JP5803086B2

JP5803086B2 - 発泡成形体の成形方法及び発泡成形体

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Publication number: JP5803086B2
Application number: JP2010238553A
Authority: JP
Inventors: 小野寺　正明; 正明小野寺; 武彦鷲見; 輝雄玉田; 優五十嵐; 慶詞大野
Original assignee: Kyoraku Co Ltd
Current assignee: Kyoraku Co Ltd
Priority date: 2009-10-31
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: US20110104414A1; JP2011116120A; US9193100B2

Description

本発明は、例えば、車両用空調ダクトなどに用いられる発泡成形体の成形方法及び発泡成形体に関するものである。

従来の発泡成形体の成形方法は、押出機により発泡剤と基材樹脂とを溶融混練し、これをダイスより押し出して筒状の発泡パリソンを形成し、この発泡パリソンを分割金型で挟み込み、該パリソン内部に加圧気体を吹き込んでブロー成形する、という工程を有している（特許文献１：特開昭６３−３０９４３４号公報参照）。尚、基材樹脂としては、成形体の耐熱性や剛性等を考慮して、ポリプロピレン系樹脂が用いられている。

このような従来技術では、ポリプロピレン系樹脂の発泡パリソンを押出した際に、大気に開放された気泡セルが急激に拡張される。このため、セルの表面が破泡し、発泡倍率が低下する、という問題があった。

この点、特許文献２（特許第３７４５９６０号公報）に記載の成形方法によれば、溶融張力を向上させた発泡用のポリプロピレン系樹脂を用いることで、高い発泡倍率を有する発泡成形体を得ることができる。特許文献２の成形方法では、長鎖分岐構造を導入することで、ポリプロピレン系樹脂の溶融張力を向上している。

特開昭６３−３０９４３４号公報特許第３７４５９６０号公報

しかし、上記特許文献２の発泡ブロー成形では、長鎖分岐構造を有するポリプロピレンを使用している。このため、発泡倍率を上げると、成形時に発泡樹脂の伸びが大きい部分（例えば、ブロー比の高い部分）において、ピンホールが生じやすくなるという問題がある。更に、長鎖分岐構造を有するポリプロピレンを使用した発泡成形体では、耐衝撃性が著しく低下するという問題がある。

上記の事情から、従来、成形時において発泡樹脂の伸びが大きく、且つ、発泡倍率の高い成形体を成形することが困難であった。そのため、成形時において発泡樹脂の伸びが大きい部分を含む発泡成形体であって、ピンホールがなく、軽量、且つ、断熱性、耐衝撃性に優れた成形体を得ることが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、成形時において発泡樹脂の伸びが大きくなってもピンホールが生じにくく、且つ、高い発泡倍率を有する、発泡成形体を得ることが可能な、発泡成形体の成形方法を提供することにある。また、他の目的は、成形時に発泡樹脂の伸びが大きい部分がピンホールなく成形されているとともに、軽量、且つ、断熱性、耐衝撃性に優れた発泡成形体を提供することにある。

本発明の発泡成形体の成形方法は、
ポリプロピレン系樹脂に発泡剤を混合させて、押出機によって混練するステップと、
前記押出機から押出された発泡樹脂を、圧力流体により、前記発泡成形体の最大ブロー比が０．４〜０．５となる金型に沿わせて前記発泡成形体を成形するステップと、
を有し、前記ポリプロピレン系樹脂は、前記発泡成形体の粉砕回収原料が７０重量％以上ブレンドされたものであり、２．０〜６．０（１０^-3×Ｐａ^-1）の平衡コンプライアンスを有することを特徴とする。

本発明の発泡成形体は、
ポリプロピレン系樹脂に発泡剤を混合させた発泡樹脂で形成された発泡成形体であって、
前記ポリプロピレン系樹脂は、前記発泡成形体の粉砕回収原料が７０重量％以上ブレンドされたものであり、２．０〜６．０（１０^-3×Ｐａ^-1）の平衡コンプライアンスを有しており、
最大ブロー比が０．４〜０．５であり、発泡倍率が１．５〜５．０倍であり、衝撃強度が３０ｋｇ・ｃｍ以上であることを特徴とする。

本発明の発泡成形体の成形方法によれば、成形時における発泡樹脂の伸びが大きい場合でもピンホールが生じにくく、且つ、高い発泡倍率を有する発泡成形体を得ることができる。
また、本発明の発泡成形体は、発泡樹脂の伸びが大きい部分でも、ピンホールなく成形されている。また、この成形体は、軽量であり、且つ、断熱性に優れ、更に、クラックが発生しにくい。

本発明の実施形態に係る発泡成形体としての、車両用ダクトを示す斜視図である。図１に示す車両用ダクトのＸ−Ｘ線矢視断面図である。図１に示す車両用ダクトのＹ−Ｙ線矢視断面図である。ブロー成形態様を示す断面図である。ブロー比を説明するための断面図である。中空延伸方向を説明するための斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る発泡成形体とその成形方法について、発泡成形体が車両用ダクトである場合について詳細に説明する。なお、本発明は車両用ダクトに限らず、例えば、その他の自動車部品や容器など、他の発泡成形体に適用することが出来る。

図１は、本発明の実施形態に係る発泡成形体としての、車両用ダクト１を示す斜視図である。
図１には、エアー供給口２、エアー吹き出し口３、金型の分割面に対応して成形体に残ったパーティングライン（ＰＬ）Ｌ１およびＬ２が示されている。
また、図２は、図１に示す車両用ダクト１のＸ−Ｘ線矢視断面図、図３は、Ｙ−Ｙ線矢視断面図である。
尚、図２及び図３に示す断面は、ダクトの中空延伸方向（図１において矢印Ｚで示す方向）に対して垂直な断面である。そして、図２は、ブロー比０．２の部分、図３は、ブロー比０．５の部分を示している。
ここで、ブロー比は、中空延伸方向垂直断面において、一方のパーティングラインＬ１と他方のパーティングラインＬ２とを結ぶ直線の長さＡに対する、この直線と、この直線から最も離れた内壁面との間の距離Ｂの割合（Ｂ／Ａ）である。例えば、図５に示すように、前記断面の形状に凹凸が見られる場合は、ブロー比は、０．５となる。
尚、中空延伸方向とは、成形体において中空部が延びる方向である。両端が開口するダクトにおいては、この方向は、ダクト内の通気経路と平行な方向を意味する。図６に示すように、一端のみが開口している成形体（容器など）においては、中空延伸方向は、その開口から底部に向かう方向（図６において矢印Ｚで示す方向）を意味する。
また、最大ブロー比とは、中空延伸方向における位置によって変化するブロー比の中で、最も大きいブロー比を意味する。

図１に示す車両用ダクト１は、２．０〜６．０（１０^-3×Pa^-1）の平衡コンプライアンスを有するポリプロピレン系樹脂から構成されている。その最大ブロー比は０.５であり、発泡倍率は１.５〜５.０倍、衝撃強度は３０kg・cm以上である。

ここで、上記の平衡コンプライアンスは、次の手順で測定した。
２５mm押出機によって、ポリプロピレン系樹脂ブレンド物を、２５mm×１mmのフラットダイスから、２００℃で押出すことによって、シートを作成した。得られたシートを、２６０℃、８０００kPa×５分間のプレス条件を用いて、厚さ２mm、直径２５mmの円盤状に調整し、試験体を作成した。該試験体に対して、クリープコンプライアンス測定を実施し、クリープコンプライアンス−時間の曲線を得た。この曲線における、時間に対してクリープコンプライアンスが直線的に変化する時間範囲（２００〜３００秒）を用いて、近似式（一次式）を作成した。得られた近似式の切片を、平衡コンプライアンスとして算出した。使用試験機、測定条件は以下の通りである。
使用試験機：MALVERN社製Bohlin回転式レオメーターGemini Hrnano
測定モード：平行板を用いたねじり変形モード
測定温度：２１０℃、ギャップ間：１．４mm、クリープ応力：１００Pa

ポリプロピレン系樹脂の平衡コンプライアンスを上げるためには、具体的には，以下の手段が挙げられる。
・２３０℃のＭＦＲが２．５ｇ／１０分以下となる、長鎖分岐構造を有する、発泡成形に適したポリプロピレン（例えばボレアリス社製Daploy WB１３０）を用いる。
・超高分子量ポリエチレンを有するポリプロピレン系樹脂（例えば日本ポリプロ（株）製ニューフォーマー FB３３１２）を用いる。あるいは、
・ポリプロピレン系樹脂に低密度ポリエチレンをブレンドする。
なお、ここで言うＭＦＲ（メルトフローレイト）の値は、ＪＩＳＫ−７２１０に準じて、試験温度２３０℃、試験荷重２．１６kgにて測定を行った値である。

上記発泡倍率は、以下のように算出した。すなわち、まず、発泡成形体の中央、及び、両端付近（すなわち、上端および下端）の合計３箇所から、２cm角で試験片を切り取った。「ＪＩＳＫ−７１１２に準じた、アルファミラージュ（株）製電子比重計EW−２００SG」により、３つの試験片の比重を測定した。その３つの比重値を算術平均することによって、発泡成形体の平均比重を算出した。そして、この平均比重によって、発泡する前のポリプロピレン系樹脂の比重を割ることによって、発泡倍率を算出した。

発泡倍率が１.５倍未満であると、十分な軽量化が出来ず、表面に結露が発生しやすいといった欠点がある。特に、車両用ダクトにおいては、発泡倍率が１.５倍未満であると、熱ロス性能が悪いといった欠点がある。一方、発泡倍率が５.０倍を超えると、強度が弱く、外部の力により変形しやすいといった欠点がある。

発泡成形体の平均肉厚は、０．７〜５．０mmであることが好ましい。
平均肉厚については、以下のように算出した。すなわち、まず、発泡成形体の中央、及び、両端付近（すなわち、上端および下端）の３箇所の断面における、２つの金型分割点を結ぶ直線の垂直二等分線と交わる部分（合計６箇所）の肉厚を、ノギスにより測定した。そして、６つの測定値の平均値を、平均肉厚として算出した。
平均肉厚が０.７mm未満であると、強度が弱く、外部の力により変形しやすいといった欠点がある。一方、平均肉厚が５．０mmを超えると、十分に軽量化出来ない、および、発泡成形体の内部容積が減少する、といった欠点がある。特に、車両用ダクトにおいては、平均肉厚が５．０mmを超えると、風を流す際の圧力損失が増大する、といった欠点がある。

ブロー比は、前述した方法で算出した。発泡成形体の内部容積を十分に確保するためには、ブロー比は０.４以上であることが好ましい。ただし、ブロー比が０.６を超えると、肉厚が薄くなるために、強度が弱くなる。このため、外部の力による変形や、ピンホールが生じる虞がある。したがって、最大ブロー比が０．４以上、０．６以下であることが好ましい。
尚、最大ブロー比を０．５よりも小さく成形することで、より確実にピンホールの発生を防ぐことができる。

前述した衝撃強度については、以下のように算出した。すなわち、まず、発泡成形体を、−１０℃の恒温槽に１時間以上放置した。その後に、該発泡成形体の平面部に、１kgの金属球を落下衝突させた。そして、この落下衝突によってクラックが生じるような金属球の最低高さ（cm）を、１０cm間隔で測定した。そして、金属球の重量１ｋｇと最低高さ（cm）との積により、衝撃強度を算出した。
衝撃強度が３０kg・cm未満であると、特に、車両用ダクトにおいて、車両が振動したときや、車両部品組付け工程時および輸送時に、クラックが発生する虞がある。

発泡成形体の衝撃強度を上げる手段としては、具体的には、ポリプロピレン系樹脂に、低密度のエチレン−αオレフィン、スチレン系エラストマー、エチレン−プロピレンブロックコポリマー等をブレンドする方法がある。

車両用ダクト１は、図４に示す態様によりブロー成形される。図４に示すように、２．０〜６．０（１０^-3×Pa^-1）の平衡コンプライアンスを有するポリプロピレン系樹脂に発泡剤を添加し、押出機（図示せず）によって混練する。その後、この樹脂をアキュームレーター（図示せず）に貯留する。続いて、所定の樹脂量が貯留された後、アキュームレーターのピストンを押すことにより、ダイスリットから、発泡化された円筒状のパリソン４を押出す。そして、分割金型５、６を型締めすることによってパリソン４を挟み込み、パリソン４内に成形用のエアー（圧力流体）を吹き込む。これにより、パリソン４の外面が金型内面に沿うことになり、図１に示すダクト状の発泡成形体（発泡ブロー成形体）が形成される。

尚、ポリプロピレン系樹脂と発泡剤とを押出機で混練した後、アキュームレーターで貯留しなくてもよい。この場合、直接、ダイスリットから、連続して、発泡化された円筒状パリソンを押出し、その後、同様に発泡成形体を形成しても良い。

また、発泡樹脂を円筒状に押し出す必要もない。発泡樹脂をシート状に押し出し、シート状の発泡樹脂をエアー（圧力流体）の圧力によって押し込むことにより金型に密着させることによって、成形を実施してもよい。

また、上述のように、ブロー成形により発泡成形体を成形する必要もない。押し出された発泡樹脂を金型に吸い付けることによって所定の形状の成形体を成形する、バキューム成形を用いてもよい。

発泡剤としては、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水等の無機系物理発泡剤、およびブタン、ペンタン、ヘキサン、ジクロロメタン、ジクロロエタン等の有機系物理発泡剤、あるいは、重炭酸ナトリウム、クエン酸、クエン酸ナトリウム、アゾジカルボンアミド等の化学発泡剤を用いることが可能である。さらに、これらの物理発泡剤と化学発泡剤とを併用することも出来る。

以下の実施例および比較例では、０．７のブロー比を有する部分を含む車両用ダクト金型を用いて、発泡成形体を成形した。この際、ブロー比の高い部分をパテ埋めすることによって、該金型の最大ブロー比を０．２〜０．７に変化させて、発泡ブロー成形を行った。そして、各最大ブロー比において成形が可能であるか否かを判定した。また、ポリプロピレン系樹脂の平衡コンプライアンス、および、得られた発泡成形体の発泡倍率および衝撃強度を、前述した方法で測定した。その結果および評価結果を、ポリプロピレン系の配合比率とともに表１に示す。尚、表１における『未成形』とは、金型の形状が転写されていないことを意味する。

［実施例１］
ポリプロピレン系樹脂として、２３０℃でのＭＦＲが２．１ｇ／１０分の長鎖分岐構造を有するプロピレン単独重合体（ボレアリス社製Daploy WB１３０）３０ｗｔ％と、２３０℃でのＭＦＲが０．５ｇ／１０分の結晶性のエチレン−プロピレンブロック共重合体（日本ポリプロ（株）製ノバテック EC９）７０ｗｔ％との混合物（平衡コンプライアンス２．０×１０^-3×Ｐａ^-1）を用いた。
当該混合物に、発泡剤、および、発泡核剤としてのタルクマスターバッチ（白石カルシウム（株）製MAT３６０H）を、タルク分として０.８重量部添加した。そして、当該混合物を、押出機で混練した後、アキュームレーターに貯留した。続いて、所定の樹脂量が貯留された後、アキュームレーターのピストンを押すことにより、ダイスリットから、発泡化された円筒状のパリソンを押出した。このパリソンを、ブロー比０．７部分を含む車両用ダクト金型によって挟み込み、パリソンに０．１MPaの成形用エアーを吹き込むことによって、平均肉厚１.５〜２.０mmの発泡成形体を得た。ブロー比が０．７の部分をパテ埋めすることによって、最大ブロー比を０．２〜０．７に変化させ、ピンホールや未成形のない状態で成形することが可能な、最大ブロー比を確認した。その結果、この最大ブロー比は０．６であった。したがって、この発泡成形体は、内部容積が十分に確保されたものであった。また、得られた発泡成形体の衝撃強度は、３０kg・cmであった。したがって、この発泡成形体は、車両用ダクトとして、車両の振動時や、車両部品組付け工程時および輸送時にクラックが発生する虞がないものであった。また、得られた発泡成形体の発泡倍率は１.５倍であった。したがって、断熱性も十分であった。

［実施例２〜７］
表１に示す配合の混合物を用い、実施例１と同様に発泡成形体を得た。特に、実施例２、４、５、６では、発泡成形体の粉砕回収原料を、混合物全体の７０重量%となるように原料にブレンドすることにより、再使用した。実施例２〜７では、いずれも、最大ブロー比が０．４となる場合でも、ピンホールは生じていない。また、衝撃強度が３０kg・cm以上であるので、車両の振動時や、車両部品組付け工程時および輸送時にクラックが発生する虞がない。また、発泡倍率が１．５倍以上であるので、断熱性が十分であった。

［比較例１］
ポリプロピレン系樹脂として、２３０℃のＭＦＲが０．５ｇ／１０分の結晶性のエチレン−プロピレンブロック共重合体（日本ポリプロ（株）製ノバテックＥＣ９）（平衡コンプライアンス０．４×１０^-3×Pa^-1）を用いて、実施例１と同様に発泡成形体を得た。衝撃強度は３０kg・cmで十分であった。しかし、発泡倍率が１．３倍であり、断熱性が不十分であった。また、ブロー比が０.２の部分がピンホールしていたため、内部容積が十分確保された発泡成形体を得ることが出来なかった。

［比較例２］
ポリプロピレン系樹脂として、２３０℃のＭＦＲが３．０ｇ／１０分の長鎖分岐構造を有するプロピレン単独重合体（サンアロマー（株）製ＰｒｏｆａｘＰＦ８１４）（平衡コンプライアンス２．５×１０^-3×Pa^-1）を用いて、実施例１と同様に発泡成形体を得た。発泡倍率は１．５倍であり、断熱性は十分であった。また、最大ブロー比が０．４となる場合でも、ピンホールは生じていない。しかしながら、衝撃強度が１０kg・cmであった。このため、車両の振動時や、車両部品組付け工程時および輸送時に、クラックの発生する虞があるものであった。

［比較例３〜７］
表１に示す配合の混合物を用い、実施例１と同様に発泡成形体を得た。特に、比較例４〜７では、発泡成形体の粉砕回収原料を、混合物全体の７０重量％となるように原料にブレンドし、再使用した。比較例３〜７は、いずれも、最大ブロー比が０.４となる場合に、成形に問題が生じている。即ち、比較例４および７については、ピンホールが発生していた。また、比較例３、５、６は、未成形であった。また、比較例４については、衝撃強度が３０kg・cm未満であるので、車両の振動時や、車両部品組付け工程時および輸送時に、クラックの発生する虞がある。

上記評価結果から、次のことが分かる。

２．０〜６．０（１０^-3×Pa^-1）の平衡コンプライアンスを有するポリプロピレン系樹脂を用いることで、１．５〜５．０倍の発泡倍率および０．４以上の最大ブロー比を有するとともに、ピンホールのない発泡成形体を得ることが出来る。

さらに、２．０〜６．０（１０^-3×Pa^-1）の平衡コンプライアンスを有するポリプロピレン系樹脂が、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン（ボレアリス社製ＷＢ１３０など）に、エチレン−プロピレンブロックコポリマー(日本ポリプロ（株）製EC９、FB３３１２など）、低密度のエチレン−αオレフィン（住友化学（株）製ＣＸ２００１など）、スチレン系エラストマー（旭化成ケミカルズＨ１０６２など）、および低密度ポリエチレン（住友化学Ｆ１０８−１など）のいずれか、あるいはそれらの複合物をブレンドしたものである場合に、衝撃強度３０kg・cm以上の発泡成形体を得ることが出来る。

また、２．０〜６．０（１０^-3×Pa^-1）の平衡コンプライアンスを有するポリプロピレン系樹脂が、超高分子量ポリエチレンを有するポリプロピレン単体（日本ポリプロ（株）製ＦＢ３３１２など）である場合にも、衝撃強度３０kg・cm以上で、発泡倍率１.５〜５.０倍で、ブロー比０.４〜０.６の部分を含む発泡成形体を得ることが出来る。

本発明の発泡成形体として、車両用ダクトについて説明してきた。しかしながら、この場合に限らず、他の自動車部品（カーゴフロアボード、デッキボード、リアパーセルシェルフ、ルーフパネル、ドアトリム等の内装パネル、ドアインナーパネル、プラットフォーム、ハードトップ、サンルーフ、ボンネット、バンパー、フロアスペーサー、ティビアパッド、衝撃吸収パッド、エンジンアンダーカバー等）、あるいは容器などに、本発明を適用してもよい。

なお、本発明に係る発泡成形体の成形方法は、ダクト、容器、自動車用部品などの成形に利用できる。また、本発明に係る発泡成形体は、ダクト、容器、自動車用部品などとして利用できる。

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

１車両用ダクト
２エアー供給口
３エアー吹き出し口
４円筒状のパリソン
５分割金型
６分割金型

Claims

発泡成形体の成形方法であって、
ポリプロピレン系樹脂に発泡剤を混合させて、押出機によって混練するステップと、
前記押出機から押出された発泡樹脂を、圧力流体により、前記発泡成形体の最大ブロー比が０．４〜０．５となる金型に沿わせて前記発泡成形体を成形するステップと、
を有し、前記ポリプロピレン系樹脂は、前記発泡成形体の粉砕回収原料が７０重量％以上ブレンドされたものであり、２．０〜６．０（１０^-3×Ｐａ^-1）の平衡コンプライアンスを有することを特徴とする発泡成形体の成形方法。
前記ポリプロピレン系樹脂は、長鎖分岐構造を有するポリプロピレンに対し、エチレン−プロピレンブロックコポリマーと、低密度のエチレン−αオレフィンと、スチレン系エラストマーと、低密度ポリエチレンと、の少なくとも１つがブレンドされたものであることを特徴とする請求項１記載の発泡成形体の成形方法。
ポリプロピレン系樹脂に発泡剤を混合させた発泡樹脂で形成された発泡成形体であって、
前記ポリプロピレン系樹脂は、前記発泡成形体の粉砕回収原料が７０重量％以上ブレンドされたものであり、２．０〜６．０（１０^-3×Ｐａ^-1）の平衡コンプライアンスを有しており、
最大ブロー比が０．４〜０．５であり、発泡倍率が１．５〜５．０倍であり、衝撃強度が３０ｋｇ・ｃｍ以上であることを特徴とする発泡成形体。