(57)【要約】【課題】スワールマークと呼ばれるガス状痕が生じることもなく、表面性状が高品質である発泡成形品を安定して製造することができる発泡成形品の射出発泡成形方法を提供することを目的としている。【解決手段】金型内に熱可塑性樹脂と化学発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を射出して、内部に発泡構造を有しかつ表面が非発泡な樹脂成形品を得る射出成形方法において、前記発泡性樹脂組成物の射出開始までに金型型面の温度を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より６５℃以上高温に昇温し、この温度を保持した状態で射出を開始するとともに、射出開始後に、射出完了時の金型型面の温度が前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より４０℃以上低温となるように金型を冷却することを特徴としている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型内に熱可塑性樹脂と化学発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を射出して、内部に発泡構造を有しかつ表面が非発泡な樹脂成形品を得る射出発泡成形方法において、前記発泡性樹脂組成物の射出開始までに金型型面の温度を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より６５℃以上高温に昇温し、この温度を保持した状態で射出を開始するとともに、射出開始後に、射出完了時の金型型面の温度が前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より４０℃以上低温となるように金型を冷却することを特徴とする発泡成形品の射出発泡成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出発泡成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコンなどの情報機器、家電、ＯＡ機器などの筐体や自動車などの内装品は、熱可塑性樹脂成形品が用いられている。これらの熱可塑性樹脂成形品は、表面外観に優れているだけでなく、近年、軽量化を必要とされてきている。このような要望に対して、熱可塑性樹脂成形品の厚みを薄くしたり、発泡させたりすることにより、軽量化が図れられようとしている。
【０００３】
発泡成形品を製造する方法としては、従来、２種類の発泡射出成形方法が考えられている。1つは、アゾ化合物や炭酸水素ナトリウム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を与えることにより熱分解ガスを発生させ、熱可塑性樹脂に溶解・混練させ、この溶融樹脂を発泡させる方法である。もう1つは、窒素や炭酸ガスなどのガスを物理発泡剤として溶融状態にある熱可塑性樹脂に溶解させ、その後、この溶融樹脂を発泡させる方法である。
また、軽量化とともに、表面の強度が高いあるいは表面の平滑性に優れた成形品とするために、表面が非発泡または平滑で、内部が発泡している射出成形品を得るようにできる方法として、断熱金型を用いる方法（特許文献１参照）、一般にカウンタープレッシャー法と呼ばれる成形方法（特許文献２，３参照）も提案されている。
【０００４】
しかし、上記断熱金型とは、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を示し、発泡性の溶融樹脂を金型キャビティに射出することにより成形品の表面が非発泡または平滑で内部が発泡している成形品を得ることが可能だと言われているが、上記のように被覆層によって金型の耐久性低下を招く恐れがある。
一方、カウンタープレッシャー法は、発泡剤を溶解させた発泡性溶融樹脂を発泡圧力よりも高い圧力で加圧した金型キャビティに射出することで、表面が非発泡な成形品またはスワールマークのない成形品が得られ、その後、金型キャビティの容積を拡大することで成形品の内部を発泡させる発泡射出成形方法であるが、この方法では、高い圧力で加圧した金型内のガスが樹脂の流動を妨げたり、転写不良やヒケなどの発泡不良が発生する。特に、特許文献２に記載の方法では、金型内のガスを開放する特徴を持っているが、ガスを開放するタイミングや開放するガス量などの調整が難しく、金型キャビティに大気圧以上のガスが残存している可能性が高く、その残存しているガスが転写不良やヒケなどの発泡不良を招く恐れが高い。
【０００５】
他方、出来上がった成形品の表面にスワールマークと呼ばれるガス状痕が生じることもなく、表面性状が高品質であり、金型からの離型を容易化するために、金型内に瞬間的に金型の温度を上昇・制御できる装置を付加した加熱制御金型を用い、二酸化炭素等の物理発泡剤を含む発泡性熱可塑性樹脂を金型内部に射出開始してから完了する迄の少なくとも一部の期間金型温度を熱可塑性樹脂の熱変形温度（荷重たわみ温度）より０℃〜１００℃高くしておき、射出完了後、移動型をコアバックさせ、その後、成形品の取り出し時の温度が熱変形温度より０℃〜１００℃低くなるように制御して発泡成形品を得る方法が提案されている（特許文献４参照）。
しかしながら、この方法においても表面性状の高品位な発泡成形品を安定して製造することができなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６６７５１号公報
【特許文献２】特開２００４−２１６５７８号公報
【特許文献３】特公昭６２−１６１６６号公報
【特許文献４】特開２００４−５０５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて、スワールマークと呼ばれるガス状痕が生じることもなく、表面性状が高品質である発泡成形品を安定して製造することができる発泡成形品の射出発泡成形方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の発明者は、鋭意検討を重ねた結果、上記加熱制御金型を用いた方法において、上記方法のように、発泡性熱可塑性樹脂を射出開始してから金型の温度を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より０℃〜１００℃高くするのではなく、射出開始前に金型を荷重たわみ温度より十分に高くしておけば、上記問題点が解決できるのではないかと考えた。
しかしながら、射出開始前に金型を荷重たわみ温度より十分に高くしておくだけでは、不十分であることがわかった。そこで、さらに研究を重ね、発泡剤の種類及び冷却条件をさらに精密にコントロールすれば、上記問題が解決できることがわかり、本発明を完成するに到った。
【０００９】
すなわち、本発明にかかる発泡成形品の射出成形方法は、金型内に熱可塑性樹脂と化学発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を射出して、内部に発泡構造を有しかつ表面が非発泡な樹脂成形品を得る射出発泡成形方法において、前記発泡性樹脂組成物の射出開始までに金型型面の温度を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より６５℃以上高温に昇温し、この温度を保持した状態で射出を開始するとともに、射出開始後に、射出完了時の金型型面の温度が前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より４０℃以上低温となるように金型を冷却することを特徴としている。
【００１０】
本発明において用いられる熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル− スチレン− ブタジエン共重合体（ＡＢＳ樹脂）などが挙げられ、ポリプロピレン系樹脂が好適である 。
【００１１】
これらの熱可塑性樹脂には、顔料や板状フィラーや、繊維状フィラー、針状フィラーなどの補強剤が含まれていてもよく、さらには、難燃剤、紫外線吸収剤、安定剤などの公知の添加剤を含んでいてもよい。
【００１２】
化学発泡剤としては、特に限定されないが、ニトロソ化合物、アゾ化合物、スルホニルヒドラジド化合物、アジド化合物などの有機系のものや、炭酸水素ナトリムなどの無機系のものが挙げられ、中でも、アゾ化合物及び炭酸水素ナトリムが好適である。
【００１３】
本発明においては、射出開始時に、金型の型面温度が射出される熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より６５℃以上（好ましくは、７０〜７５℃）高くなっている必要があるが、その理由は、金型の型面温度が射出される熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より６５℃以上であれば、スワールマークが生じようとしても、金型型面に接触すると瞬間的に再溶融化されるとともに、樹脂の圧力で金型に転写され、消滅するためである。
金型型面を加熱する方法としては、特に限定されるものでなく、例えば、開放状態の金型の型面近傍にヒーター等の熱源を近づけ、所定の温度にしたのち、金型を閉じる方法や、金型内に設けられた熱媒体流路に加熱媒体を流して昇温する方法がある。
【００１４】
また、本発明においては、射出完了時に金型の型面温度が射出される熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より４０℃以上（好ましくは５０〜６５℃）低くなっている必要があるが、その理由は、高速で金型温度を低下させ、成形サイクルが遅くならないようにするためである。
冷却開始のタイミングは、特に限定されないが、射出開始直後に冷却を開始することが好ましい。
【００１５】
冷却方法は、特に限定されないが、金型内に設けられた熱媒体流路に冷却媒体（以下、「冷媒」と記す）を流して冷却する方法が一般的である。
因みに、冷媒として水を用いる場合、冷媒としての水の温度は、射出完了時の型面の設定温度より５℃以上低くすることが好ましい。
また、冷媒は、熱媒体流路内を高速で流すことが必要で、冷媒として水を用いる場合、３５０〜１５００リットル/分の流速で流すことが好ましく、７５０〜１０００リットル/分の流速で流すことがより好ましい。
【００１６】
なお、金型としては、特に限定されないが、金型の熱伝導率が１０〜１００W/m/Kであり、熱媒体流路の断面積が７０〜１８０mm2であって、熱媒体流路の内壁面粗度が算術平均粗さにおいて、３〜５０μｍであることが好ましい。
すなわち、金型の熱伝導率が１０W/m/K以下では、冷媒の流速を高速にしても、効果が発現せず、１００W/m/K以上では、金型の型面温度に分布が発生し、製品の変形が発生する可能性がある。
また、熱媒体流路の断面積が７０mm2以下では、所定の冷媒の速度を出すために、冷媒を超高圧にする必要があり、１８０mm2以上では、冷媒の流速を高速にすると、金型と冷媒との熱伝達が低下し、効率的な熱の移動が困難になるおそれがある。
熱媒体流路の内壁面粗度が、３μｍ以上５０μｍ以下の場合、熱媒体流路の内壁面界面で冷媒に乱流が発生し、効率的な熱の移動が可能になる。
なお、本発明において荷重たわみ温度とは、JIS K 7191-2（Ae法）の方法によって測定された温度を意味する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる発泡成形品の射出発泡成形方法は、以上のように、金型内に熱可塑性樹脂と化学発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を射出して、内部に発泡構造を有しかつ表面が非発泡な樹脂成形品を得る射出発泡成形方法において、前記発泡性樹脂組成物の射出開始までに金型型面の温度を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より６５℃以上高温に昇温し、この温度を保持した状態で射出を開始するとともに、射出開始後に、射出完了時の金型型面の温度が前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より４０℃以上低温となるように金型を冷却するようにしたので、表面が非発泡である、または、スワールマークと呼ばれる発泡模様がない表面状態で、内部が発泡した高外観発泡射出成形品を、成形サイクルが遅くならず、生産性よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明を、その実施の形態を表す図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１〜図３は本発明にかかる発泡成形品の射出発泡成形方法に用いる金型の一例を模式的に表し、図４は金型の動きと、金型温度の変化を時系列的に対比して表している。
【００１９】
図１〜図３に示すように、金型１は、移動型２と、固定型３と、加温装置４とを備えている。
移動型２及び固定型３内部には、冷媒としての冷水が通る熱媒体流路としての冷却管５が設けられている。
また、移動型２は、金型キャビティ２１の型面２２の温度を測定する温度センサー２３を備えている。
【００２０】
冷却管５は、ポンプ６の駆動によってチラーユニット付きの冷水タンク７の冷水が冷水タンク７との間を循環し、金型１を冷却するようになっている。
ポンプ６は、ポンプ６と金型１との間に設けられた流量計８で計測された流量が所定の流量になるように吐出圧力を調整できるようになっている。
【００２１】
そして、発泡成形品は、上記金型１を用いて以下のようにして成形される。
すなわち、まず、図１及び図４に示すように、金型１を開放した状態で移動型２と固定型３との間に加温装置４を挿入し、移動型２及び固定型３の型面２２を成形しようとする熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より６５℃以上高温になるまで加熱する。
つぎに、加温装置４を移動型２と固定型３との間から取り出したのち、図２に示すように、金型１を閉じる。そして、型面温度を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より６５℃以上高い温度に保持した状態で、熱可塑性樹脂と化学発泡剤とを含む発泡性樹脂組成物を金型キャビティ２１内へ射出開始する。
また、射出開始直後にポンプ６を稼動し、冷媒を冷却管５内に流して冷却を開始し、射出完了時に型面温度を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より４０℃以上低温になるように冷却を続ける。
射出が完了したのち、コアバック待ち時間が経過したのち、移動型２を所定量の距離（L1）だけコアバックさせて、発泡性樹脂組成物を発泡させる。
その後、熱可塑性樹脂の冷却固化を待ってポンプ６を停止し、冷却を完了したのち、金型１を開き、発泡成形品を金型１から取り出す。
【００２２】
以下に、本発明の具体的な実施例を比較例と対比させて説明する。
（実施例１）
ポリプロピレン（プライムポリマー社製商品名Ｊ８３０ＨＶ、荷重たわみ温度１０５℃（測定方法：ＪＩＳＫ７１９１,試験条件０．４５MPa））１００重量部に対し、発泡剤（永和化成工業社製商品名ポリスレンＥＥ２７５Ｆ）を５重量部添加した発泡性熱可塑性樹脂組成物を用いて、以下の成形条件で、３３０ｍｍ（横）×１３０ｍｍ(縦)×２．７３ｍｍ（厚さ）、発泡倍率１．９倍の発泡成形品を成形した。
〔成形条件〕
樹脂温度：２００℃
スクリュー回転数：８０ｒｐｍ
樹脂射出時のキャビティ厚さ：１．４３mm
キャビティの大きさ：３３０ｍｍ（横）×１３０ｍｍ(縦)
コアバック時の型開き幅（L1）：１．５５mm
コアバック待ち時間：０．５秒
充填時間：２．１秒
冷却時間：４０秒
冷媒温度：２５℃
冷媒流量：１０００リットル／分
成形サイクル：４４秒
【００２３】
（実施例２）
冷媒流量を１３００リットル／分にした以外は、実施例１と同様にして発泡倍率１．９倍の発泡成形品を成形した。
【００２４】
（比較例１）
冷媒流量を２５０リットル／分にするとともに、成形サイクルを４５秒にした以外は、実施例１と同様にして発泡倍率１．９倍の発泡成形品を成形した。
【００２５】
（比較例２）
冷媒温度を１０℃にした以外は、比較例２と同様にして発泡倍率１．９倍の発泡成形品を成形した。
【００２６】
（比較例３）
射出開始時の型面温度が１６５℃となるように、金型を加熱した以外は、実施例１と同様にして発泡倍率１．９倍の発泡成形品を成形した。
【００２７】
上記実施例１，２及び比較例１〜３で得られた発泡成形品のスワールマークの有無及び変形（ひけ、そり等）の有無を目視により調べ、その結果を、温度センサーで測定された射出開始時の型面温度及び射出完了時の型面温度と併せて表１に示した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
上記表１から、射出開始までに金型型面の温度を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より６５℃以上温度に昇温し、この温度を保持した状態で射出を開始するとともに、射出開始後に、射出完了時の金型型面の温度が熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度より４０℃以上低い温度となるように金型を冷却することで、成形品の表面が非発泡またはスワールマークと呼ばれるガス状痕がなく、また、所定の成形サイクル内で、変形のない、内部が発泡した高外観発泡射出成形品が得られることがよくわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の射出発泡成形方法は、例えば、例えば、自動車の内装材、建物の内装材（例えば壁材、天井材等）、食品保管・輸送用容器などの発泡成形品を製造するのに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明にかかる発泡成形品の射出発泡成形方法に用いる金型の一例を模式的に表し、その型面加熱状態を説明する断面図である。
【図２】図１の金型の型締状態の断面図である。
【図３】図１の金型の移動型の平面図である。
【図４】金型の動きと、金型温度の変化を時系列的に対比して説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  金型
２  移動型
３  固定型
４  加温装置
５  冷却管
２１  金型キャビティ
２２  型面
２３  温度センサー
６  ポンプ
７  冷水タンク
８  流量計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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