JPS6233926B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、発泡または非発泡プラスチツク製品
の製造において反応性液状樹脂混合物の反応射出
成形（RIM）技術の改良に関し、さらに詳細に
は、より大きい強度、より良い絶縁性またはより
低い膨張性の要件を満たすために最終製品の補強
として役立つまたは他の機能たとえば着色、難燃
化の機能を果す種々の粒状体、繊維状粒状体等を
そのようなプラスチツク製品に配合することに関
する。

プラスチツク製品を製造する典型的RIM系で
は、反応性混合物の二種またはそれ以上の液状重
合体前駆体が大きなタンクに個別に貯蔵され、
別々に混合ヘツドへポンプ給送され、そこで、そ
れらの前駆体はヘツドのオリフイスから高圧射出
され、ヘツドの混合室内で衝突流が形成される。
成分の混合室への導入は、プランジヤーにより制
御され、このプランジヤーは、プランジヤーが混
合室をふさぎ、射出ポートまたはオリフイスから
の成分の流入を阻止する延長された位置と、プラ
ンジヤーが混合室から引き出されて各オリフイス
から成分の流入を可能にする後退した位置との間
で往復動する。この導入は前述したように高速度
流の形でなされ、これらの流れは混合室内で衝突
して緊密な混合および重合反応を与える。次に、
室内の混合成分は、プランジヤーが元の位置に戻
つた際に、混合ヘツドの放出ポートから適当な型
に放出される。そのような戻りは同時に、成分の
混合室へのさらなる流入を阻止し、個々の成分を
各再循環導管を通して各貯蔵タンクへ戻す。典型
的RIM混合ヘツドは、米国特許第4082512号明細
書に開示されており、公知装置のさらなる詳細に
ついてはこの特許が参考とされる。

RIM製造で使用される樹脂組成物の例として、
商業的に知られた製造方法により得ることができ
る種々の重合性物質たとえばポリウレタン、ポリ
エステル、エポキシ、フエノール−アルデヒドお
よび尿素−アルデヒド樹脂が挙げられる。たとえ
ば、ポリウレタン樹脂は、ポリオールおよびポリ
イソシアネートを種々の触媒、発泡剤、可塑剤成
分等と組合せて重合することにより商業的に製造
される。この方法で有効な種々の組成物の典型的
例については、米国特許第4055548および4112014
号明細書が参考となる。使用出来る有効な樹脂組
成物はばく大な数が存在し、その選択は、発泡製
品の究極的に望まれる化学的および物理的特性に
応じて行われる。

本文において、樹脂組成物とは、発泡型であれ
また非発泡型であれ、重合性プラスチツク混合物
を意味するために包括的な意味で使用される。こ
の用語は、こゝでは、製造者により時々使用され
るように、−成分（すなわちポリオール）のみを
指摘するためには使用されない。

従来、RIM技術により製造される反応性液状プ
ラスチツク混合物に、種々の粒状物質を配合して
そのようなプラスチツク混合物から形成した物品
の物性を修正することが提案された。挙げられた
粒状添加剤として、成形品の強度を増大させかつ
成形品の膨張係数を成形品と組合せることが出来
るベース（たとえば金属）部材の膨張係数とより
良く一致させる目的のガラス繊維が挙げられる。
この特定例は、発泡および非発泡プラスチツク自
動車部品に見い出される。プラスチツクの反応射
出成形は、そのような系は粘性のある急速硬化性
混合物の使用を可能にし、その結果生産率の増大
およびより良い物性をもたらすという事実のため
に、特に満足な製造方法であることがしばしばで
ある。しかしながら、そのような混合物に粒状物
質を配合するには問題がある。繊維強化プラスチ
ツク製品の典型的製造法は、たとえば、米国特許
第4073840号明細書に開示されている。この特許
によれば、ガラス繊維および一種またはそれ以上
の樹脂成分からスラリーが形成される。スラリー
は、繊維を懸濁させるために撹拌され、次いで、
スラリーは混合ヘツドへポンプ給送され、そこで
成形可能な樹脂混合物の製造に必要な発泡剤およ
び（または）硬化剤を含む補強的樹脂成分と混合
される。成分の温度および粘度は、キユアリング
時間および製品の最終的物性に大きな影響を及ぼ
す。このため、成分は、それらの各貯蔵器と混合
ヘツドの間で非混合状態で連続的に再循環され、
この際、熱交換器に連続的に通され、それによつ
て最適温度状態が維持される。このようにして、
混合ヘツド内をおよび混合ヘツドに隣接して通過
中数種の成分の異常な温度増加が成形「シヨツ
ト」間で発生することが最小限にされる。

前述の特許に提案されているような、繊維また
は他の粒状物質の樹脂成分への配合は、成分の１
つの主供給体に粒状体を直接配合することを包含
する。したがつて、この系は、樹脂混合組成を変
えたい場合、前の粒状体運搬成分を、貯蔵タン
ク、供給および戻りライン等から痕跡量まで除去
しなければならないという欠点を有する。従来系
の他のさらに厄介な欠点は、繊維担持成分が混合
ヘツドの内部通路を通過する際、関連する高RIM
操作圧下で摩耗作用を及ぼすために起る。RIM製
造で使用される最大2600psiの普通の成分操作圧
では、特に、繊維配合割合がしばしば望ましい水
準に上昇するにつれて、この摩耗は過度になる。
普通のRIM混合ヘツドは、公差に著しく近づくよ
うに非常に注意深く機械加工され、混合室を画成
する同様に注意深く機械加工されたシリンダーに
重なつて耐漏洩性の滑動はめあいを与える制御プ
ランジヤーを使用する。また、プランジヤーは、
操作の非成形サイクル中成分の戻り（別の非混合
状態）を可能にする軸方向再循環溝を包含する。
したがつて、プランジヤーおよびその溝は、混合
すべき液状成分中の粒状物質の摩耗作用に特に敏
感であり、高価な維持および修理に遭遇する。そ
れでも、従来技術は、そのような粒状体の配合が
提供する改良特性を有する成形樹脂製品の需要を
満たすために、これらの問題にがまんしている。

本発明によれば、補強、着色用の粒状物質を
RIM法により製造される反応性樹脂組成物に、前
述した欠点に遭遇することなく配合することを可
能にする方法および装置が提供される。簡単に述
べると、本発明は、反応性液状成分の一種または
それ以上の別のまたは補強的部分に粒状物質を配
合してスラリーを形成することを包含する。この
スラリーは、普通のRIM操作圧の小さい部分にし
か過ぎない低圧で、主要（粒状体不含）樹脂成分
に使用されるものとは分離された混合ヘツドオリ
フイスおよびプランジヤー再循環溝に別個にポン
プ給送される。驚くべきことに、補助的スラリー
樹脂成分の圧力は、主成分の圧力に比較して非常
に低いけれども、低圧流体の射出および主成分と
の混合は混合室で効果的に起り得かつ起ることが
見い出された。粒状体スラリーで得られるより低
い圧力操作条件のために、粒状体が系の通過に及
ぼす摩耗効果は実質的に低減され、混合ヘツド維
持のかなりの低減および混合ヘツドの延長された
作動寿命が達成される。

本発明の他の目的および利点は、１つの種類の
粒状体物質を他の種類の粒状体物質に、主要成分
貯蔵系を変えることなくまたはその系に影響を与
えることなく簡単に変えられることを包含する。
本発明の他の目的および利点は、添付図面を参照
とする下記の記載から明らかであろう。

第１図を参照するに、たとえば、ポリウレタン
ホーム製造用の二成分RIM系が概略的に示され
る。図示の系において、RIM混合ヘツド１０に
は、２つの主要成分すなわち成分Ａおよび成分Ｂ
が供給され、そのうち一方の成分はイソシアネー
トからなり、他方の成分はポリオールを含有し、
さらに、触媒、発泡剤等を含有する。成分循環系
は同一であり、したがつて、簡単のため、成分Ａ
に対するもののみを示す。

貯蔵タンク１２は、主要成分Ａの供給物を含有
し、成分Ａは熱交換器１６を介して低圧ポンプ１
４によりポンプ給送され、熱交換器において、液
体が熱に加えられまたは熱が取り去され、所望の
操作条件が維持される。成分Ａはさらにストレー
ナー１８に通され、そこから逆止め弁２０を通
り、供給導管２２を経て混合ヘツド１０の注入ポ
ート（図示せず）に向う。

非混合操作状態では、混合ヘツドの制御プラン
ジヤーは、混合室内で完全に延長された位置にあ
り、混合室はふさがれて両成分共室へ進入するこ
とが妨げられる。したがつて、各成分は、低圧で
ポンプ給送されてプランジヤーの各軸方向溝に沿
つて流され、戻り導管により貯蔵タンクに供給さ
れる。導管２６は成分Ａに対する戻り導管であ
る。この低圧流は、混合ヘツドの混合および成形
サイクルを開始する時はいつでも適当な温度にあ
る成分を混合ヘツド１０の混合室で直接得ること
を保証する。そのようなサイクルが開始される
と、混合ヘツドのプランジヤーは、後退位置へ移
動され、その位置では、混合ヘツドの注入オリフ
イス開口はもはや閉塞されない。同時に、高圧ポ
ンプ２８が作動され、その結果、成分Ａは普通の
RIM操作圧を受ける。逆止め弁または安全弁は、
低圧側への逆流を防止する。同時に、成分Ｂ系の
高圧ポンプが作動される。これらのポンプは、各
成分を計量し、混合ヘツドオリフイスから押し出
し、ヘツドの開放混合室で高速流れを生じさせ
る。この状態で、成分ＡおよびＢの流れはヘツド
の混合室内で高速度下で衝突し、成分の所望の緊
密混合および反応をもたらし、樹脂混合物を与え
る。混合／成形「シヨツト」は、混合室内に所望
容量の発泡性混合物を与えるのに適当な装置で時
間を定められ、シヨツトの終りで高圧ポンプが停
止される。同時に、混合ヘツドプランジヤーは延
長された位置に戻され、プランジヤーは室から混
合物をパージし、成分がさらに進入することを防
止する。樹脂混合物は、放出ノズル３０から適当
な型（図示せず）に放出され、そこで成形、重合
されて所望形状の樹脂製品とされる。系のほとん
どは標準的なものである。

前述したように、従来、主要成分の一つまたは
両方に繊維または粒状物質を配合して最終樹脂製
品で改良特性を得ることが試みられる。混合ヘツ
ドの注意深く機械加工されたプランジヤー、再循
環溝および混合室ならびに数種の成分系のポンプ
および導管の厳しい腐食および摩耗は重大な問題
を提起したが、他の解決策は出現していない。

本発明は、従来系の腐食問題が、現存装置の最
小限の変化で比較的簡単な方法で克服出来るとい
う発見に基いている。第１図を参照するに、本発
明を組み入れた装置は、主要成分ＡおよびＢの各
各に対する普通の系を包含するが、しかし、別の
補助成分系をさらに包含する。この補助系は、貯
蔵タンク３２からなり、そのタンク内では、主要
成分の一方の一部、好ましくは高生産高
（output）成分が、導入すべき粒状物質たとえば
ガラス繊維と混合される。タンク内で均一なスラ
リーを維持するために撹拌器３４が使用される。
次に、この混合物は低圧ポンプ３６により、標準
熱交換器およびストレーナー３８，４０（成分Ａ
およびＢについてのものと同じ）を各々通つて供
給導管４２にポンプ給送される。導管４２は、成
分ＡおよびＢの注入オリフイスと別の混合ヘツド
１０の注入オリフイスを構成するポートに通じて
いる。これらのポートは、混合ヘツドプランジヤ
ーが後退した際、主要成分の注入ポートのカバー
が取られると同時にカバーが取られる。したがつ
て、粒状体含有スラリーは、主要成分の高速度衝
突流の存在下で直接混合室に注入される。RIM技
術の経験者により予期されることとは反対に、粒
状体含有スラリーを混合室へ進入させるのに非常
に低い圧力しか必要でない。実際、粘度20000〜
50000のポリオール−ガラス繊維スラリーに対し
ては40〜200psiの低い圧力で十分であり、一方、
主要成分ＡおよびＢに対して約2600psiが維持さ
れることが見い出される。たとえ、主要成分の圧
力がスラリーの圧力より過度に大きくても、主要
成分が室に入る際起る圧力降下は、粒状体含有ス
ラリーを前述の低い圧力水準で導入せしめるのに
十分急速であるようである。さらに驚くべきこと
は、それにもかゝわらず、スラリーの低圧導入
が、混合ヘツドプランジヤーにより型に放出され
る時点まで生成樹脂混合物全体に粒状体を緊密に
混合せしめるということである。

補助的粒状体含有系は、混合ヘツドからタンク
３２に通じる戻り導管４４を包含し、その結果、
スラリーは、非混合非成形操作期間中、主要成分
と同様に、絶えず再循環される。第１図に示すよ
うに、供給導管４２もまた戻り導管４４も、分岐
して混合ヘツドの混合室の２つの直径方向に対向
する点でスラリーを導入するようにするのが好ま
しい。この配列は第２図にさらに説明される。

実際、たとえば、全混合物重量に基いて最大25
重量％までのガラス繊維が、前記特許に記載され
ている種類のウレタン混合物に成功裡に配合され
た。繊維は、長さ最大1/4インチのでたらめに切
断した長さからなるものであつた。取扱いを簡単
にするために、繊維はポリオール成分の別の部分
でスラリー化することが好ましい。そのような成
分は、主要なポリオール成分と同じまたは異なる
組成であることが出来る。同様に、他の粒状配合
物たとえば微粉着色顔料、鉱物酸化物等を混合物
の重量の50％まで配合することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、成形前に、発泡プラスチツク混合物
に粒状体物質を導入するための、本発明を組み入
れるRIM系の概略フローシート、第２図は、第１
図の系のRIMヘツドの概略端面図である。 １０……RIM混合ヘツド、１２……貯蔵タン
ク、１４……ポンプ、１６……熱交換器、１８…
…ストレーナ、２０……逆止め弁、２２……供給
導管、２６……導管、２８………ポンプ、３０…
…ノズル、３２……貯蔵タンク、３４……撹拌
器、３６……ポンプ、３８……熱交換器、４０…
…ストレーナ、４２，４４……導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒状体物質を、反応してプラスチツク物品に
   成形することが出来るプラスチツク混合物を主成
   し得る二種またはそれ以上の主要液状樹脂成分に
   配合するための反応射出成形（RIM）装置であつ
   て、 混合室を有するRIM型混合ヘツドであつて、そ
   の混合室に軸方向に交差する配列で上記室に通じ
   るオリフイスを設けるものである上記ヘツド； 上記主要液状成分の各成分源のための別個の貯
   蔵装置； 上記貯蔵装置および混合ヘツドを各々相互連結
   しかつ上記主要成分を別々に高圧で、上記ヘツド
   の異なるオリフイスに供給して上記混合室へ衝突
   流として導入するための導管およびポンプ装置； 上記粒状体物質を有しかつ上記物質とスラリー
   を形成する液状成分のための他の別の貯蔵装置； 上記他の貯蔵装置および上記スラリーを上記混
   合室に導入して上記主要成分と混合せしめる上記
   混合ヘツドの上記オリフイスの他のオリフイスと
   相互連結させる導管および低圧ポンプを包含する
   他の装置を具備することを特徴とする上記装置。 ２ 上記主要成分を上記混合ヘツドへ供給する上
   記導管装置が、上記ヘツドの対向的に配置された
   オリフイスに連結される、上記第１項に記載の装
   置。 ３ 上記スラリーを上記混合ヘツドに供給する上
   記他の導管装置が、上記ヘツドの上記対向的に配
   置されたオリフイスの異なるオリフイスに連結さ
   れる、上記第１項または第２項に記載の装置。