品の形成方法を提供する。本絵付成形物品は、ポリマー部分の表面に接着した基体材料を有するポリマー部分を含む。基体材料は、例えば微細繊維または布帛としてよい。幾つかの実施例においては、ポリマー部分は、発泡体、特に微孔質ポリマー材料としてよい。本物品は、発泡剤とポリマー材料との混合物を、基体材料を内部に配置したモールドキャビティ内に射出して、その結果、基体材料がモールドキャビティの壁に押し付けられるようにすることで形成される。発泡剤は、特定の好ましい場合には超臨界流体であり、ポリマー材料の粘度を低下させ、従って、射出圧力及び温度の低下を可能にする。射出温度及び圧力の低下は、加工の機会を広げ、基体材料の選択における柔軟性を増大させ、従来の方法において時々使用されるバリヤー層の必要を無くすことができる。本方法を使用して、様々な絵付成形物品を製造してよい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均気泡サイズ１００ミクロン未満を有する射出成形微孔質ポリマー材料と；
該微孔質ポリマー材料の表面に接着した基体と；
を含む、絵付成形物品。
【請求項２】
前記基体は単層を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記基体は布帛材料を含む、請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記基体は、厚さ０．０１インチ未満を有する単層布帛材料を含む、請求項３に記載の物品。
【請求項５】
前記基体はポリプロピレン布帛を含む、請求項３に記載の物品。
【請求項６】
前記基体はプラスチックフィルムを含む、請求項１に記載の物品。
【請求項７】
前記微孔質ポリマー材料は、いかなる残留化学発泡剤も化学発泡剤の反応副産物も本質的に含まない、請求項１に記載の物品。
【請求項８】
前記基体は、外部接着剤の無い状態で前記微孔質ポリマー材料の表面に接着する、請求項１に記載の物品。
【請求項９】
前記微孔質ポリマー材料はある軟化温度を有し、前記基体は、前記微孔質ポリマー材料の軟化温度から２０℃以内の軟化温度を有するポリマーを含む、請求項１に記載の物品。
【請求項１０】
前記基体は、前記微孔質ポリマー材料の軟化温度から１０℃以内の軟化温度を有するポリマーを含む、請求項９に記載の物品。
【請求項１１】
前記基体は、前記微孔質ポリマー材料の軟化温度に実質的に等しい軟化温度を有するポリマーを含む、請求項１０に記載の物品。
【請求項１２】
前記ポリマー材料はポリプロピレンを含み、前記基体はポリプロピレンを含む、請求項１に記載の物品。
【請求項１３】
前記ポリマー材料はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンを含み、前記基体はポリスチレンを含む、請求項１に記載の物品。
【請求項１４】
前記微孔質ポリマー材料は空隙率約０．５０未満を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１５】
微孔質ポリマー材料物品は空隙率約０．０５〜約０．３０を有する、請求項１４に記載の物品。
【請求項１６】
前記物品は厚さ０．１インチ未満を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１７】
前記物品は少なくとも約５０：１の長さ対厚さ比を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１８】
前記物品は少なくとも約１００：１の長さ対厚さ比を有する、請求項１７に記載の物品。
【請求項１９】
前記物品は少なくとも約２００：１の長さ対厚さ比を有する、請求項１８に記載の物品。
【請求項２０】
前記微孔質ポリマー材料は平均気泡サイズ約５０ミクロン未満を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項２１】
前記微孔質ポリマー材料は平均気泡サイズ約２５ミクロン未満を有する、請求項２０に記載の物品。
【請求項２２】
前記基体は装飾的特徴を含む、請求項１に記載の物品。
【請求項２３】
前記基体は、前記微孔質ポリマー材料の第１の面全体を被覆する、請求項１に記載の物品。
【請求項２４】
気泡の総数の少なくとも７０％は気泡サイズ１５０ミクロン未満を有する射出成形ポリマー発泡体材料と；
該ポリマー発泡体材料の表面に接着した基体と；
を含む、絵付成形物品。
【請求項２５】
前記基体は単層を含む、請求項２４に記載の物品。
【請求項２６】
前記基体は、厚さ０．０１インチ未満を有する単層布帛材料を含む、請求項２４に記載の物品。
【請求項２７】
前記微孔質ポリマー材料は、いかなる残留化学発泡剤も化学発泡剤の反応副産物も本質的に含まない、請求項２４に記載の物品。
【請求項２８】
射出成形ポリマー材料と；
該ポリマー材料の表面に接着した単層布帛基体と；
を含む、絵付成形物品。
【請求項２９】
前記ポリマー材料はポリマー発泡体を含む、請求項２８に記載の物品。
【請求項３０】
前記単層布帛基体は厚さ０．０１インチ未満を有する、請求項２８に記載の物品。
【請求項３１】
ある軟化温度を有する射出成形ポリマー材料と；
該射出成形ポリマー材料の表面に接着した基体と；を含み、
該基体は、ある軟化温度を有するポリマーを含む、絵付成形物品において、
前記射出成形ポリマー材料の軟化温度は、前記基体のポリマーの軟化温度から２０℃以内にある、絵付成形物品。
【請求項３２】
前記基体は、前記微孔質ポリマー材料の軟化温度から１０℃以内の軟化温度を有するポリマーを含む、請求項３１に記載の物品。
【請求項３３】
前記基体は、前記微孔質ポリマー材料の軟化温度に実質的に等しい軟化温度を有するポリマーを含む、請求項３１に記載の物品。
【請求項３４】
流体ポリマー材料を基体に押し付けて成形することと；
前記流体ポリマー材料を、平均気泡サイズ１００ミクロン未満を有する微孔質ポリマー材料として硬化させ、前記基体に接着させることと；
を含む、絵付成形物品の形成方法。
【請求項３５】
モールドキャビティ内で流体ポリマー材料を基体に押し付けて成形することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
ポリマー材料と発泡剤との混合物を前記モールドキャビティ内に射出することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
物理的発泡剤を前記ポリマー材料中に導入して、ポリマー材料と発泡剤との前記混合物を形成することをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記発泡剤が超臨界流体である条件下で前記発泡剤と前記ポリマー材料とを混合することを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記発泡剤は二酸化炭素を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記発泡剤は窒素を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
ポリマー材料と発泡剤との単一相溶液を前記モールドキャビティ内に射出することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
基体材料は単層を有する、請求項３４に記載の方法。
【請求項４３】
前記基体は布帛材料を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４４】
前記基体は、厚さ０．０１インチ未満を有する単層布帛材料を含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記基体はプラスチックフィルムを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４６】
前記ポリマー材料はポリプロピレンを含み、前記基体はポリプロピレンを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４７】
前記ポリマー材料はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンを含み、前記基体はポリスチレンを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４８】
前記微孔質ポリマー材料は平均気泡サイズ約５０ミクロン未満を有する、請求項３４に記載の方法。
【請求項４９】
基体材料をモールドキャビティ内に位置決めすることと；
物理的発泡剤をポリマー加工装置中のポリマー材料中に導入することと；
前記発泡剤が超臨界流体である条件下で前記発泡剤と前記ポリマー材料とを混合することと；
ポリマー材料と発泡剤との混合物を前記モールドキャビティ内に射出することと；
を含む、絵付成形物品の形成方法。
【請求項５０】
微孔質ポリマー材料と該微孔質ポリマー材料の表面に接着した前記基体材料とを含む絵付成形物品を形成することをさらに含み、前記微孔質ポリマー材料は平均気泡サイズ１００ミクロン未満を有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
中実ポリマー材料と該中実ポリマー材料の表面に接着した前記基体材料とを含む絵付成形物品を形成することをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記発泡剤は二酸化炭素を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
前記発泡剤は窒素を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５４】
ポリマー材料と発泡剤との単一相溶液を前記モールドキャビティ内に射出することを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５５】
前記基体材料は単層を有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５６】
前記基体は布帛材料を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５７】
前記基体は、厚さ０．０１０インチ未満を有する単層布帛材料を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記基体はプラスチックフィルムを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５９】
押出機と、金型と、該金型のキャビティ内に配置した基体とを含むポリマー成形システムであって、発泡剤を含まない溶融ポリマー材料を最小射出圧力で前記押出機からモールドキャビティ中に送出すために、また、前記ポリマー材料を前記金型中で固化して、ポリマー材料部分の表面に接着した前記基体を有する絵付成形物品を形成するために組み立てられ配置されている前記システムを用意することと；
発泡剤と混和したポリマー材料を最小射出圧力の９５％未満の射出圧力で前記押出機から前記モールドキャビティ中に送出すことと、前記ポリマー材料を前記金型中で固化して、ポリマー材料部分の表面に接着した前記基体を有する絵付成形物品を形成することと；
を含む、絵付成形物品の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般にポリマー材料の射出成形に関し、より詳細には絵付成形物品及び該物品の製造方法に関する。
【０００２】
発明の背景
ポリマー材料を加工して、多数の様々な形状及びサイズを有する物品を形成することができる。従来のポリマー加工手法としては、射出成形、押出し、及びブロー成形が挙げられる。射出成形は一般には、溶融プラスチックをモールドキャビティ内に射出することと、溶融プラスチックを冷却することと、金型を開いて、モールドキャビティと同様の形状を有する射出成形物品を製造することとを含む。
【０００３】
場合によっては、基体材料をポリマー物品の外表面に接着させるのが望ましいことがある。このような基体を使用して、物品の外観を向上させる及び／または物品の特性（例えば、こわさ）を改良することができる。模範的な基体材料としてはフィルム及び布帛が挙げられる。
【０００４】
絵付成形手法は、物品の表面に接着した基体を含む成形物品を製造するものである。こうした手法は一般的には、基体をモールドキャビティ内に置いて、その結果、金型内に射出された溶融ポリマーが基体材料を金型の壁に押し付けるようにすることを含む。ポリマーは冷却すると基体材料に接着する。金型を開いて、外表面に基体を有する成形物品を製造することができる。
【０００５】
従来の絵付成形手法は一般的には、溶融ポリマーを高温及び高圧で金型内に射出して、適切な充填及び／またはプラスチック成形物品への基体の十分な接着を確実にすることを含む。しかしながら、こうした条件は、特定のタイプの基体を損傷することがある。例えば、フィルム基体は、高温の結果として収縮するかまたは割れることがある。その上、布帛基体を使用する場合、高い射出圧力の結果としてポリマーが布帛を通してしみ出すのを防ぐためにバリヤー層が必要なことがある。バリヤー層は射出成形物品を製造する費用を増大させることがあり、また、ポリマー材料への布帛の接着を低下させることがある。
【０００６】
従って、改良された絵付成形物品及び該物品の製造方法に対する必要が存在する。
発明の要約
本発明は、絵付成形物品及び該物品の形成方法を提供する。本絵付成形物品は、ポリマー部分の表面に接着した基体材料を有するポリマー部分を含む。基体材料は、例えばフィルムまたは布帛としてよい。幾つかの実施例においては、ポリマー部分は、発泡体、特に微孔質ポリマー材料としてよい。本物品は、発泡剤とポリマー材料との混合物を、基体材料を内部に配置したモールドキャビティ内に射出して、その結果、基体材料がモールドキャビティの壁に押し付けられるようにすることで形成される。発泡剤は、特定の好ましい場合には超臨界流体であり、ポリマー材料の粘度を低下させ、従って、射出圧力及び温度の低下を可能にする。射出温度及び圧力の低下は、加工の機会を広げ、基体材料の選択における柔軟性を増大させ、従来の方法において時々使用されるバリヤー層の必要を無くすことができる。本方法を使用して、様々な絵付成形物品を製造してよい。
【０００７】
１態様においては、本発明は、絵付成形物品を提供する。この物品は、平均気泡サイズ１００ミクロン未満を有する射出成形微孔質ポリマー材料と微孔質ポリマー材料の表面に接着した基体とを含む。
【０００８】
別の態様においては、本発明は、絵付成形物品を提供する。この物品は、気泡の総数の少なくとも７０％は気泡サイズ１５０ミクロン未満を有する射出成形ポリマー発泡体材料とポリマー発泡体材料の表面に接着した基体とを含む。
【０００９】
別の態様においては、本発明は、絵付成形物品を提供する。この物品は、射出成形ポリマー材料とポリマー材料の表面に接着した単層布帛基体とを含む。
別の態様においては、本発明は、絵付成形物品を提供する。この物品は、ある軟化温度を有する射出成形ポリマー材料と射出成形ポリマー材料の表面に接着した基体とを含む。基体は、射出成形ポリマー材料の軟化温度から２０℃以内の軟化温度を有するポリマーを含む。
【００１０】
別の態様においては、本発明は、絵付成形物品の形成方法を提供する。この方法は、流体ポリマー材料を基体に押し付けて成形することと、流体ポリマー材料を、平均気泡サイズ１００ミクロン未満を有する微孔質ポリマー材料として硬化させ、基体に接着させることとを含む。
【００１１】
別の態様においては、本発明は、絵付成形物品の形成方法を提供する。この方法は、基体材料をモールドキャビティ内に位置決めすることと、物理的発泡剤をポリマー加工装置中のポリマー材料中に導入することとを含む。この方法は、発泡剤が超臨界流体である条件下で発泡剤とポリマー材料とを混合することと、ポリマー材料と発泡剤との混合物をモールドキャビティ内に射出することとをさらに含む。
【００１２】
別の態様においては、本発明は、絵付成形物品の形成方法を提供する。この方法は、押出機と、金型と、金型のキャビティ内に配置した基体とを含むポリマー成形システムを用意することを含む。このシステムは、発泡剤を含まない溶融ポリマー材料を最小射出圧力で押出機からモールドキャビティ中に送出すために、また、ポリマー材料を金型中で固化して、ポリマー材料部分の表面に接着した基体を有する絵付成形物品を形成するために組み立てられ配置されている。この方法は、発泡剤と混和したポリマー材料を最小射出圧力の９５％未満の射出圧力で押出機からモールドキャビティ中に送出すことと、ポリマー材料を金型中で固化して、ポリマー材料部分の表面に接着した基体を有する絵付成形物品を形成することとをさらに含む。
【００１３】
本発明の他の利点、態様、及び特徴は、本発明の以下の詳細な説明を添付図面と共に検討することによって明瞭になろう。
詳細な説明
本発明は、絵付成形物品及び該物品の製造方法を提供する。本方法は、発泡剤をポリマー加工装置中のポリマー材料中に導入して、ポリマー材料と比較して低下した粘度を有する発泡剤とポリマー材料との混合物を形成することを含む。混合物を、基体材料を内部に位置決めしたモールドキャビティ内に射出する。基体を金型の壁に押し付け、混合物を冷却して、物品のポリマー部分を被覆する基体を有する絵付成形物品を形成する。下記にさらに説明するように、本物品のポリマー部分は、ポリマー発泡体、特に微孔質ポリマー材料としてよい。
【００１４】
図１Ａ〜１Ｃを参照して説明する。射出成形システム１０を使用して、本発明の１方法に従って絵付成形物品を製造する。成形システム１０の押出機１２は、スクリューとバレルとの間に規定されるポリマー加工空間２０内を下流方向１８にポリマー材料を搬送するようにバレル１６内で回転できるポリマー加工スクリュー１４を含む。下記にさらに説明するように、発泡剤の源２２を、バレル内に形成された発泡剤ポート２４と連結させて、発泡剤をポリマー材料中に導入する。押出機１２は、基体材料３０を内部に位置決めした射出成形用金型２８と連結した押出機の出口２６、例えばゲートを含む。
【００１５】
一般に、射出成形システム１０は周期的に作動して、一連の絵付成形物品を製造する。図１Ａに示すように、典型的な成形サイクルの開始時には、スクリュー１４は、バレル１６の下流端部３２に位置決めされる。ポリマー材料は典型的にはペレット化形態であり、ホッパ３４からオリフィス３６を通してポリマー加工空間２０に供給される。バレル１６を１つ以上の発熱体３７によって加熱してよい。スクリュー１４は回転してポリマー材料を可塑化し、下流方向１８にポリマー材料を搬送する。発泡剤を源２２から発泡剤ポート２４を通してポリマー材料中に導入して、加工空間２０中で発泡剤とポリマー材料との混合物を形成する。混合物を、回転するスクリューによって下流に搬送し、バレル内のスクリューの下流の領域３８中に蓄積する。領域３８中での混合物の蓄積は、スクリューをバレル中で軸方向に上流方向に押しやる圧力を生じる。混合物の十分な装填物が蓄積された後に、スクリュー１４は回転を止め、上流方向への移動を止める（図１Ｂ）。好ましくは、スクリューがポリマー材料をもはや可塑化しなくなった時に、ポリマー材料中への発泡剤の流れを、例えば、発泡剤ポートに関連した遮断弁４０の作動によって止めてよい。次に、スクリューを軸方向に下流方向にバレルの下流端部３２にまで移動させて（図１Ｃ）、混合物の蓄積した装填物を、押出機の出口２６を通して金型２８のキャビティ３３内に射出する。押出機の出口に関連した弁４２は一般的には開いて、混合物が金型中に流れ込むことを可能にする。射出された混合物は、基体３０を金型の壁４４に押し付ける。ポリマー材料と発泡剤との混合物を金型中で冷却し、その後金型を開いて、成形ポリマー部分と一体で形成された基体を有する絵付成形物品６０（図３）を製造する。
【００１６】
幾つかの実施例においては、特に絵付成形物品のポリマー部分が微孔質材料である場合、ポリマー材料と発泡剤との単一相溶液をポリマー加工空間２０内で形成して、溶液を金型２８内に射出するまで単一相状態を維持するのが好ましいことがある。
【００１７】
単一相溶液の形成を助けるために、発泡剤の導入を、バレル中に配置された複数の発泡剤ポート２４を通して行ってよいが、また単一のポートを利用して単一相溶液を形成してよいことは理解されるはずである。多数のポート２４を利用する場合、ポートを、バレルの周囲に放射状にまたはバレルの軸の長手方向に直線状に配置することができる。バレルの長手方向にポートを配置することで、ポリマー材料と発泡剤との混合物が蓄積するにつれてスクリューがバレル内を軸方向に（上流方向に）移動する時にスクリューに対して比較的に一定の位置で発泡剤を射出することを促進することができる。放射状に配置されたポートを使用する場合、ポート２４を、押出機バレルの周囲の１２：００時、３：００時、６：００時及び９：００時の位置に置いてよく、または所望の任意の他の形状としてよい。発泡剤ポート２４は単一のオリフィスまたは複数のオリフィスを含んでよい。多数のオリフィスの実施例（図示せず）においては、ポートは、少なくとも約２、ある場合には少なくとも約４、他の場合には少なくとも約１０、他の場合には少なくとも約４０、他の場合には少なくとも約１００、他の場合には少なくとも約３００、他の場合には少なくとも約５００、さらに他の場合には少なくとも約７００の発泡剤オリフィスを含んでよい。別の実施例においては、ポート２４は、発泡剤が中を通ってバレル中に流れ込むことを可能にする多孔質材料を含むオリフィスを含み、複数の個別のオリフィスを機械加工する必要が無い。
【００１８】
単一相溶液の形成をさらに促進するために、発泡剤ポート２４を、スクリューの発泡剤射出セクション４６に位置させてよい。スクリューの発泡剤射出セクションは、フルでかつ連続なフライト経路（ｆｕｌｌ， ｕｎｂｒｏｋｅｎ ｆｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ）を含んでよい。このようにして、各フライトは、スクリューが回転している時に、オリフィスを含む発泡剤ポートを周期的に通過するかまたは“拭う”。このように拭うことで、押出機中での発泡剤とポリマー材料との迅速な混合を向上させ、結果は、バレル内に射出した直後でかつ何らかの混合の前のポリマー材料中の比較的に微細に分割され分離された発泡剤の領域の分布である。これは、微孔質加工を含む特定のタイプのポリマー加工において望ましいことがあるポリマーと発泡剤との均一な混合物の形成を促進する。発泡剤射出セクションの下流において、スクリューは、ポリマーと発泡剤との混合物をさらに混合して単一相溶液の形成を促進する高度に不連続なフライトを有する混合セクション４８を含んでよい。
【００１９】
ポリマー材料と発泡剤との単一相溶液を形成する幾つかの実施例においては、金型２８内に射出する際に溶液を核形成するのが好ましいことがある。核形成を、例えば、核形成通路として機能する出口２６（例えば、ゲート）を溶液が通過する際に起きる圧力低下によって実現する。溶液中の核形成したサイトは金型内で成長して気泡となって、ポリマー発泡体材料を形成する。場合によっては、本明細書において参考のために引用する国際公開ＷＯ ９８／３１５２１（Ｐｉｅｒｉｃｋ ｅｔ． ａｌ．）に説明されているように、気泡核形成速度及び成長を制御して、微孔質ポリマー材料を形成することができる。特に特定の場合には、例えば０．１ＧＰａ／ｓを超える高い圧力低下速度を提供する核形成通路（例えば、ゲート）を利用して微孔質材料を形成してよい。
【００２０】
射出成形システム１０は、従来技術において周知の任意の適切なタイプとしてよいことは理解されるはずである。適切な射出成形システムの例は、特に微孔質ポリマー材料を製造する場合、例えば上記に参照した国際公開ＷＯ ９８／３１５２１（Ｐｉｅｒｉｃｋ ｅｔ． ａｌ．）に説明されている。同様に、本発明の絵付成形方法及び射出成形システム１０は、当業者には周知の任意の数の変形例を有してよい。例えば、本方法及びシステムは、バレルの外部の別個のアキュムレータを利用して、金型内に射出する前にポリマー材料と発泡剤との混合物を蓄積してよい。本方法及びシステムはまた、一次及び二次押出機を有するタンデム押出機を使用してよい。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｂを参照して説明する。基体材料３０を、本発明の１実施例による連続シートとして提供する。成形サイクルの開始時に、第１の金型半体５０を第２の金型半体５２から分離させて、その間に空間５４を提供する（図２Ａ）。基体材料の連続シート３０は、送出しロール５６から空間５４を通って巻取りロール５８にまで延在する。金型の両半体５０、５２を連続シートの周辺部分で閉じて、基体３０がモールドキャビティ３３を横切って保持されるようにする（図２Ｂ）。上記に説明したように、ポリマー材料と発泡剤との混合物をモールドキャビティ３３内に射出し、十分に冷却し、その後、金型の両半体５０、５２を分離させると、物品を金型から除去できる。ロール５６、５８は、金型の両半体の間に連続シートの新たな部分を提供するように作動し、プロセスを繰り返してさらに絵付成形物品を製造する。
【００２２】
基体３０を、当業者には周知の任意の他の手法に従って提供してよいことは理解されるはずである。例えば、基体材料の個別のシートを、各成形サイクル後にモールドキャビティ３３内に位置決めしてよい。また、基体３０は、モールドキャビティ３３の一部分のみを横切って延在して、物品表面の選択された領域を被覆する基体材料を有する絵付成形物品を提供してよい。
【００２３】
本発明の方法においては、物理的発泡剤をポリマー材料中に導入することで、ポリマー材料の粘度を低下させる。粘度の低下は、金型中への混合物の流れを改良し、装飾された物品を比較的に低い射出温度及び圧力で成形することを可能にすることができる。本明細書において使用する“射出圧力”を、モールドキャビティに入るポリマー材料の圧力と定義する。射出圧力はまた、本明細書において使用する“液圧”に関連し、液圧を、成形サイクルの射出期間の最中にスクリューを前方に押す力を提供するために使用する流体（例えば、油）の圧力と定義する。従って、本発明の方法はまた液圧の低下を提供する。本明細書において使用する“射出温度”を、モールドキャビティに入るポリマー材料の融解温度と定義する。従来の絵付成形法は一般に、金型に適切に充填し、場合によっては基体に十分に含浸させてポリマー材料と基体との間（例えば、ポリマー材料と布帛基体との間）に適切な接着を与えるために、比較的に高い射出圧力（及び液圧）及び温度を必要とする。しかしながら、高い射出圧力及び射出温度は基体を損傷することがあり、従って適切な基体のタイプを制限し得る。必要な射出温度及び圧力を下げることで、本方法は、下記にさらに説明するように使用できる基体のタイプを有利に拡大する。
【００２４】
場合によっては、本方法における射出圧力は、物理的発泡剤を用いないが他の点では同様の加工条件下のポリマー材料に必要な射出圧力と比較して、少なくとも１００ｐｓｉ低下させることができる。場合によっては、射出圧力は、物理的発泡剤を用いないが同様の加工条件下のポリマー材料と比較して、少なくとも２００ｐｓｉ、他の場合には少なくとも５００ｐｓｉ、さらに他の場合には少なくとも１０００ｐｓｉ低下する。場合によっては、本方法における射出圧力は、物理的発泡剤を用いないが他の点では同様の加工条件下のポリマー材料を使用して必要な射出圧力の約９５％未満、他の場合には約８０％未満、他の場合には約７０％未満としてよい。同様に、射出温度は、物理的発泡剤を用いないが他の点では同様の加工条件下のポリマー材料に必要な射出温度と比較して低下させることができる。場合によっては、射出温度は、物理的発泡剤を用いないが同様の加工条件下のポリマー材料と比較して、少なくとも１０℃、他の場合には少なくとも３０℃、他の場合には少なくとも５０℃低下する。
【００２５】
本発明の方法において利用する物理的発泡剤は、窒素、二酸化炭素、炭化水素、クロロフルオロカーボン類、貴ガス、及びその他同様なもの、またはこれらの混合物を含む従来技術において周知の任意の適切な組成を有してよい。発泡剤を、任意の流動可能な状態で、例えば、気体、液体、または超臨界流体でポリマー材料中に導入してよい。好ましくは、一旦ポリマー材料を押出機中に導入すると、発泡剤は超臨界状態となる。すなわち、押出機内の温度及び圧力条件下で、発泡剤は超臨界流体である。超臨界発泡剤は、本発明の方法にとって所望のレベルにまで粘度を低下させるのに特に有効である。１好適な実施例によれば、発泡剤は二酸化炭素である。別の好適な実施例においては、発泡剤は窒素である。特定の実施例においては、発泡剤は二酸化炭素のみまたは窒素のみである。好ましい方法においては、二酸化炭素及び窒素発泡剤は押出機内で超臨界状態である。
【００２６】
発泡剤をポリマー材料中に導入して、個々のプロセスにとって所望の重量％を有する混合物を提供してよい。発泡剤の重量％は、絵付成形物品中のポリマー材料の選択された粘度の低下及び所望の空隙率を含む多数の変数に依存し得る。一般に、混合物中の発泡剤の重量％を増大させることは、粘度をさらに低下させよう。発泡剤の％は、一般的にはポリマー材料と発泡剤との混合物の約１５重量％未満である。幾つかの実施例においては、発泡剤レベルは約８％未満であり、幾つかの実施例においては、約５％未満である。場合によっては、低い重量％の発泡剤を使用するのが好ましいことがある。例えば、発泡剤レベルを、ポリマー材料と発泡剤との混合物の約３重量％未満、他の場合には約１重量％未満、さらに他の場合には約０．１重量％未満としてよい。発泡剤の重量％はまた、使用する発泡剤のタイプに依存し得る。例えば、同じ粘度の低下を実現するためには、二酸化炭素は一般的には窒素よりも多量に加えなければならない。
【００２７】
発泡剤導入速度をポリマー材料の流量と結合して、発泡剤の所望の重量％を有する混合物を製造してよい。発泡剤を広範囲にわたる流量でポリマー材料中に導入してよい。幾つかの実施例においては、ポリマー材料中への発泡剤の質量流量は、約０．００１ｌｂ／時〜約１００ｌｂ／時、場合によっては約０．００２ｌｂ／時〜約６０ｌｂ／時、場合によっては約０．０２ｌｂ／時〜約１０ｌｂ／時としてよい。
【００２８】
図３を参照して説明する。本発明の方法に従って製造した絵付成形物品６０を概略で示す。物品６０は、ポリマー材料部分６２とポリマー材料部分の表面６６に接着した基体部分６４とを含む。上記に説明したように、基体６４をポリマー材料部分と一体成形し、従って、各部分を一緒に接着するための外部接着剤を必要としない。絵付成形物品６０を、自動車用、家具、包装、化粧用、事務機器、及び通信用途を含む任意の数の用途において使用してよい。
【００２９】
ポリマー材料部分６２は一般に、従来技術において使用される任意のタイプのポリマー材料を含んでよい。適切な材料としては、アモルファス、半結晶性、または結晶性材料としてよい熱可塑性ポリマーが挙げられる。部分６２を形成するために使用するポリマー材料の典型的な例としては、スチレンポリマー（例えば、ポリスチレン、ＡＢＳ）、ポリオレフィン類（例えば、ポリエチレン及びポリプロピレン）、フッ素ポリマー類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリエステル類及びその他同様なものが挙げられる。基体６４は一般に、絵付成形物品を形成するために従来技術において使用される任意のタイプの基体としてよい。基体材料の例としては、布帛、カーペット、シート、フィルムの例えばプラスチックフィルムまたは金属フィルム、及びその他同様なものが挙げられる。
【００３０】
本発明の方法は射出圧力及び温度を下げることを可能にするので、特定の従来の絵付成形手法の場合よりも広範囲のプラスチック材料と基体との組合せを利用してよい。例えば、特定の従来の手法を使用すると、特定のポリマー材料を加工するために必要な高温及び高圧は、特定の基体材料の損傷（例えば、歪みまたは破断）を引き起こす。本発明の方法において使用する比較的により低い温度及び圧力は、基体材料の選択に関してより大きな選択の自由を可能にする。ポリマー材料部分の軟化温度と同様の軟化温度を有するポリマー基体材料を利用してよい。例えば、基体の軟化温度はポリマー材料の軟化温度から２０℃以内、場合によってはポリマー材料の軟化温度から１０℃以内、場合によってはポリマー材料の軟化温度に実質的に等しいとしてよい。本明細書において使用する“軟化温度”を、結晶性ポリマーの場合には溶融温度（Ｔｍ）と、アモルファスプラスチックスの場合にはガラス転移温度（Ｔｇ）と定義する。幾つかの実施例においては、絵付成形物品６０は、各々が同じポリマー成分を含む基体材料６４とポリマー部分６２とを含んでよい。例えば、基体材料及びポリマー材料は各々ポリプロピレンで製造してよい。また、基体材料はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）で製造してよく、ポリマー材料はポリスチレンで製造してよい。
【００３１】
ポリマー材料部分６２は一般に、ポリマーマトリックス内に形成された複数の気泡を含む発泡体材料である。こうした場合には、発泡剤は核形成及び気泡の成長を引き起こす。しかしながら、他の場合には、プラスチック材料部分６２は、いかなる気泡も有しない中実プラスチック（ｓｏｌｉｄ ｐｌａｓｔｉｃ）としてよい。こうした場合には、発泡剤は粘度低下助剤（ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｌｏｗｅｒｉｎｇ ａｉｄ）としてのみ機能し、核形成及び気泡成長は行わない。
【００３２】
ポリマー材料部分が発泡体材料であるような実施例においては、発泡体は広範囲の空隙率を有してよい。空隙率約１％〜約９９％を有するポリマー発泡体を使用してよい。幾つかの実施例においては、空隙率５０％未満、他の場合には空隙率３０％未満、場合によっては空隙率約５％〜約３０％を有するより高密度の発泡体を使用する。個々の空隙率は用途に依存しよう。
【００３３】
特定の実施例においては、プラスチック材料部分は微孔質材料としてよい。微孔質発泡体または微孔質材料は、小さな気泡サイズ及び高い気泡密度を有する。本明細書において使用する“気泡密度”という用語を、気泡数／元の非発泡ポリマー材料の立方センチメートルと定義する。幾つかの実施例においては、微孔質材料は平均気泡サイズ１００ミクロン未満を有し；他の実施例においては平均気泡サイズ７５ミクロン未満；他の実施例においては平均気泡サイズ５０ミクロン未満；他の実施例においては平均気泡サイズ２５ミクロン未満；さらに他の実施例においては平均気泡サイズ１０ミクロン未満を有する。こうした微孔質実施例の幾つかにおいては、気泡サイズは均一としてよいが、少数の気泡は、かなりより大きなまたはより小さな気泡サイズを有してよい。場合によっては、微孔質材料は、１０６気泡／ｃｍ３を超える気泡密度を有し、他の場合には１０７気泡／ｃｍ３を超え、他の場合には１０８気泡／ｃｍ３を超え、他の場合には１０９気泡／ｃｍ３を超える。
【００３４】
別の組の実施例においては、絵付成形物品６０は、ポリマー部分中の気泡の総数の少なくとも７０％は気泡サイズ１５０ミクロン未満を有するポリマー発泡体部分６２を含む。幾つかの実施例においては、気泡の総数の少なくとも８０％、他の場合には少なくとも９０％、他の場合には少なくとも９５％、他の場合には少なくとも９９％は気泡サイズ１５０ミクロン未満を有する。他の実施例においては、気泡の総数の少なくとも３０％は気泡サイズ８００ミクロン未満、より好ましくは５００ミクロン未満、より好ましくは２００ミクロン未満を有する発泡体部分を提供してよい。
【００３５】
特定の場合には、ポリマー材料部分６２は、不均一な気泡サイズを有する発泡体としてよい。こうした場合の幾つかでは、部分６２の領域によって異なるサイズの気泡を有してよい。例えば、部分６２の縁部領域は一般に、部分６２の内部領域よりも小さな気泡サイズを有してよい。
【００３６】
ポリマー材料部分６２を、上記に説明したように物理的発泡剤を使用して加工し、従って一般に残留化学発泡剤も化学発泡剤の反応副産物も含まない。所望により、ポリマー材料は、タルクまたは炭酸カルシウムのような核形成剤を含んでよい。他の実施例においては、ポリマー材料部分６２は核形成剤を含まなくてもよい。ポリマー材料部分６２はまた、従来技術において周知の任意の数の他の添加剤の例えば滑剤、可塑剤、着色剤、充填剤及びその他同様なものを含んでよい。
【００３７】
ポリマー材料部分６２を、個々の用途に依存して広く様々な厚さで形成してよい。場合によっては、厚さは０．５インチ未満としてよい。他の場合には、比較的に薄いポリマー材料部分を製造し、例えば厚さ０．２インチ未満を有し、他の場合には０．１インチ未満を有する。発泡剤を加えることによるポリマー材料の粘度の低下は、薄いポリマー材料部分及び大きな長さ対厚さ比（ｌ／ｔ）を有するポリマー部分の形成を可能にする。本明細書において使用する“ｌ／ｔ比”を、金型中の射出位置（ゲート）から延在するポリマー部分の断面の突出しの長さ対この長さ全体にわたる平均厚さの比と定義する。場合によっては、ポリマー材料部分は、５０：１を超えるｌ／ｔ比を有し、他の場合には１００：１を超え、さらに他の場合には２００：１を超える。
【００３８】
基体部分６４は、従来技術において使用されるタイプのいずれのものでもよく、絵付成形物品の個々の用途を考慮して選択される。基体部分６４は、装飾的特徴（ｄｅｃｏｒａｔｉｖｅ ｆｅａｔｕｒｅ）の例えば意匠、印刷、または他の印を含んでよい。場合によっては、装飾的特徴は、基体表面に適用するインクを使用して形成される。他の場合には、装飾的特徴は、成形プロセスの最中に作り出される。基体部分６４は、着色されているもの、透明なもの、光沢のあるもの、及びその他同様なものとしてよい。基体が布帛である場合、従来技術において周知の任意の布帛パターンを有してよい。
【００３９】
望ましい場合には、基体が布帛材料である場合でさえも基体部分６４は単層のみを含んでよい。こうした実施例においては、追加の層（例えば、別個のバリヤー層または裏当て層）が、布帛基体部分６４をポリマー材料部分６２から分離することはない。従来の手法は一般に、典型的な射出条件下でポリマーがしみ出すのを防ぐバリヤー層の例えば編み目の細かい織物（ｆｉｎｅｌｙ ｋｎｉｔ ｔｅｘｔｉｌｅ）またはプラスチック層を用いる。上記に説明したように本方法においては低圧を利用してよいので、このようなバリヤー層は必要ない。布帛基体を利用する場合でさえも、基体部分６４もまた薄くしてよい。例えば、基体部分６４は厚さ０．０１インチ未満を有してよい。
【００４０】
本発明の上述の及び他の実施例の機能及び利点は、下記の実施例からより十分に理解できよう。以下の実施例は本発明の恩典を説明するためのものであり、本発明の全範囲を例示するものではない。
実施例１：ポリマー部分と布帛基体とを含む絵付成形物品の製造
射出成形機（エンゲル（Ｅｎｇｅｌ）−５００トン）を改造して、図１Ａ〜１Ｃに示すシステムと同様の形状を有するようにした。２キャビティピラー金型を使用した。金型は、３つのゲート／キャビティと９つの制御帯域を有するホットランナーシステムとを含んだ。
【００４１】
不織木綿裏当てを有するスエード層を含む布帛を、各モールドキャビティ内に置いた。スエード層は厚さ約０．８５０インチを有し、裏当ては厚さ約０．１６０インチを有して、総布帛厚さ約０．２４５インチを与えた。ＰＣ／ＡＢＳ組成物（ＧＥプラスチックス  サイコロイ  ＭＣ  ２２３１（ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｃｙｃｏｌｏｙ ＭＣ ２２３１））を有するポリマーペレットを、ホッパを使用して成形機に供給した。様々に異なる発泡剤条件、ゲート形状、射出速度、バレル温度、及び液圧を使用して試行した。条件を表１に要約する。
【００４２】
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布帛基体に接着したポリマーＡＢＳ／ＰＣ部分を有する絵付成形自動車用ピラーを製造した。ピラーは、湾曲した横断面、長さ約２４インチ、厚さ約０．１０インチを有した。発泡剤（ＣＯ２及びＮ２）を使用して製造した絵付成形物品は、空隙率約０．０５〜０．１４を有した。
【００４３】
発泡剤を使用することで、絵付成形物品を製造するために使用した液圧及びバレル温度を低下させた。液圧の低下は射出圧力の低下を表し、バレル温度の低下は射出温度の低下を表した。固定した発泡剤の％において、別の状況では液圧が増大することが予想されると思われるような、射出速度が増大している間でさえも、液圧の低下を実現した。
【００４４】
この実施例は、低い射出圧力及び温度で絵付成形物品を製造するための、本発明の方法の有効性を示す。
実施例２：バリヤー層を有さずポリマー材料と布帛基体とを含む絵付成形物品の製造
射出成形機（ミラクロン（Ｍｉｌａｃｒｏｎ）−４００トン）を改造して、図１Ａ〜１Ｃに示すシステムと同様の形状を有するようにした。ピラー金型を使用した。金型は、３つのゲートと６つの制御帯域を有するホットランナーシステムとを含んだ。１つのゲートのみを実験において利用した。
【００４５】
裏当ても別個のバリヤー層も有しない単層ポリプロピレン布帛を、モールドキャビティ内に置いた。布帛は厚さ約０．０１０インチを有した。２０重量％のタルクを含むＰＰ組成物（ミツイ・プラスチックス  ＴＳ０Ｐ５、３０  ＭＦＲ（Ｍｉｔｓｕｉ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ＴＳ０Ｐ５， ３０ ＭＦＲ））を有するポリマーペレットを、ホッパを使用して成形機に供給した。様々な発泡剤条件、バレル温度、及び液圧を使用して試行した。条件を表２に要約する。
【００４６】
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発泡剤を使用しない場合、ポリマー材料は布帛基体を通してしみ出した。従って、発泡剤を用いずに製造した絵付成形物品は、許容不可能だった。
【００４７】
布帛基体に接着したポリマーＰＰ部分を有する絵付成形自動車用ピラーを、発泡剤（Ｎ２）を使用して製造した。発泡剤を使用した場合、ポリマー材料は布帛を通してしみ出さなかった。ピラーは、湾曲した横断面、長さ約３０インチ、厚さ約０．２０インチを有した。発泡剤（Ｎ２）を使用して製造したピラーは、空隙率約０．１４を有した。発泡剤（Ｎ２）を使用して製造した絵付成形ピラーのポリマー部分は、平均気泡サイズ約５０ミクロンを有する微孔質材料だった。図４は、絵付成形物品の微孔質材料の典型的な横断面の微細構造を示すＳＥＭ写真である。
【００４８】
発泡剤を使用することで、絵付成形物品を製造するために使用した液圧及びバレル温度を低下させた。液圧の低下は射出圧力の低下を表し、バレル温度の低下は射出温度の低下を表した。
【００４９】
この実施例は、射出圧力及び温度の低下によって、バリヤー層を有しない単一布帛基体を含む絵付成形物品を製造するための、本発明の方法の有効性を示す。その上、この実施例は、微孔質ポリマー部分を含む絵付成形物品の製造を示す。
【００５０】
当業者であれば、本明細書において列記した全てのパラメータは模範例とするためのものであり、実際のパラメータは、本発明の方法と物品とを使用する具体的な適用によって決まると思われることは容易に了解できると思われる。従って、上述の実施例は一例としてのみ提出し、添付の請求の範囲及びその同等なものの範囲内で、本発明は、具体的に説明したものとは異なって実施してよいことは理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１Ａは、本発明の方法に従って絵付成形物品を製造するために使用する成形サイクルの開始時の射出成形システムを概略で示す。
図１Ｂは、ポリマー材料及び発泡剤の装填物が蓄積された後の図１Ａの射出成形システムを概略で示す。
図１Ｃは、絵付成形物品を形成するためにポリマー材料及び発泡剤の装填物が金型内に射出された後の図１Ａの射出成形システムを概略で示す。
【図２】
図２Ａは、金型を開いた場合の、射出成形用金型と基体材料の連続シートを金型に提供するためのアセンブリとを概略で示す。
図２Ｂは、金型を閉じた場合の、射出成形用金型と基体材料の連続シートを金型に提供するためのアセンブリとを概略で示す。
【図３】
本発明の１実施例による絵付成形物品を概略で示す。
【図４】
実施例１において製造した絵付成形物品のポリマー材料部分の微細構造のＳＥＭ写真である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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