JPS62500514A

JPS62500514A - 発泡熱可塑性製品の製造方法及び装置

Info

Publication number: JPS62500514A
Application number: JP61502400A
Authority: JP
Inventors: ルーベンズ，ルイス　シー; ラエク，カール　エー; アレクサンダー，ウイラード　イー
Original assignee: ザ　ダウ　ケミカル　カンパニ−
Priority date: 1985-04-22
Filing date: 1986-04-14
Publication date: 1987-03-05
Also published as: AU5770586A; EP0220238A4; BR8606659A; ES8800864A1; NO865206L; GR861046B; ES554208A0; DK624486D0; EP0220238A1; WO1986006393A1; AU585985B2; CA1259768A; NO865206D0; KR880700011A; US4693856A; DK624486A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発泡熱可塑性製品の製造方法及び装置本発明は一般的に複数の発泡性樹脂粒子からの成形発泡製品の製造に関する。より詳しくは、本発明は粒子の非溶媒である加熱ガスの使用を含む装置及び方法に関する。

各種発泡性合成樹脂熱可塑性材料が実質的な期間利用可能である。その様な発泡性粒子は粒子に熱をかけることによる粒子の発泡を含む方法により各種発泡製品の製造に用いられている。典型的には、発泡性粒子は引続いて型内に堆積され、それに熱交換流体をかけることにより加熱される。各種熱交換流体が開示されており、例えば米国特許第３９５３　、５５８号明細書に記載されているものが挙げられる。過去において、好ましい熱交換流体はスチームであった。一般的にそれは超大気圧下〔通常約インチ平方当り約３０ボンド（約２．１　ｋｇ／　ｃａｌ）の範囲内の圧力〕で適用される。超大気圧スチームは型内の発泡粒子の気泡壁に浸透するものと思われる。型内の粒子への超大気圧スチームの適用が中止され、型にかけられた圧力が大気圧に戻されると、粒子が発泡し相互に付着して一般的に連続気泡統一体を形成する。その様な発泡成形は良く知られており次の米国特許明細書に開示されている。２，９４８．９２６号、３，４１７．１７０号、３，４２４，８２７号、３，７１１．４３０号、３，９４１，５２８号、３，９６０，７８４号、４，０７３，８４３号、４，０８３，６６５号、４，１０８．９３４号、４，１４４，２９６号、４，１９１，５２３号、４，２３３，００６号、４，２７２，４６９号、４，２７６．００８号、４　、４２４　、２８６号及び４，４４０．７０３号。予備発泡は次の米国特許明細書に開示されている。３，０２３，１７５号、３．２５２，２２８号、３，２６２，６８６号、３，２７３．８７３号、３，５７７．３６０号、３．７８３，０２０号、３，８５５，３７７号、４．、１７３．６０８号及び４，２７４，８１８号。又、カナダ特許第９０７，８１２号及び英国特許第２，０５２，３５８号明細書も関連した技術である。

前記の如く、殆んどの応用に対して好ましい従来技術の伝熱流体はスチームである。スチームは迅速な加熱従って迅速な粒子の発泡を可能にする。しかしながら、スチームは発泡粒子の間の所望の粒子間膨張を与えるに十分なスチーム圧力を含有することのできる型を必要とする明確な欠点を有する。

型の圧力封込めの要請により、スチーム成形は成形体を形成するのに必要とされるスチームの主たる部分が発泡粒子の加熱よりもむしろ型の加熱に使用されるという点において一般的に熱的に効率的でない。又、スチーム成形発泡粒子は一般的に残存水分を含有し、それは場合により　（例えば発泡粒子がダンネージ或いは水分感受性製品の容器として使用される場合）、包装製品に損傷を与えることになる。約立方フット当り１ボンド（立方メーター当り約１６．８ｋｇ）未満の密度を有するスチーム成形製品は寸法的に不安定である傾向を示す。

それらは周囲温度に冷却されると、収縮する強い傾向を有する。周囲条件〔即ち約華氏５０〜１００°　（約摂氏１０°〜３８°）の温度における１気圧の大気圧〕に曝露すると、あるスチーム成形製品はそれらの初期の寸法を再獲得するのに対し、他のものは永久的に変形してしまう。より硬質或いは脆弱な重合体の発泡体は永久変形を示すのに対し、より柔らかい或いはより柔軟な重合体はそれらの初期の輪郭を再獲得する傾向を示す。

従って、成形される粒子をスチームに直接曝露しない粒状出発材料から合成樹脂発泡体を製造するための方法及び装置が利用可能であることが望まれる。

更に、粒状発泡性合成樹脂材料を成形して約立方フット当り１ボンド（約１６．８ｋｇ／ｍ３）未満の密度を有する安定な製品を形成するための改良された方法及び装置が利用可能であることが望まれる。

同様に、気泡性合成樹脂製品の製造方法及び装置において、その様な製品に対する型がその様な製品のスチーム成形に必要とされる質量よりも相当に低い質量を存する方法及び装置が利用可能であることが望まれる。

又、製品中に水を導入しない粒状合成樹脂発泡性材料の成形のための方法及び装置が利用可能であることが望まれる。

本発明に従ったこれらの利益及びその他の利点は複数の合成樹脂粒子から発泡合成樹脂熱可塑性製品を成形する方法において、次の工程を含むことを特徴とする方法において達成された：（ａ）複数の第一の発泡合成樹脂粒子を提供する工程、（ｂ）第一の発泡粒子中に第二の発泡粒子を形成するための発泡剤を第二の発泡粒子を発泡温度に加熱時にそれらの容積が第二の発泡粒子の容積の少なくとも１．７倍の容積に増大するのに十分な量で導入する工程、（ｃ）第二の粒子を内部型表面を有する型内に配置する工程、（ｄ）第二の粒子に対して非溶媒であり、第二の粒子を発泡させて相互に付着させるに十分な温度である加熱ガスを概して型の内部表面から離れた少なくとも一つの箇所に導入して加熱ガスを型から逃す工程、及び（ｅ）型の内部表面の少なくとも主たる部分をそれに隣接した発泡性の第二の粒子を発泡させる温度に加熱して一体化合成樹脂発泡製品を提供する工程。

本発明の範囲内には、又、協働的組合せにおいて内部に規定された成型用キャビティを有する金型及び発泡粒状材料を成型用キャビティ中に導入するための手段を有し、型が内部表面及び外部表面を有し且つ型の内部表面と外部表面の間に延在するガス逃し手段を規定した発泡成形装置が含まれ、そに配置された型を加熱するための手段；型の外部表面の少なくとも主たる部分に配置された型を冷却するための手段；内部表面から離れた箇所において型内に加熱ガスを導入するための、概して型の内部表面から離れた箇所にある手段；及び本発明は広範囲の合成樹脂材料、合成樹脂材料のガラス転移温度より高い温度に曝した際に発泡合成樹脂材料の容積の少なくとも１．７倍に発泡することのできる任意の発泡合成樹脂熱可塑性材料の成形を可能にする。一般的にその様な発泡材料は軽度に架橋された発泡性材料であるのが望ましい。架橋の程度は材料を熱硬化性にする程度に十分であってはならず、それらを非架橋性共重合体に対する溶媒中において膨潤可能にするのに十分であるべきである。本発明を実施するために適した粒子の一種が米国特許第４．４８５，１９３号（１９８４年１１月２８日発行）の明細書中に開示されている。

本発明を実施するために望ましい粒子は発泡されることができ、且つ発泡された材料が加熱時に発泡されて初期即ち予備発泡された材料の容積の少な（とも１．７倍の容積を有する発泡体を形成するという制限に合致する任意の合成樹脂熱可塑性材料のものであってよい。本発明を実施するための発泡された発泡性粒子を得るための一つの望ましい便利な方法は軽度に架橋された発泡粒子を利用し、その様な粒子を粒子に追加の発泡剤を添加する雰囲気に曝すことである。例えば、ガスが合成樹脂発泡体の非溶媒であるガスに加圧下に少なくともガスの一部が発泡粒子に攪拌されるのに十分な時間曝された発泡粒子は引続きガラス転移温度より高い温度に加熱時に更に発泡できる望ましい粒状発泡体の集合体を与える。殆んどの重合体に適したガスとしては空気、酸素、窒素、ヘリウム、アルゴン、ジクロロジフルオロメタン、ブタン、イソブタン、ノルマルブタン、パーフルオロブタンなどが挙げられる。

本発明は特に本発明の方法のために調製された軽度に架橋された発泡粒子を用いて実施することができる。本発明はスクラップ発泡体を利用して有利に使用することができる。例えば、製造仕様に合致しない発泡シートは電子線などのイオン化放射線に曝露することにより架橋され、所望の架橋度を与える。望ましくは粒状形態のシートを次いで空気或いは酸素感受性重合体の場合には窒素などの加圧下のガスに曝して本発明に従った成形用の発泡性粒状材料が得られる。本発明を実施するために適した発泡合成樹脂重合体としては、スチレン及びそれと共重合可能な飽和単量体例えばアルファーメチルスチレン、ターシャリイブチルスチレン、アクリロニトリル、ブタジェン、イソプレン、メチルメタクリレート、メチルアクリレートなどとの重合体及び共重合体、ポリエチレン、エチレンと酢酸ビニル、プロピレン、ブタジェンなどとの共重合体、ポリカプロラクトンなどのポリアミド類などが挙げられる。

本発明の実施は図面から明らかとなるが、第１図は本発明を実施するために適した装置の概略図であり、第２図は本発明の方法を実施するために適した型壁の概略図であり、第３図、第４図、第５図及び第６図は加熱流体の発泡体含有型中への内部注入の順序の概略図であり、第７図は複雑な形状の型中への加熱流体の注入の概略図であり、第８図、第９図、第１０図及び第１１図は型内へのガスの加熱及び注入に適した装置の概略図であり、第１２図は本発明に使用する発泡粒子の評価に適したオーブンの展開図であり、及び第１３図は第１２図のオーブンの温度勾配のグラフである。

第１図には一般的に参照番号２０で示された本発明の成形装置が概略的に図示されている。この装置２０は型２１を含んでなる。この型２１はキャビティ２３を規定する金属製のキャビティ規定部材２２を含んでなる。キャビティ規定部材２２は内部表面２０及び外部表面２５を有する。キャビティ２３内には複数の発泡粒子２６が置かれている。これらの粒子２６はガラス転移温度より高い温度に加熱されるとそれらの元の容積の１８７倍より大きい容量に発泡することができる。

キャビティ規定部材２２は銅、アルミニウムなどの比較的高い熱伝導性の材料であるのが有益である。キャビティ規定部材２２の外部表面上には伝熱ジャケット２７が置かれている。

伝熱ジャケット２７と協働的に連絡されて加熱源２８が有り第１図に示される如く加熱源２８はスイッチ２９によりコントロールされる電気的エネルギー源である。

又、伝熱ジャケット２７に伴って冷却手段３１がある。冷却手段３１は圧縮ガス源３２及び冷却液体供給手段３０を含んでなり、それぞれ３方弁３４に接続されている。弁３４は導管３６により伝熱ジャケット２７に連通されている。伝熱手段２７はその中に複数の伝熱通路を規定している。加熱ガス供給手段３８が弁３９と協働的に連通されている。加熱ガス源３８から離れた弁３９は導管４１と連通されており、それは更にキャビティ２３中に加熱流体を供給するための手段４２即ち探針と連通されている。第１図に示される手段４２はおよそキャビティ２３内の中心に配置される第１の即ちガス排出末端４３を有する。加熱流体４２を供給する手段はキャビティ２３内に配置された複数の穿孔４４を有する真直くな管であるのが有利である。手段４２は一般的に参照番号４７により示される配置手段と選択的に連通されている第二の即ち配置末端４６を有する。配置手段４７はその中に探針４２の第二の末端４６が固定されているピストン４９を配置して有する円筒４８よりなる。円筒４８は第一の導管５１及び円筒４８のほぼ反対側の末端に配置された第二の導管５２を有する。導管５１及び５２はそれぞれ導管５３及び５４に連通されている。導管５３及び５４は選択弁５５に連通している。弁５５は排出口５６及び５７及び作動流体源５９と連結された人口５８を有する。作動源５９は殆んどの応用のためには圧縮空気であるのが有利である。しかしながら、必要好ましい。又、型２１と協働的に発泡体粒子供給手段６１がある。

第１図の装置の操作に際し、キャビティ２３に先ず粒子供給手段６１から発泡粒子を充填する。供給手段６１からの発泡粒子が例えばその元の容積の２倍に発泡することができるならば、型は満杯にされる。供給源６１からの粒子がより大きな程度例えばその元の容積の４〜６倍に発泡可能である場合には型にはより少ない量の粒子が供給される。探針４２は型内に第１図に示される如く配置される。

弁３９が開けられ、高温空気などの加熱流体が型２１の内部表面から離れた位置において型２１内の粒状体に粒子の発泡を引起こすに十分な時間供給される。次いで手段４２を配置組立物４７により型から後退させる、即ち供給手段４１即ち探針を引抜（。スイッチ２９を閉じて電気エネルギーをジャケット２７に与え、キャビティ２３を規定する金属部材２２を発泡温度に到達させ隣接粒子を発泡させ、編み合わせる。所望程度の発泡及び粒子の結合が達成されると、スイッチ２９を開放し、弁３４を冷却流体をジャケント２７に与える位置にし、それを導管３６ａから排出する。所望程度の冷却が達成されると、弁３４をガス源３２及び導管３６を連通させるように再配置し、空気などの冷却ガスの代りに冷却液体が用いられた場合には、ジャケット内の冷却液を追出す。冷却サイクルの完結した時点で型を開け、発泡部品を取出す。

第２図においては、一般的に参照番号７０で示される本発明に従った型壁の断面図が概略的に示されている。型壁７゜は内部発泡粒子接触表面７２及び外部表面７３を有する金属製キャビティ規定部材７１を含んでなる。表面７３に隣接して一般的に参照番号７４で示される複数の電気抵抗加熱要素が配置されている。これらの要素７４は電気的絶縁性ジャケット７６のケースに入れられた導電性部材よりなる。加熱要素７４と隣接の表面７３の間には熱伝導性金属７７がある。

これらの導管は金属製キャビティ部材７１の温度をその中に伝熱流体を通過させることにより減少させるための冷却液体を供給する手段を提供する。本発明の方法はキャビティ規定部材７１を通常のスチーム成形で用いられている圧力に比べて低い圧力に置くのが有利である。従って、キャビティ規定部材の質量はスチーム成形金型に比べて小さくでき、キャビティ規定部材７１の温度は迅速に循環することができる。第２図に示されるような加熱要素７４及び冷却要素７７は部材７４及び７７をキャビティ規定部材７１と密接させて維持するのに役立つ合成樹脂マトリックス７８内にカプセル化されている。部材７１及びマトリックス７８の間には部材７１により規定されているキャビティからガスを逃がすための複数の通路７９が規定されている。その様な型構成はアルミニウム或いは銅などの熱伝導性金属であるのが有利であるキャビティ規定部材７１内の迅速な温度変化を可能にする。

第３図はその中にその初めの容積の少なくとも約４倍に加熱時に発泡することのできる発泡された発泡性粒子８１の集合体を入れた一般的に参照番号８０で示される型の断面図を示す。型８０の底には型８０のキャビティから完全に後退した位置におかれた高温ガス注入探針８３を有する一般的に参照番号８２で示される加熱ガス注入組立物が置かれている。

第４図は探針８３が型８０のキャビティ中に部分的に挿入された型８０を示し、空気などの加熱ガスが型８０のキャビティ中に注入され、粒子集合体８１の流ｖＪ化及びその部分的発泡を引起こしている。

第５図においては、粒子集合体８１は発泡されて型を満たし、及び探針８３は型８０のキャビティ中に完全に挿入されている。

第６図は探針８０が型８０のキャビティから引抜かれ、粒子集合体が発泡し、互に編み合わされて一般的に参照番号８１ａで示される製品を形成する次の工程を示している。

第７図には一般的に参照番号９０で示される成形組立物の断面図が概略的に示されている。この成形組立物９ｏは複数の加熱ガス注入部位を用いたより大きな成形発泡製品を製造するのに特に適したものである。成形組立物９０はキャビティ９２を有する型９１を含んでなる。複数の加熱流体注入組立物は参照番号９３　、９３ａ　、　９３ｂ　、　９３ｃ　、　９３ｄ及び９３ｅにより示されている。ガス加熱流体注入組立物９３〜９３ｅの各々はそれに型９１のキャビティ中に延在する流体注入探針９４〜９４ｅを伴っている。第７図に示されるような組立物は大きく且つ複雑な製品を成形するのに望ましいものである。複数の加熱流体注入部位の使用は単一探針により得られるよりも発泡のより大きな均一性を与え、加熱流体が型内のより遠い令頁域に到達するのを妨げる可能性のある粒子の局所的発泡及び融着を最少にする。

第８図には、一般的に参照番号１００により示される本発明を実施するのに適した加熱流体注入組立物の断面図が概略的に示されている。組立物］００は参照番号１０１により示されるほぼ円筒形の収納部を協働的に含んでなる。この円筒形の収納部は第−即ち上部末端１０２及び第二即ち下部末端１０３を有する。第二の末端１０３は収納部１０１の内部空間に通路１０６により連通している導管接続部１０５を固定した円形の板状部材１０４により閉じられている。収納部１０１はその第一末端１０２ａに導管接続部１０７を配置して有する。収納部１０１内にはそれから間隔を開けられて空気シリンダー１０８が配置されている。

第８図に示されるシリンダー１０８は収納部１旧と同心的であリ、板１０４内の環状溝１１１内に配置されたＯ−リング１０９により板状部材１０４と密封係合されている。空気シリンダー１０８は収納部１０１の第一端部１０２に隣接した第一の端部１１２及び収納部１０１の第二端部１０３に隣接した第二端部１１３を有する。空気シリンダー１０８内にはピストン１１４が配置されている。ピストン１１４はそれに加熱流体注入手段即ち探針１１６を固定して有する。探針１１６は第−即ち下部の端部１１８及び第二即ち上部の端部１１９を有する。第８図に示される探針１１６はその中に縦方向の軸通路１２０を配置して有する中空の円筒形形状である。通路１２０は空気シリンダー１０８、板状要素１０４及びピストン１１４により規定される空間と連通している。空間１２１内には緩衝バネ１２１ａが置かれている。第二の端部１１９においては、探針１１６は末端キャップ１２２により閉じられている。探針１１６の第二の端部１１９に隣接して通路１２０と探針１１６の外部の空間を連通ずる複数の開口部１２３が配置されている。分配組立物１２５は収納部の第一の端部１０２及び空気シリンダー１０８の第一の端部１１２に隣接して置かれている。分配組立物１２５はこれらの両末端と密封係合されている。分配組立物１２５は探針１１６が通るほぼ軸方向に置かれた通路１２７を規定する。組立物１２５は通路１２７及び組立物１２５の外部の空間と連通ずる第一の通路１２８を規定する。組立物１２５は伝熱管１３１と連通ずる第二の通路１２９を規定する。

伝熱管１３１はほぼらせん形の形状を有し、空気シリンダー１０８の外部及び収納部１０１の内部に配置されている。伝熱管１３１は収納部１０１の第一の端部１０２がら空気シリンダー１０８の第二の端部１１３に近接した位置まで延在し、ピストン１１８と板状部材１０４の間の空間に連通している。分配組立物１２５は０−リング１３２により収納部１０１と密封係合されており、又、空気シリンダー１０８の第一の端部１１２と密封係合されている。分配組立物１２５はそれに収納部１０１の最初の端部１０２から離れて取付はフランジを固定している。収納部１０１の第一の端部１０２から離れて、分配組立物はその中に分配組立物１２５と探針１１６を係合させるシールを配置して有する。シール１３５及び分配組立物１２５は内部保持即ちスナップリング１３７及び１３８により保持されている。

第８図に示された加熱ガス注入組立物の操作に当たり、フランジ１３４は型上の適当な位置に固定される。導管接続部１０７は収納部１０１と空気シリンダー１０８の間の空間からの凝縮液及びスチームの排出のための適当な導管が設けられている。通路１２８には、通路１２９と同様に圧縮空気などの圧縮ガス源が設けられている。通路１２９には空気などの加熱流体源が設けられている。はぼらせん形の管１３１は高い熱伝導性を有するのが有利であり、銅製であるのが有益である。スチームが通路１０７に与えられると、管１３１が加熱され、その中に置かれたガス或いはその中を通過するガスも又加熱される。

第８図に示す如く、管１３１内及び空間１２１内の圧力が大気圧以下の圧力である場合には一般的に管内にガスは流れない。

圧力を上げるとピストン１１４がシリンダー１０８の第一端部１１２の方に押付けられ、探針１１６を型中に押込み加熱空気が探針１１６の開口部１２３から追出される。十分な加熱流体が型内に導入されると、空気の通路１２９への流れが停止され、通路１２８への圧力が増大されて探針を型から後退させる。

第９図には、一般的に参照番号１４０により示される本発明の実施に適した別の探針配置器の断面図が概略的に示されている。配置）′ｊｉ１４０は第一の端部１４２及び第二の端部１４３を有するほぼ円筒形の形状の外部収納部１４１を含んでなる。導管接続部１４４が第一の端部１４２にほぼ隣接して配置され、収納部１４１の内部の空間と連通させる。第二の端部１４３はほぼ円筒形の円盤１４６により閉じられている。収納部内にそれから離されて空気シリンダー１４７が置かれている。シリンダー１４７は第８図のシリンダー１０８とほぼ同様の構成である。収納部１４１の第二の端部１４３に隣接して、シリンダー１４７はシリンダーと収納部１４１の間に規定される環状空間１４９と連通ずる複数の通路を規定する。らせん形の緩衝バネ１５１が探針−ピストン組立物１５２と密閉円盤１４６の間の空気シリンダー１４０内に置かれている。収納部１４１の第一の端部１４２には第８図の組立物１２５とほぼ同様の構成の支持組立物１５２がある。

単一の導管接続部１５６が組立ｖＡ１５０によって規定されている。

の空間に連通している。

探針配置組立物１４０の操作に際して、高温空気が探針配置組立物１５２を第一端部１４２の方向に動かせ、探針組立物１５２の探針を組立物１４０が取付けられている型中に押込むのに十分な圧力下に導管接続部１４４から環状空間１４９に供給される。

十分な加熱流体が型に供給されると、流体の供給を中止し、加圧ガスを通路１５２にかけて探針を後退させる。

第１０図には一般的に参照番号１６２により示される流体加熱組立物及び探針の断面図が概略的に示されている。組立物１６０は第一の端部１６２及び第二の端部１６３を有するほぼ円筒形の中空収納部１６１を含んでなる。第一の端部１６２は第一の可動性末端キャップ１６４により閉じられている。末端キャップ１６４はそのほぼ中心部にその長さに沿って配置された探針内の空間とその外部の空間の間を連通させる複数のガス通路１６３を有する中空探針１６７と係合する密封手段１６６を有する探針支持手段１６５を配置している。探針が後退した位置にある場合にはガスは流れない。探針が延長した位置にある場合には、収納部１６１内の開口部の部分は入口通路であり、収納部１６１の外部の通路１６８は排出通路である。収納部１６１の第二の端部１６３は末端キャップ１６４とほぼ同様な形状であるが、永久的に収納部１６１に固定された末端キャップ１６９により閉じられている。第二の端部１６３に隣接した収納部１６１は収納部１６１の内部空間と協働的に連通した導管接続部１７１を有する。探針１６７はキャップ１６９内を延在し、図示されていない探針配置器に接続されている。多孔板１７２は収納部１６１内の第二端部１６３に隣接して配置されている。板１７２は収納部１６１の軸及び探針１６７の軸に対してほぼ垂直である。第二の多孔板１７３は収納部１６１の第一端部１６２に隣接して配置され、板１７０に対してほぼ平行である。

はぼらせん状に配置された電気抵抗ヒータ１７１は探針１６７とほぼ同心的に配置され、収納部１６１の外部の電気端末１７５及び１７６を有する。熱電対１７８が端末１７５及び１７６の間の収納部上に置かれている。探針及び抵抗ヒータ及び熱電対により占められてない多孔板１７２及び１７３の間の空間は粗い粒状金７１７９が充填されている。この粗い粒状金属は例えば魚４或いは５のショフトなどの約０．１インチ（約０．２５ｃｍ）の直径を有する銅ショットであるのが有利である。第１０図に示された流体加熱組立物は特に実験室における小さな成形品の製造に適したものである。

操作に際し、粒状金属１７９が所望温度に達するまで電力が端末１７５及び１７６にかけられる。探針が黒色の矢印方向に型内に押込まれ、空気が導管接続部１７１から供給される。金属１７９を通る空気は所望の成形温度に加熱され、その温度に適当な時間維持される。空気供給を次いで中止し、探針を型から後退させる。実験室の目的のためには、組立物１６０は空気管、一つの電気供給源及び一つの熱電対を必要とする単純な構成を提供する。探針の配置は手動的に、機械的に或いは空気圧的になされてよい。

第１１図には、一般的に参照番号１８０により示される探針を有する流体加熱組立物が示されている。収納部１８１は第一の末端キャップ１８５及び第二の末端キャップ１８６を有し、これらの末端キャップは第９図に示されたものと同様の構成である。末端キャンプ１８５及び１８６は軸方向に配置可能な探針１８７を支持する。収納部１８１内には、収納部１８１の軸に対してほぼ垂直に第一のチューブシート１８９が置かれている。チューブシート１８９は収納部１８１の端部１８２の第一の端部に隣接して置かれている。第二のチューブシート１９１は第一のチューブシート１８９に対してほぼ平行であり、末端キヤ・ノブ１８６に隣接して、しかしそれから間をあけて置かれている。

導管接続部１９２はチューブシート１９１と末端キャンプ１８６の間の空間と連ｉｊｌシている。複数の管１９４がチューブシート１８９と１９１の間に延在する。導管１８１の第二の端部１８３に隣接してチューブシート１９１及び末端キャップ１８６に隣接した空間と連通する導管接続部１９５が配置されている。第二の導管接続部１９７はチューブシート１８９に隣接し、゛末端キャップ１８５から離れた空間との連通を与える。

第１１図の加熱探針組立物の操作に当り、スチームなどの加熱流体が導管接続部１９５に供給され、熱交換チューブ１９４を通過した後導管接続部１９７から排出される。発泡重合体加熱流体は導管接続部１９２に供給され、管１９４を通り、探針１８７が矢印で示される方向に動かされる際に排出される。第１１図の組立物は大きな製品の成形に望ましいものである。

第１２図には、発泡或いは発泡性合成樹脂熱可塑性粒子の発泡特性を評価するために用いられるオーブン組立物の概略等距離部分的切断図が示される。このオーブン組立物は一般的に参照番号２００により示される。オーブン組立物２００は第一の端部２０２及び第二の端部２０３を有する第一の金属棒２０１を含んでなる。棒２０１は長い長方形であり、第一の主たる表面２０４及び第二の主たる表面２０５を有する。電気カートリッジヒータ２０６が棒即ち部材２０１の第一端部２０２に配置されている。第１２図に示される如く、部材２０１は底部と考えることができる。第二の棒部材２０８は部材２０１の上に配置され、棒部材２０１と同様の形状であり、棒部材２０１の隣接端部２０２である端部に配置されたカートリッジヒータ２０６ａを有する。

部材２０８は部材２０１と部材２０１から雛して置かれたハンドル部材２０９を備えることにおいてのみ異る。はぼ平面上の直方体部材２１］が部材２０８及び２０１の間に置かれる。部材２１１は部材２０１及び２０８の幅にほぼ等しい幅を有する。部材２１１は主たる層２１２を有する積層構造である。層２１２は合成樹脂熱　５可塑性粒子の検討が行われる温度により影響を受けない発泡体であるのが有益である。層２１２には第二の層２１４が固定されている。層２１１１はアルミニウム箔であるのが有益である。

層２１４にほぼ平行に且つそれから離れて層２１１に接触してないアルミニウムなどの導電性金属箔の層２１５がある。層２１１は一般的に参照番号２１６により示される複数の離れた開口部を規定する。

オーブン組立物２００の操作に際し、複数の小さな孔が部材２０８などの一つの部材の端部を通してドリルで孔開けされる。

その様な孔は参照番号２１８により示され、図面中に黒い点として表われる。部材２１１などの部材は開口部２１６なしに表面２０４上に置かれ、箔層２１５を層２１２に適用し、部材２０８を箔層２１５上に配置する。部材２０１はいづれかの末端にベンチトップなどの作業面上約６インチ（約１５Ｃｍ）に台により支持される。電力を次いで部材２０１及び２０８の温度がほぼ一定になるのに十分な時間カートリッジヒータ２０６及び２０６ａにかける。熱電対の読みは開口部２１８を熱電対ウェルとして利用する棒の長さに沿ってとられる。結果を次いで第１３図に示す如くプロットする。開口部を次いで部材２１１中に合成樹脂発泡体が用いられる所望の温度を得るための適当な間隔で形成する。一般的に開口部を箔或いは層２１４の積層前に第二の熱可塑性発泡体片中に形成するのが望ましい。

第１３図中のプロットは２Ｖ２インチ（約６．３ｃｍ）幅及び１ｚインチ（約３．８ｃｍ）厚みの３６インチ（約９１ｃｍ＞長のアルミニウム棒を用いたオーブンから得られた。層２１１は０．６２５インチ（約１．５８７ｃｍ）厚みのポリイソシアヌレート発泡体であった。開口部２１６に対応する開口部は幅２インチ（約５ｃｍ）及び長さ１．３７５インチ（約３．４９２ｃｍ）であった。

用いられたアルミニウム箔は約０．００１インチ（約０．００２ｃｍ）の厚みであった。

ｎ−例」− 約３インチ（約７．６２ｃｍ）立方のキャビティを有する型を製造した。型の壁及び底部は断熱のためのＮＯＭＥＸという商標名で市販されている半インチ（約１．２７ｃｍ）厚のハニカムで内張すされた３／８インチ（約０．９５ｃ＋ｎ）厚の合板で形成された。

ハニカム内張の内部表面上には約１／８インチ（約０．３１　ｃｍ　）幅及び約１／８の深さの寸法の複数の溝を形成した。これらの溝は空気その他の冷却ガスを型の底部から上部の縁まで運ぶように配列させた。薄い断熱層内にカプセル化された金属箔抵抗ヒータをハニカム断熱部の内部表面に接着した。電気抵抗ヒータを次いで１０ミルのアルミニウムシートに積層し、その中にフルミニラム表面の成型用キャビティを有する本質的に開放頂部箱を得た。型の頂部即ち六番口の面はヒータが用いられない他は同様にして製造した。第１０図に示されるようなヒータを箱の底部の中心Ｑこ配置した。ヒータの探針は探針を選択的に型内に配置し、及び探針を型から取出す空気シリンダに接続した。ヒータは約０．０１＋インチ（約０．０２５　＋ｃｍ）の直径を有する２５ボンド（約１１．３ｋｇ）の銅を充填した４インチ（約１０．１ｃｍ）直径のステンレス管であった。加熱アルミニウム箔を測定するために及び成形用キャビティのほぼ中心部における温度を測定するために熱電対を配置した。未加熱の型頂部はゆるく取付は成形圧力がめられた第一の指示計により所定位置に維持された。

成形体は９９．９２重量％のスチレン及び各々０．０４重景％のジ合スチレンジビニルヘンゼン混合物から調製した。重合後得られたビーズに１８重量％の６０／４０重量部のジクロロジフルオロメタン及びトリクロロフルオロメタンの混合物を含浸させた。これらの粒子は４．５分後に１２０°Ｃのオーブン中でそれらの元の容積の６８倍に発泡した。これらの発泡粒子を周囲条件において一晩貯蔵した後平方インチ当り５０ポンド（約３−５　ｋｇ／　ｃｕｔ）の空気に２５− ℃で１９時間曝露した。この発泡粒子の試料を１２０°Ｃに１分間曝した。この二次的処理は発泡粒子の元の容積の１．８２倍の膨張を引起こした。４個の３インチ（約７．６Ｃｍ）の立方体をこの空気加圧立方体から以下の方法で成形した。全ての四つの成形操作においてキャビティに発泡体粒子をゆるく充填し、内部及び型表面加熱条件を変化させた。銅ショットは１３２°Ｃの温度に保ち、探針を後退させたショット上の空気圧は平方インチ当り４０ポンドゲージ（約２．４　ｋｇ　／　ｃｒＡゲージ）に維持した。

第一の前記成形において、探針は型内に発泡体の中心が１１０°Ｃに到達するまで挿入し、探針を完全に後退させた。

１１０″Ｃまでの加熱は約１５秒を必要とした。探針の引抜き時に、型表面のヒータを型の表面温度が１１０°Ｃに到達するまで活性化させた。型の加熱には約３５秒を必要とした。抵抗ヒータへの電力を切ると、空気が表面ヒータ下のハニカム中に形成された冷却炉を通じて押込まれた。型表面上の圧力は５０秒後に約平方インチ当り３．５ボンド（約０．２５　ｋｇ　／　ｃｆ　）の最大値に到達し、その後減少した。得られた成形体は中心部に空隙がなく、優れた内部粒子膨張を示し、五つの平滑な表面を有した。未加熱の型頂部に隣接した表面は粗さを示した。

得られた成形立方体の密度は立方フット当り０．５ボンド（約８、４　ｋｇ　／　ｃＴＡ）であツタ。

第二の成形体は表面ヒータが先ず活性化され、高温空気探針を４０秒後に挿入して行った。型表面は１２０℃の温度に到達した。壁に対する発泡体圧力は徐々に増大し、最大約平方インチ当り１．２ボンド（約０．０８４ｋｇ／ｃｆｆｌ）に到達した。探針は発泡体中に２０秒間留どまった。６０秒の全成形時間後、探針を引抜き、型をハニカム中の通路を通して空気を通すことにより冷却した。得られた成形体は悪い品質のものであり、型の中心部にチャンネリングを示した。表面外観も悪かった。

発泡粒子に所望の変形を与えるのに不十分な圧力が発生したものと思われる。

第三の成形体は表面加熱器が活性化されない他は第一の成形体を製造するのに用いられた方法を繰返すことにより製造された。型圧力は約平方インチ当り２ボンド（約０．１４　ｋｇ　／　ｃｎｌ）の最大圧力を示した。得られた成形体は粗い表面及び幾らかの内部空隙を有した。

第四の成形体は型の壁のみが約１２０°Ｃの温度に加熱して製造された。高温空気探針は用いられなかった。成形体の内部温度は約８０°Ｃに到達し、型表面の圧力は約平方インチ当り２ボンド（約０．１４ｋｇ／ｃ己）に到達した。得られた成形体の五つの面即ち加熱型壁に接触した面は平滑であった。成形体の中心部はその領域において融着が貧弱であるか或いは全（な去見五皿商品名Ｐｌａｓｔｉｚｏｔｅ　Ｐ　１０４６として市販されている架橋低密度ポリエチレン発泡体をＢ　Ｘ　Ｌコーポレーションから得た。

このポリエチレン発泡体シートは暗青色であり、１．３インチ厚（約３．３　ｃｎｌ）であり、且つ立方フット当り２．５４ボンド（約４２．６ｋｇ　／　ｍ　）の密度を有した。この発泡体は架橋低密度ポリエチレンのものであった。平均気泡径は約０．２〜０．３−ｔであった。このシートをナイフで稜が０．３７５インチ（約０．９５ｃｍ）の立方体に切断した。これらの立方体を引続き空気に曝し、平方インチ当り５０ボンドゲージ（約３．５　ｋｇ　／　ｃｎｌゲージ）の圧力の下で大気中に１４４時間貯蔵した。空気圧が大気圧に減少した後５分未満以内に立方体を１００〜１３０°Ｃの温度の高温空気に５°Ｃの増加をもって接触させて加熱し、最適発泡の時間及び温度をめたところ、それは約４５〜６０秒間の間の約１２５℃であるように思われた。

前記型に８．６ｇの空気加圧立方体をゆるく充填した。銅ショットのヒートシンクを１４２°Ｃに維持し、流れのない圧力は平方インチ当り４０ポンド（約２．８ｋｇ／ｃＪ）ゲージであった。

高温空気探針を型の中心に挿入し、型の壁ヒータを探針の挿入後１５秒間活性化した。探針を４５秒後に完全に後退させ、抵抗壁ヒータへの電力を切り、冷却空気をハニカムの通路を通して吹込んだ。型壁は約１１５°Ｃの最大温度に到達した。型の中心は約１１０℃の温度に到達した。型壁の最大圧力は、平方インチ当り約５．３ボンド（約０．３７ｋｇ／ｃＪ）ゲージであった。

成形体を型壁温度が約５５°Ｃにおちた型挿入後１７５秒後に型から取出した。

得られた成形体は立方フット当り１．１７ポンド（約１９．６５ｋｇ／　％）の密度を有した。この立方体は型の内部の忠実な再生を示し、良好な直角な隅部を示した。型の中心から切出した１／８インチ（約０．３１Ｃｍ）厚みの１，２５インチ（約３．１００ｍ）のスライスは良好な融着を示し、裂けることなくその元の寸法の２倍に伸長することができた。

前記実施例で用いた立方体を２５°Ｃで平方インチ当り３０ポンド（約２．１　ｋｇ　／　ｃｕｔ）ゲージの空気圧下に１４４時間維持して、各種温度及び時間において空気に曝露することによる発泡試験を行った。１２０〜１３０℃における約３０〜７０秒の時間において、発泡は元の発泡体容積の約１．８〜１．９倍であった。

前記型に１０．９　ｇの空気加圧立方体を充填した。銅ショットは空気流のない条件下に１４２°Ｃの温度に維持した。

１施１゜探針を６０秒後に後退させ、又型壁を約１３３°Ｃに加熱した以外は実施例■の方法を繰返した。型壁土の圧力は成形サイクルの間平方インチ当り１ボンド（約０．０７　ｋｇ　／　ｃｔＪ　）であった。

多角形形状に変形した立方体形状粒子は隣接粒子との界面接着を与えることを必要とした。幾らかの表面空隙が成形体中にあった。得られた成形体は強靭なりソション構造に適した緊密な構造であり、立方フット当り１．４４ポンド（約２４．１９ｋｇ／　ｃｌ　）の密度を有した。

実差朋−凹先に実施例■で用いたポリエチレン発泡体の立方体を平方インチ当り５０ボンド（約３．５　ｋｇ／　Ｃ［＋りゲージの空気の雰囲気内に２５°Ｃで２４０時間閉込めた。これらの立方体の１１０℃の温度における二次的発泡は未処理発泡体粒子の容積の２．３４倍の発泡倍率を与えた。前記型に４．９ｇのこの空気加圧発泡体ポリエチレン立方体を充填した。用いた成形条件は実施例Ｈのものであった。得られた成形立方体は成形後寸法的に安定であった。それは、鋭いよく充填された隅部を有し、粒子間の目にみえる空隙はなかった。得られた発泡体は立方フット当り０．６ボンド（約１０．０ｋｇ／ｍ）の密度を有した。

実施ｍ竺立方センナメートル当り０．９１５　ｇの密度、５．５の溶融指数、平均分子ｉｔ　２０２，０００及び１５．３００の数平均分子量を有する低密度ポリエチレン発泡体を得た。それを２軸押出機内において重合体の重量に基づき５重世％のアゾビスホルムアミド（Ｕｎｉｒｏｙａｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより製造されるＣｅｌｏｇｅｎ　ＡＺの商標名で市販されている商品）と混練りした。押出機中の重合体の温度は約１４０℃であった。この重合体を押出機から０．７６ｃｍ直径の紐の形状で排出させた。紐を０．８６　ｃｍ長さに切断し、２百万電子ボルトの電子で３．５メガランドの線量で照射し、重合体を僅かに架橋させた。この軽度に架橋された粒子を引続いて５３重重量硝酸カリウム、４０重重量亜硝酸ナトリウム、及び７重量部の硝酸ナトリウムの塩浴中に２分間浸漬された。

得られた粒子は平均１．７５ｃｍの直径及び約１．９５ｃｍの幅のおよそ円筒形の発泡体片であった。これらの粒子を室温に冷却し、−晩貯蔵した。これらの粒子は立方フット当り５．３ボンド（約８９．０ｋｇ／ｍ）の密度を有し、以下において予備発泡体粒子と称する。発泡粒子を窒素雰囲気下において平方インチ当り６６ボンド（約４．６２　ｋｇ　／　ｃａ　）ゲージの圧力で５５℃の温度で１０日間維持した。窒素雰囲気への曝露は発泡粒子の重量を１０ｇから１０．２６ｇに増大させた。初期発泡体粒子の試料を大気圧力内で空気オーブン中において１２０℃で５分間曝露して引続き約２５℃に冷却した。発泡体は未発泡容積の４２．８倍に増大した。

実施例■で用いたものと同様な構成の型を用いた。しかしながら、この型は各種が５インチ（約１２．７ｃｍ）の寸法のほぼ立方体の形状のキャビティを有した。型の頂部表面にはその一方の側に１インチ（約２．５４ｃｍ）の段差を有するほぼ３インチ（約７．６２ｃｍ）の幅及び２インチ（約５．０８ｃｍ）の高さの段差のある平坦部を設けた。型の容積は１０６．２５立方インチ（約１７４０　ａｌｌ）であった。４８．２ｇの窒素加圧発泡体をキャビティに添加し、キャビティを２．３インチ（約５．８４Ｃｍ）の深さまで充填した。このゆるい粒子の集合体の見かけ上の嵩密度は立方（ｍ当り０．０５１　ｇであり、この集合体は型容積の５４％を占めるものと計算された。銅ショットは空気流なしに１４２° Ｃ及び平方インチ当り１４０ボンド（約９．８ｋｇ／ｃｒＡ）の空気圧に維持された。

高温空気探針を１インチ（約２．５４ｃｍ）キャビティ中に挿入し、キャビティの発泡体粒子を流動化させた。キャビティ温度が約２０秒後に１１０°Ｃに到達した時点で探針をキャビティの頂部に完全に挿入し、引続き７０秒後に後退させた。型壁を探針挿入後２０秒間加熱し、８０秒後には型壁は１３０”Ｃの温度に到達し、電力をヒータから除去した。型をハニカム材料内の冷却通路を流れる周囲空気で冷却した。型壁が７０　’Ｃの温度に到達した時点で成形体を取出した。この成形体は立方フット当り１．７３ボンド（約２９．０６　ｋｇ　／　ｍ　）の密度を存した。

キャビティの良好な複製が得られた。この成形体は粒子間及び表面空隙の本質的にないものであった。それはクッション包装に適した粗い弾力性のある良好な品質のものであった。

前記明細書から明らかな如く、本発明は前記明細書及び説明において説明されたものとは特に断る各種変更及び修正がなされ得るものである。このため、前記説明の全ては単に例示のものであり、以下に掲げる請求の範囲に示される以外は本発明を制限するものとは解されてはならない。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．複数の合成樹脂粒子から発泡合成樹脂熱可塑性製品を成形する方法において、次の工程の組合せを特徴とする方法：ａ）複数の第一の発泡合成樹脂粒子を提供する工程、ｂ）第一の発泡粒子中に第二の発泡粒子を形成するための発泡剤を第二の発泡粒子を発泡温度に加熱時にそれらの容積が第二の発泡粒子の容積の少なくとも１．７倍の容積に増大するのに十分な量で導入する工程、ｃ）第二の粒子を内部型表面を有する型内に配置する工程、ｄ）第二の粒子に対して非溶媒であり、第二の粒子を発泡させて相互に付着させるに十分な温度である加熱ガスを概して型の内部表面から離れた少なくとも一つの箇所に導入して加熱ガスを型から逃す工程、及びｅ）型の内部表面の少なくとも主たる部分をそれに隣接した発泡性の第二の粒子を発泡させる温度に加熱して一体化合成樹脂発泡製品を提供する工程。
２．発泡剤を発泡体粒子中に粒子を超大気圧下に維持することにより導入する工程、及び型の少なくとも一つの内部表面を内部表面の外部の熱源から加熱する工程を含んでなる請求の範囲第１項記載の方法。
３．発泡剤が空気であり、加熱ガスが加熱空気である請求の範囲第２項記載の方法。
４．加熱ガスが型内の複数の位置に導入される請求の範囲第１項記載の方法。
５．型の内部表面の全てが加熱される請求の範囲第１項記載の方法。
６．発泡された合成樹脂粒子が軽度に架橋された樹脂材料である請求の範囲第１項記載の方法。
７．樹脂材料がスチレン重合体或いはエチレン重合体である請求の範囲第６項記載の方法。
８．内部に規定された成型用キャビティを有する型及び発泡粒状材料を成型用キャビティ中に導入するための手段を組合わせて含み、型が内部表面及び外部表面を有し型が型の内部表面及び外部表面の間に延在するガス逃し、手段を規定するタイプの発泡体成形装置において、全て次の組合せにより特徴付けられる装置：（ｉ）型の内部表面の外部に配置された型を加熱するための手段、（ｉｉ）型の内部表面の外部におかれた型を冷却するための手段、（ｉｉｉ）加熱ガスを型内の内部表面から離れた箇所に導入するためのガスを型の内部表面から概して離れた箇所に導入する手段及び（ｉｖ）ガスを導入する手段を型の成形用キャビティから引抜く手段。
９．型が金型であり、型を加熱する手段が型の外部表面の少なくとも主たる部分に配置され、そして型を冷却する手段が型の外部表面の少なくとも主たる部分上に配置されている請求の範囲第８項記載の成形装置。
１０．加熱ガスを導入するための複数の手段を型の内部表面から離れた箇所に含んでいる請求の範囲第８項記載の成形装置。
１１．型を加熱するための装置が型の外部表面上に置かれた電気抵抗ヒータである請求の範囲第８項記載の装置。
１２．型を冷却するための手段が冷却流体源と連通するようにされた導管を含んでなる請求の範囲第８項記載の装置。
１３．型を加熱するための装置が電気抵抗ヒータであり、型を冷却するための手段が冷却流体を受取るようにされた導管を含んでなる請求の範囲第８項記載の装置。
１４．加熱ガスを型内に導入するための装置が型進入端部及び配置端部を有する管状部材よりなり、該型進入端部は多孔状であり、管状部材を型内或いは型の外部に選択的に配置する手段と組合わされて管状部材内の空間と管状部材の外部空間の間に連通を与える請求の範囲第８項記載の装置。
１５．第一の即ち入口端部及び第二の即ち出口端部を有する室であってその中に粒状金属体を配置して有し、粒状金属を加熱する手段及び加熱流体を室の入口末端に供給する手段を有する室を規定する手段と協働的に組合わされた請求の範囲第８項記載の装置。