JPS6219285B2 - - Google Patents

Description

発明の背景 発明の分野 この発明は、発泡熱可塑性成形体、例えば、ポ
リスチレンまたはポリエチレンの比較的厚味があ
り、例えば154cm²（24平方インチ）または、これ
以上の横断面積を有し、63.9Kg／m³（立方フイー
ト当り４ポンド）を越えない密度を好ましくは有
する成形品の成形方法と装置に関する。

先行技術の記載 この発明は、大形構造のプラスチツク発泡体の
製造をほぼ30年にわたり困らせていた問題を解決
するものである。「大形構造のプラスチツク発泡
体」は、発泡プラスチツク・ボード、厚板パネ
ル、ビームその他の類似物で、厚さと幅が数イン
チで、長さも数フイートあり、建築材、断熱材、
クツシヨン材、浮き材、遮音材などに主として用
いられるものを含む。

大形構造プラスチツク発泡体に関する初期の特
許の一つは、アメリカ合衆国特許2515250号であ
り、発泡性ゲルを大形の耐圧容器（ガス状の発泡
剤と空気と共に、159Kg（350psi）に加圧）へ押
し出し、20〜24時間にわたり、前記容器内におい
た後放出バルブから低圧域、即ち大気圧域へ放出
し、発泡丸太またはビームを成形する方法を開示
している。この方法は、その後間もなく、アメリ
カ合衆国特許2669751号（同一譲受人の異つた発
明者によるもの）において、「多目的を狙うに
は、操作性に劣る」として批判され、その理由と
して、「充填のゲルを排出する間に、ゲルが容器
と排出口の内壁に付着し易く、1/3以上の大量の
ゲルが容器内に残る間に底部の放出バルブからベ
ーパが逃げ出す」点が指摘された。U.S.
P.2669751号は、さらに、貯蔵容器や熱交換器な
どの他の装置を使用し、ガス状の発泡剤と熱可塑
性ポリマーの混合物を成熟させ、これを押し出し
て発泡させる前段階で混合物全体にわたり均一な
温度をもつ均質の流動性ゲルとするには、操作性
にフレキシビリテイを欠き、特にセル構造体に発
泡成形される混合物の組成の急速な変化および温
度変化は期待できず、操作完了までに３日から一
週間要すると記載している。

このような問題の解決策として、U.S.
P.2669751号は、発泡ポリスチレンのビレツトま
たは丸太状物（直径5.0〜6.3cm（２〜2.5イン
チ））をポリスチレンと発泡剤の熱可塑化混合物
と発泡が可能となる低圧域へ押し出す前に60℃〜
130℃（140〓から266〓）まで温度を下げる冷却
手段とにより成形する方法を提案している。U.
S.P.2515250号の問題点のいくつかは、U.S.
P.2669751号により解決されたものの、前記のも
のよりも大形のビレツトまたは丸太状物の成形
は、前記装置では困難であるという難しい問題点
が生じた。

U.S.P.3187669号に指摘のように、ポリスチレ
ンなどの熱可塑性樹脂により直径が2.5〜5.1cm
（１〜２インチ）で、低密度発泡のロツドのよう
な、小径の円形発泡ロツドは、きわめて簡単に成
形される。仮りに、発泡剤の混合比、温度その他
の条件を前記特許の条件と同様にして、例えば、
厚さが31cm（12インチ）で、幅が60cm（24イン
チ）のビレツトなどの大形断面の発泡体を成形し
たとすると、明らかに失敗するもので、成形品は
曲がり、ねじれ、破損する。

より大形の断面形状の成形品を成形するには、
より大形のダイス・オリフイスが必要となる。大
形のダイス・オリフイスには、オリフイス内での
発泡作用を防ぎ、その結果として生ずる表面の悪
化を防ぐため、ある一定の時間内で発泡性混合物
を大量に供給しなければならない。一般市販のエ
クストルーダは、発泡性混合物の十分な量を適当
な温度条件で大形のダイス・オリフイスへ供給
し、オリフイス内の発泡を防ぐという操作ができ
ない。特別に設計された、大形エクストルーダで
あれば、ダイス・オリフイスへ多量の発泡性混合
物を供給できるが、設備投資額、エネルギー消費
量、初期およびラーニングコストの要求に合わな
い。運送コストもエネルギーコストの上昇によ
り、長距離輸送においては歓迎されない額とな
る。

大形の発泡成形品の成形については、種々の問
題をもつたU.S.P.2515250号または、U.S.
P.2774991号、さらには、操作が困難で不経済で
あり、要望に応えるにはきわめて不十分な超大形
装置の使用を除いては、先行技術は知られていな
い。

ポリスチレン発泡の射出成形が1962年１月発行
のプラスチツク・ワールド（「膨張可能のポリス
チレン・ビーズの射出成形」18〜20頁）にジーリ
ンスキーにより記載されている。ジーリンスキー
方法によると、発泡剤として、ペンタンを含んだ
発泡性ポリスチレン・ビーズが射出成形される。
射出成形による発泡ポリスチレンの密度は、常
に、使用されるポリスチレンの硬化密度の少なく
とも半分、即ち、480〜636Kg／m³（立方フイート
当り30〜40ポンド）である。

ジーリンスキーの成形品以来、射出成形の分野
において発泡プラスチツク成形が活溌化した。し
かしながら、これには材料の溶融ポリマーと発泡
剤の混合物を金型内へ流入させるには、ポリマー
混合物を射出の間、149℃〜176℃（300〓〜350
〓）の高温度に保つ必要があり、また、発泡密度
は、比較的高密度のものとなる。仮りに、この発
明のように、ポリマーと発泡剤の混合体を前記温
度の状態でアキユムレータに保持し大気圧域へ排
出するとすると、ダイス内で発泡が生じ、発泡成
形品の表面は凹凸面、あばた面となり、構造も不
均一となる。

エンジエル、ジユニアのU.S.P.3268636号には
発泡性ポリエチレンまたはポリスチレンをアキユ
ムレータに注入し、アキユムレータに十分な射出
量をためた後、金型へ射出成形する技術が示され
ている。このエンジエル特許は、比較的厚い成形
品の成形に関するものであるが、エンジエル・シ
ステムでは、金型内に射出される発泡性組成物
は、小粒径の状態となり、これらが金型内でフユ
ーズして成形品となる。したがつて、エンジエル
の発泡成形品は、高密度のもので、63Kg／m³（立
方フイート当り４ポンド）内外の密度の発泡成形
品はエンジエル工程では得られない。さらに、溶
融接合した成形品は、内部構造の強度に劣る。

U.S.P.3436446号の改良特許において、エンジ
エルは、容器などの比較的薄肉成形品を発泡性熱
可塑性材料のアキユムレータへの注入により射出
成形する方法を開示している。アキユムレータに
十分な量が注入されると、発泡性組成物は、閉止
の金型内へ射出され、熱可塑性材料のソリツド状
態の密度の半分以上の密度、例えば、480Kg／m³
（立方フイート当り30ポンド）または、これ以上
の薄肉発泡成形品を得る。成形品は発泡するが、
この発明による発泡成形品の密度よりも15倍また
はそれ以上の密度の発泡状態となる。

U.S.P.3249660号のキング特許は、発泡性熱可
塑性材料を溶融状態で発泡しない圧力のもとに金
型へ射出し、その後金型を機械的に膨張させ、圧
力を下げ、金型内で発泡させる射出成形を開示し
ている。この場合の成形品もエンジエル特許と同
様にこの発明により得られる発泡密度に比較すれ
ば、きわめて高い密度のものである。

U.S.P.3162703号のアイレス特許は、ペンタン
とブレンドしたポリスチレンを使用し、加熱領域
を通して、ポリスチレンを軟化させた状態のまま
発泡成形品を射出成形することを開示している。
加熱領域通過後、ゲル状態で加熱されたアキユム
レータ２６へ入り、十分な量がたまつた後、金型
へ射出されバキユウムが作用している金型内で発
泡する。発泡性組成物は、金型内で膨張し、金型
の型どおりに成形される。この方法による成形品
の発泡密度も金型内の膨張により組成物を金型の
型面に強く押し付けるため、きわめて高い。

U.S.P.3437722号のクローニン他の特許は、ポ
リスチレンまたはポリエチレンなどの発泡性熱可
塑性材料をアキユムレータに注入し間欠的な閉止
金型へ注入するトランスフアー成形による発泡成
形品の成形を開示している。

前記した先行技術は、いずれもこの発明の開示
または示唆していない。この発明は、発泡性組成
物を保持ゾーンまたはアキユムレータを注入しそ
こで組成物の発泡を抑える温度と圧力により組成
物を貯え、ついで前記保持ゾーンまたはオリフイ
ス内で発泡しないような圧力で、かつ外気圧の低
圧領域へ発泡成形体の表面がダメージを受けず、
また、急激に膨張して、少なくとも一方向に応力
が集中しないような圧力で前記組成物を押し出
し、発泡成形品が長尺もので発泡密度が63Kg／m³
（立方フイート当り約４ポンド）を越えず、断面
積が155cm²（24平方インチ）以上のもの得ること
を特徴とする。

発明の要約 この発明は、幅寸法が数インチであり、厚さ寸
法が2.54cm〜数センチ（１インチ以下から数イン
チ）であり、長さが数フイートに達する長尺もの
であつて、建築材、断熱材、浮き材、浮標材、包
材、プール用トイ、オイル流出防止フエンスなど
の応用部材などとして使用される長尺の熱可塑性
セル構造体の成形方法と装置に関する。この発明
は前記先行技術の問題を解決し、安いコストによ
り、大形で低発泡密度の熱可塑性セル構造体を設
備投資額も最低に成形する手段を提供する。

それが故に、この発明の主たる目的は低密度で
大形の熱可塑性ポリマー発泡体を成形し、大形の
耐圧容器の使用、長期にわたる仕込み時間、巨大
なエクストルーダのような超大形装置などを不要
とした成形方法と装置を提供するにある。

他の目的は、大形で低密度の状態に発泡し時間
当り2268Kgまたは4536Kg（5000または10000ポン
ド）の割合で高品質の、寸法精度の高い、真直
し、大形で低密度の熱可塑性発泡体を得る方法と
装置を提供することにある。

他の目的は、発泡性熱可塑性ポリマーと発泡剤
の混合物を大形のダイス・オリフイスからオリフ
イス内の発泡を抑止するに十分な押し出し速度と
材料表面へのダメージを与えるような高圧をさけ
ての圧力により押し出す方法と装置の提供にあ
る。

この発明の他の目的は、一端から他端に至る全
構造が均一で、不均一な部分が全くなく、耐圧容
器使用による残留物除去などの残滓処理、トリミ
ング処理を必要としない大形の低密度熱可塑性ポ
リマー発泡体を得る手段を提供するにある。他の
目的は従来の耐圧容器使用または巨大エクストル
ーダ使用による発泡成形体の高速成形よりもさら
に大きく、低密度の熱可塑性発泡体を得る方法の
提供にある。

この発明は、前記先行技術の問題を熱可塑性ポ
リマーと発泡剤の混合物の形成、低圧域へ注出さ
れると発泡する発泡剤の作用を保つような粘度と
なる温度条件において混合物を冷却する冷却工程
からなる方法の提供により解決するものである。
冷却後、混合物は、発泡を抑止する温度と圧力下
に保たれた保持ゾーンへ注入される。保持ゾーン
はオリフイスを備え、外気圧のような低圧領域へ
オリフイスを介して混合物を押し出し発泡させる
もので、オリフイスは保持ゾーン内の発泡性混合
物を阻害しない閉止手段で閉止される。さらに、
可動ラムにより混合物はオリフイス内で発泡しな
いような圧力を受けながら、かつ、発泡成形され
るセル構造体の内部組織が不均一になつたり、表
面が不均一となる溶融破壊が生じないような低さ
の圧力を受けながら発泡可能領域へ押し出され
る。オリフイスを通り、低圧領域へ押し出された
発泡性混合物は、少なくとも一方向の応力の集中
を受けず、所望の大形な低密度熱可塑性発泡体に
膨張する。

この発明に使用可能の熱可塑性ポリマーはポリ
スチレン、高、低密度のポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリビニルクロライド、その他の熱可塑
性発泡体成形に用いられる熱可塑性ポリマーを含
む。このようなポリマーは、前記先行技術に開示
されている。

発泡剤として好適なものは、熱可塑性ポリマー
に可塑化効果を与えるもので、トリクロロメタ
ン、ジクロロジメタン、トリフルオロクロロメタ
ン、ジフルオロテトラクロロエタン、ジクロロテ
トラフルオロエタン、クロロトリフルオロエタ
ン、ジフルオロエタン、ブタン、ペンタン、ヘキ
サン、プロパン、プロピレン、ブチレン、メチル
クロライドなどの液状フルオロカーボンを含む。
好適な発泡剤は、大気沸点が約−42℃〜約40℃の
ものであり、トリクロロフルオロメタンとジクロ
ロジフルオロメタンの混合物も使用できる。その
他の発泡剤としては、可塑化効果をもち、大気沸
点が−41℃〜40℃のものが使用できる。

ケミカル発泡剤、即ち、加熱時分解するジアゾ
ジカーボンアミド、およびその他のアゾ、Ｎ−ニ
トロソ、カーボネートおよびスルフオニル・ハイ
ドラジドさらには、ニトロジエンおよびカーボン
オキサイドなどのガスがそれ自体単独で、または
他の発泡剤と共に使用できるが、可塑化の発泡剤
使用の場合よりも発泡密度は低くない。

熱可塑性材料と発泡剤の混合物には、セル・サ
イズおよびセルの均一性をコントロールする目的
で、公知の核剤を含む添加物を添加することがで
きる。熱可塑性発泡体技術において公知の着色剤
も、例えば黒色発泡体などの着色発泡体を得るた
めに添加できる。セル構造体の寸法、形状、均一
性などの物質をコントロールする。その他の添加
物も使用できる。

この発明の方法を実施するには、粒状または粗
い粉状の熱可塑性ポリマーがホツパーからエクス
トルーダへ供給され、エクストルーダ内で加熱、
混練され、エクストルーダ内を溶融状で進められ
る。エクストルーダ内で熱可塑性ポリマーを溶融
するに必要な温度は、176〜204℃（350〜400〓）
内外の加熱温度で、使用される材料の性質により
定まる。エクストルーダの中間地点で、プラスチ
サイジングの発泡剤が溶融した熱可塑性ポリマー
へ圧入されることが好ましく、混合された混合物
は、エクストルーダ内を前進する。発泡剤の可塑
化作用により、熱可塑性ポリマーと発泡剤との混
合物溶融体は、エクストルーダの先端へ押し進め
られながら冷却される。

熱可塑性ポリマーと発泡剤との溶融混合物の冷
却は重要なことであり、この冷却により、混合物
が低圧域に押し出され、発泡することを可能と
し、発泡剤のロスを防ぎ、発泡剤の膨張により発
泡されたセル内に発泡剤が残れない溶融ポリマー
の不活性に起因するセル構造体の破壊を防ぐ。低
圧域へ押し出された発泡性混合物の温度が低すぎ
ると、混合物の熱可塑性ポリマー部分は、流動化
し、発泡剤の膨張により発泡された混合物または
セル内に発泡剤を残すに十分な粘度を保てない。
発泡性混合物の冷却する温度範囲は、混合物の熱
可塑性ポリマーの性状と、発泡剤のタイプおよび
使用量により定まる。例えば、ポリスチレンを含
む発泡性混合物の場合は、60℃〜135℃（約140〓
から約275〓）の範囲の冷却温度がベストであ
り、場合によつては、110℃〜126℃（約230〓か
ら約260〓）が好適となり、さらには、この好適
範囲外の温度でもよい。低密度ポリエチレンを含
む発泡性混合物に対する冷却温度範囲は、好まし
くは101℃〜115℃（約215〓から約240〓）で、82
℃〜137℃（約180〓から約280〓）がその範囲と
なり、好適温度範囲外のものでもよい。

例えば、104℃〜126℃（約220〓から約260〓）
の好適範囲で発泡性混合物が冷却されて保持ゾー
ンへ供給され、発泡作用が生じない温度と圧力で
保持される。保持ゾーンには、例えば、大気圧域
またはバキユウム作用域などの低圧域に連通のオ
リフイスをもつダイスが設けられている。このオ
リフイスは、保持ゾーンの外側において可動のゲ
ートにより、外側から開閉される。ゲートの動作
は、保持ゾーン内の発泡性混合物の性状に影響を
与えない。温度と発泡性混合物の粘度により、発
泡性混合物は、流動し難い。発泡性混合物は、冷
却され、所定粘度状態にあつて、混合物の流動が
抑えられているので、混合物に対する障害構造物
に混合物が分離されるおそれがある。そのため、
エクストルーダ、保持ゾーン、ダイス・オリフイ
スの内面は平滑面で、粘度のある発泡性混合物が
流動し易い流動経路になつている。

また、溶融した発泡性混合物の流れが曲折する
のを出来る限り少なくし、エクストルーダから保
持ゾーンへ、保持ゾーンからダイス・オリフイス
への距離を出来る限り短かくすることが望まし
い。このため、エクストルーダは、保持チヤンバ
へできる限り近接させ、直線路をとつてエクスト
ルーダから保持ゾーンへ混合物を供給し、オリフ
イスも保持ゾーンへ可能な限り近接させ、これも
直線、連続的に混合物をオリフイスから押し出せ
るようにすることが必要である。

溶融発泡性混合物は、ダイスのオリフイスに可
能な限り接近したシングルのポートまたは多数個
のポートを介し、エクストルーダから保持ゾーン
へと送られる。そして、保持ゾーンから混合物が
押し出されるときは、保持ゾーン内の混合物は、
ほぼ全量が押し出されることが望ましい。押し出
し後、新たなチヤージが始まる前に、混合物が保
持ゾーンに残留すると、その後の押し出しによる
セル構造体の構造が不均一になることが判明して
いる。このような不均一性は、後行の成形体の前
端がフツク状となる現象を含む。これは、先行の
成形体の混合物の一部がオリフイス閉止後も保持
ゾーン内へ残留して、組織変化が生じた結果と考
えられる。このような先端のフツク状体の形成
は、全体のセル構造体に何の影響も与えず、フツ
ク状突起が邪魔であれば切離すればよい。切離す
る部分は全長の10％またはそれ以下のごく僅かな
ものである。大概の場合、フツク状突起は邪魔と
ならず、トリミングも行われない。しかし、保持
チヤンバ、ダイス、ラムなどの構造を適当なもの
とし、エクストルーダから保持チヤンバへ溶融発
泡性混合物を送るポートを複数個とすることによ
り、前記フツク状突起の形成の因となる押し出し
後の混合物の保持チヤンバの残留をなくし、該突
起の形成を防ぐことができる。

この発明の重要な利点は、大形の断面部分の比
較的大形のセル構造体を成形する大形のオリフイ
スを使用可能とする点である。例えば、ポリエチ
レン、ポリスチレンの場合、直径2.54cmの円形オ
リフイスにより、直径20cm、25Kg／m³（立方フイ
ート当り1.6ポンド）の密度、重量7.8Kgの長さ
2.13ｍのセル構造体が得られる。このような成形
品は、時間当り2268Kg（5000ポンド）の押し出し
量により成形され、さらに、時間当り4536Kg（約
10000ポンド）の押し出し量でも成形できる。時
間当り2268Kg（5000ポンド）の押し出し量は４ポ
ンド能力の保持チヤンバに対し、約2.89秒の押し
出しサイクルとなる。

他の例においては、直径4.44cmの円形オリフイ
スにより直径が約35cmで、25Kg／m³の密度（立方
フイート当り1.6ポンド）、重量約3.6Kg（８ポン
ド）のセル構造の丸太材が得られる。この場合の
押し出し量は、時間当り約8164Kg（18000ポン
ド）で、3.6Kg（８ポンド）チヤージ能力の保持
チヤンバにおけるラムのフルストロークに要する
押し出し時間は、1.6秒である。このような数字
は、ポリスチレン、ポリエチレンいずれのセル構
造成形丸太材に適用される。

保持チヤンバを空にする時間、即ち押し出しレ
ートは、種々変化でき、使用される熱可塑性ポリ
マーのタイプ、使用される発泡剤のタイプと量、
使用される核剤の量、その他の添加物の有無、溶
融発泡性混合物の温度、保持チヤンバにおける圧
力、ダイスのオリフイスのサイズと形状などによ
り定まる。所望の特性と大きさを有する所望のセ
ル構造体を成形するための押し出しの最適の割
合、基準はわずかなテストランニングと、所望の
セル構造体を得る押し出し割合を増減することに
より、どのような溶融発泡性混合物組成および装
置に対して容易に割り出すことができる。押し出
し割合がおそすぎると、溶融発泡性混合物は、保
持チヤンバ内または、ダイスのオリフイス内で発
泡し、その結果、成形されたセル構造体の表面
は、粗面となり、セル構造も不均一となる。ま
た、押し出し割合が速すぎると、溶融破壊が生
じ、成形品の全長にわたり、曲げ変形が生じ、断
面構造も全長にわたり、均一にならない。例え
ば、溶融分解が生ずると、セル構造体の全長にそ
つて、側辺が波状に変形する。このような波形変
形は、押し出し工程の開始直後に発生し、押し出
し工程の進行につれ顕著となる。

この発明による熱可塑性セル構造体は、低密度
のもので、好ましくは、63Kg／m³（立方フイート
当り４ポンド）内外、さらに好ましくは、35Kg／
m³（立方フイート当り約2.2ポンド）または、そ
れ以下、場合によつては、28.8Kg／m³（立方フイ
ート当り約1.8ポンド）または、それ以下のもの
である。前記成形構造体の長さ寸法は、２、３、
または４フイートなどの数フイートものから、
12、24、48フイートなどの数十フイートもので、
これらは、使用される装置のサイズと能力、特に
ダイスのオリフイスのサイズと保持チヤンバの能
力により成形の長さ寸法が定まる。また、この発
明により成形されるセル構造体は、表面がスキン
層で覆われた密閉状の発泡構造であり、均一な密
度、セルサイズ、Ｋ係数、弾力性など、すべて全
長にわたり均一になつており、これによつて押し
出された後自由に膨張する。

この発明により成形されたセル構造体は、丸棒
状、厚板状、パネル状などに成形され、断面形状
は、円形、扁平、矩形、アーチ形、円弧形、曲線
形、Ｌ形、四角形、三角形、Ｓ形、Ｔ形、Ｘ形ま
たは、その他種々の断面形状で、これらはダイス
のオリフイスを適当に選択することにより、所望
の断面形状のものが得られる。円形断面形状のセ
ル構造体は、オイル流出防止の浮きフエンスにき
わめて有効である。円形断面の構造体は、浮き
輪、工芸用発泡体その他の用途の成形品の素体と
して使用される。オイル流出防止材や浮き輪の素
体を成形するには、ポリエチレンが使用される。
浮き輪その他の玩具やその他の成形品を成形する
場合、発泡ポリエチレン成形体は鋸、電熱線、ナ
イフなどで簡単に切断でき、特にセレーシヨン・
ナイフでカツトすることもできる。また、ホツト
グルーガンや手動の熱風ブロアにより発泡ポリエ
チレン成形体の表面を加熱するとその表面は軟化
し、他の発泡ポリエチレン成形体の表面と接着さ
れる。発泡ポリエチレン・セル構造体からは、こ
のような方法で幅広く種々の成形品が得られるも
ので、その断面形状も多岐にわたる。この発明に
より成形されたセル構造体は、厚板状、ボード
状、パネル状などに成形され、断熱効果にすぐ
れ、特に建材としてすぐれている。セル構造体
は、簡単に切断、穿孔、ナイフ切断できるもので
あり、また、発泡ポリエチレン成形体に表面を加
熱することにより、内部組織を破壊することな
く、他の成形体表面に接着できる。ポリスチレ
ン・セル構造体はまた接着剤により接着される。

前記のとおり、溶融発泡性混合物は、ダイスの
オリフイスから押し出された直後に膨張し、低圧
域へ押し出される。セル構造体は、好ましくは、
押し出し開始から完了に至るまで、コンベアベル
ト、コンベアローラなどの搬送体により支持され
ることが望ましい。押し出し工程が完了する間、
押し出された溶融発泡混合物は膨張を続ける。こ
の間の時間は、１秒以下から数秒のもので、押し
出し工程完了後も膨張を続ける。セル構造体が押
し出し工程完了後数分間膨張し続けるが成形体が
変形可能の時点で膨張作用は完了し、膨張作用の
間または変形可能な間、例えば、トランスフアー
成形により、さらに形を変えたり、該成形体の一
面または複数面をトリミングすることもできる。
一定時間経過後、セル構造体は冷却処理により膨
張を停止し、その後は変形しない。セル構造体
は、その性状により、断熱材となり、内部には、
熱を保有するので、相当の時間経過するまで表面
が硬化し変形しない状態にあつても、内部の熱に
より、外部から熱をかけずに、変形可能となつて
いる。

内部に熱をもつたセル構造体がいまだ変形可能
な状態にある間、例えば、割り金型を用いて成形
することもできる。即ち、前記構造体は、膨張作
用を続けているので、金型の型面によくなじみ、
型とおりの成形ができる。例えば、サーフボード
を成形する場合、厚板状成形体がいまだ膨張して
いる間に、該成形体を割り金型に入れ、サーフボ
ードの形に成形できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の装置の一実施例の中央縦
断面図である。

第２図は、第１図２−２線断面図である。

第３図は、第１図３−３線にそつた一部断面側
面図である。

図面に示すように、エクストルーダ１は、保持
チヤンバまたはアキユムレータ２に接続してお
り、アキユムレータ２には、ラム３が摺動自由に
内蔵されていて、ラム３はピストンロツド４を介
して液圧シリンダ５に連結されている。図示の例
においては、保持チヤンバは、円筒状で、ラム３
も円形で、その外径寸法は、保持チヤンバ２の内
径寸法よりも僅かに小さく、これによつてラム３
は前記チヤンバ内を往復動し、前記チヤンバ２の
内壁に付着する溶融発泡混合物をかきとる。ダイ
ス６は、オリフイス７を有し、保持チヤンバ２の
先端に装着されている。ダイス６は、スライデイ
ング・ゲート８により保持チヤンバ２の先端の所
定位置に設置され、ゲート８とオリフイスとの間
にはガスケツト９が介挿されている。スライデイ
ング・ゲート８は、取付板１０により所定位置に
保持され、取付板１０はボルトその他の手段で保
持チヤンバ２の先端に結合されている。取付板１
０には、チヤンネル１１が設けてあり、このチヤ
ンネル内で前記ゲート８はスライドする。適当な
ガスケツト材１２がゲート８と取付板１０の間の
チヤンネル内に配置されている。さらに、ガスケ
ツト材１３がゲート８と保持チヤンバ２の先端の
間に設けられている。このガスケツト材は、耐熱
性の低摩擦係数の素材から作られ、取付板１０の
チヤンネル１１内におけるゲート８のスライドを
助け、さらにゲート８が保持チヤンバ２とダイス
６に対し摺動し易いようにしている。

ゲート８には、開口部１４が設けられており、
この開口部は図示の例では断面円形でラツパ状に
拡閉し、基端部分はオリフイス７と同径になつて
いる。さらに、取付板１０には、ゲート８の開口
部１４の大径開口側の口径に合つたラツパ状の開
口部１５が設けてある。第１図と第３図に最もよ
く示されているように、ラツパ状の開口部１４，
１５は保持チヤンバ２からの発泡混合物の膨張を
許容する。ダイス６の内壁は、オリフイス７に向
つて、すり鉢状に傾斜しておりラム３による発泡
混合物の送りを滑らかにする。第１，３図に示す
ように、エクストルーダ出口１６は、エクストル
ーダ１から伸び、ダイス６に可能な限り接近する
位置に臨んでいる。このような構造により、ラム
３が前進し、オリフイス７から発泡性混合物を押
し出した後、保持チヤンバ内を溶融した発泡性混
合物が殆ど残留しないようにすることを可能とす
る。ラム３がダイス６に達し、保持チヤンバ２か
ら発泡性混合物を可能な限り多く押し出すように
するため、ラム３の前面に溝１７が設けられてお
り、ラム３が最大前進位置に達したとき、前記溝
によりエクストルーダ出口１６がオリフイス７と
連通するようになつている。

支柱２０を介して取付板１０により支承された
プラツトフオーム１９には、第２の液圧シリンダ
１８が設けられている。シリンダ１８のピストン
ロツド２１の下端には、ヨーク２２が取り付けら
れている。ヨーク２２は、ピボツトピン２３によ
りゲート８に枢着されている。したがつて、液圧
シリンダ１８によりピストンロツドが上昇し、シ
リンダ内へ引きこまれると、ゲート８はチヤンネ
ル１１にそつて上方へスライドし、オリフイス７
を閉止する。シリンダ１８によりピストンロツド
が下降すると、ゲート８は下降し、開口部１４が
オリフイス７と開口部１５とに正合する。

ラム３の後退位置のリミツトを制御する調節す
る手段が設けられており、この手段によつて、エ
クストルーダ出口１６からエクストルーダ１によ
り保持チヤンバ２へ圧送される溶融発泡性混合物
の装填量が調節される。ラム３が後退リミツト位
置に達すると、シリンダ５のピストン後部側に圧
力油が作用し、ラム３を前進させる。同時に、第
２の液圧シリンダ１８が作動し、ピストンロツド
２１を下降させ、ゲート８の開口部１４をダイス
６のオリフイス７と固定の取付板１０の開口部１
５とに正合させる。保持チヤンバ２内の溶融発泡
性混合物は、オリフイス７を通り、開口部１４，
１５を通つて、低圧域、即ち外部へ押し出され、
膨張し、冷却されて、セル構造体となる。このよ
うな押出し工程においては、セル構造体は押し出
されながら支持されるようになつていることが望
ましい。ラム３が前進リミツト位置、即ち、ダイ
ス６とオリフイス７に達すると、スイツチまたは
センサにより液圧シリンダ１８が作動し、ピスト
ンロツド２１とゲート１８を上昇させ、オリフイ
ス７を閉止し、シリンダ５のピストンの背後に作
用する圧力を調節して、エクストルーダ１により
保持チヤンバに圧入される溶融発泡性混合物の発
泡を阻止する程度の圧力が前記ピストンに作用す
るようにする。しかし、圧送されてくる溶融発泡
性混合物に対するラム３のバツクプレツシヤは、
エクストルーダ１の操作を阻害するほど大きくは
ない。ラム３が後退リミツト位置まで後退する
と、シリンダ５は再び作動し、ピストンを押圧
し、ラム３を前進させ、同時に第２の液圧シリン
ダ１８も作動して、ゲート８を下降させ、オリフ
イス７を開き、セル構造体を外部へ押し出す。

第１図は、ゲート８を開閉し、液圧シリンダ５
の操作をコントロールするマイクロスイツチ・シ
ステムを示す。マイクロスイツチ作動アーム２３
がピストンロツド４に固定され、ピストンロツド
と共に往復動する。固定のマイクロスイツチ２４
がアーム２３の前方位置に設置され、アーム２３
がマイクロスイツチ２４を押すと、ゲート８を閉
止方向へと動作させる。さらに、マイクロスイツ
チ２４のオンにより、シリンダ５のピストンに作
用する前進方向の油圧は減少され、ラム３は、エ
クストルーダ１から保持チヤンバ２内へ圧送され
る溶融発泡性混合物の圧力により後退する。前記
のようにラム３には所定のバツク圧が作用するよ
うになつているので、発泡性混合物はラム３によ
り発泡が規制される。ラム３の後退と共にマイク
ロスイツチ作動アームも後退する。位置調節が自
由の可動マイクロスイツチ２５がブラケツト２７
を介して案内ロツド２６に取り付けてある。アー
ム２３がマイクロスイツチ２５に接すると、マイ
クロスイツチ２５はオンとなり、ゲート８を開放
方向へ作動させ、シリンダ５のピストン背後に油
圧がかかり、ラム３を前進させる。ラム３は、オ
リフイス７または保持チヤンバ内で溶融発泡性混
合物が発泡しない程度で、しかも溶融破壊が生じ
ない程度の圧力でオリフイス７から溶融発泡性混
合物を押し出す。比較的小形で軽量の成形品を成
形する場合は、可動マイクロスイツチ２５をアキ
ユムレータ側へ近づけ、保持チヤンバ２が部分的
に充填されると、ゲート８が開き、液圧シリンダ
５のピストンに対し前進方向の圧力がかかるよう
にする。

実験例 下記の実験例は、この発明を説明するためのも
のである。この実験例は、第１図から第３図に示
された装置より行われた。

メルト・インデツクス2.0、密度0.917の低密度
ポリエチレン樹脂と、核剤としてのタルクを樹脂
45.3Kg（100ポンド）当りタルク20グラムの割合
でブレンドし、長さ／直径（Ｌ／Ｄ）が48：１の
３インチ・エクストルーダ１に供給し、エクスト
ルーダにより時間当り45.3Kg（100ポンド）の割
合で圧送した。ジクロロジフルオロメタン
（dichlorodifluoromethane）とトリクロロフルオ
ロメタン（trichlorofluoromethane）の混合物が
樹脂重量をもとにした15重量％の割合でエクスト
ルーダの中間点位置から圧入した。

溶融混合物は、ブロウイング剤が樹脂に完全に
融解するまでブレンドされた。この時点における
温度は、187℃（370〓）であつた。混合物は、エ
クストルーダの前部位置で溶融温度が108℃（228
〓）まで冷却された。ついで、アダプタ・チヤン
ネルを通り、アキユムレータ２へ圧送された。ア
キユムレータ２のラム３は、エクストルーダ１の
圧送圧力により後退した。

エクストルーダ・スクリユウの端部の圧力は、
907Kg（2000psi）であつた。アダプタ・チヤンネ
ル１６内の圧力は、680Kg（1500psi）、アキユム
レータ２内の圧力は、453Kg（1000psi）であつ
た。

アキユムレータ２のスイツチ２５は、樹脂溶融
物を7.8Kg（４ポンド）の量として保持するよう
にセツトされた。アダプタ・チヤンネル、アキユ
ムレータ、ダイス６、ゲート８における温度は、
101℃（215〓）に維持された。

アキユムレータが充填されると、スイツチ２５
が動作し、同時に、ゲート８が開き、ラム３の前
進が開始された。

発泡性混合物は、直径2.54cmの円孔オリフイス
７から時間当り2268Kg（5000ポンド）の割合で押
し出された。直径20.8cm（８インチ）のポリエチ
レン発泡体からなるシリンダー状物が長さ2.17ｍ
（7.15フイート）もので、25Kg／m³（立方フイー
ト当り1.6ポンド）の密度のものが押出成形され
た。そして、均等なセル構造と発泡密度のものが
得られた。

ラム３が最大前進位置に達すると、スイツチ２
４が作動し、ゲート８が閉止され、ラムの前進運
動が停止された。エクストルーダ１からの発泡性
混合物の流入により、ラム３は後退させられ、つ
ぎのサイクルへと移つた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性ポリマーの混合物を作り、この混合
   物に発泡剤を加圧状態で溶解し、これらの混合物
   を膨張し得る時点まで前記発泡剤を保つに十分な
   粘度となる温度条件下におき、前記混合物を発泡
   作用が生じない温度と圧力の保持域へ押し出し、
   前記保持域には、前記混合物を低圧域へ押し出し
   て発泡成形させるオリフイスを備えたダイスが設
   けられており、このダイスのオリフイスは開放可
   能のゲートにより閉止され、ゲートを周期的に開
   放し、可動ラムの圧力により、前記混合物を保持
   域から前記ダイスのオリフイスを介して低圧域
   へ、前記オリフイス内で発泡作用が生じないよう
   な速度で、かつ押し出される前記混合物の断面形
   状または外観形状に不規則な変形が生じないよう
   な速度で、押し出すことから構成される、発泡性
   ゲル状物から長い熱可塑性セル構造体を成形する
   方法における、低密度で、横断面が大きく、長さ
   のあるセル構造体を成形する改良。 ２ 長さのある熱可塑性セル構造体が押し出され
   てもまだ変形可能で膨張可能な間に前記構造体に
   対し押出圧力が作用している前記特許請求の範囲
   第１項に記載されている改良。 ３ 前記長さのある熱可塑性セル構造体は、自由
   に膨張し、変形が最早生じないようになるまで、
   冷却されるようになつている前記特許請求の範囲
   第１項に記載された改良。 ４ 前記熱可塑性ポリマーは、ポリスチレンまた
   はポリエチレンであり、前記発泡剤は大気沸点約
   −42℃から40℃である炭化水素を含んでいる前記
   特許請求の範囲第１項に記載された改良。 ５ 前記熱可塑性ポリマーは、ポリスチレンまた
   はポリエチレンであり、前記発泡剤は、トリクロ
   ロフルオロメタンおよびジクロロジフルオロメタ
   ンの混合物である前記特許請求の範囲第１項に記
   載された改良。 ６ 前記熱可塑性ポリマーは、少量の核剤を含む
   前記特許請求の範囲第５項に記載された改良。 ７ 前記押し出し割合は、少なくとも時間当り
   2268Kg（5000ポンド）である前記特許請求の範囲
   第１項に記載された改良。 ８ 前記押し出し割合は、少なくとも時間当り
   4536Kg（10000ポンド）である前記特許請求の範
   囲第１項に記載された改良。 ９ 前記保持域における温度は、135℃（275〓）
   を越えないものである前記特許請求の範囲第１項
   に記載された改良。 １０ 前記長い熱可塑性セル構造体が押し出し後
   完全に膨張した後においては、63Kg／m³（4lb／
   ft³）を越えない密度であり、横断面積が155cm²
   （24平方インチ）を越えないものである前記特許
   請求の範囲第１項に記載された改良。 １１ 前記ダイスのオリフイスは円形であり、前
   記の長い熱可塑性セル構造体は円形断面をもつ前
   記特許請求の範囲第１項に記載された改良。 １２ 前記ダイスのオリフイスは、犬の骨形状の
   ものであり、前記長い熱可塑性セル構造体は、矩
   形の断面形状をもつ前記特許請求の範囲第１項に
   記載された改良。 １３ 前記長尺の熱可塑性セル構造体は、サーフ
   ボードの形状に形成され、前記構造体の熱可塑性
   ポリマーは、永久不変の状態にある前記特許請求
   の範囲第１２項に記載された改良。 １４ 前記ダイスのオリフイスは、直径１インチ
   の円形孔であり、前記長尺の熱可塑性セル構造体
   は、直径が約８インチもので、26Kg／m³
   （1.6lb／ft³）の密度をもつ丸棒状のものである前
   記特許請求の範囲第１項に記載された改良。 １５ 前記熱可塑性ポリマーは、ポリスチレンで
   あり、前記混合物は、60℃から135℃（140〓から
   275〓）の温度範囲で前記保持域に送り出される
   前記特許請求の範囲第１項に記載された改良。 １６ 前記熱可塑性ポリマーは、ポリエチレンで
   あり、前記混合物は、82℃から121℃（180〓から
   250〓）の温度範囲において前記保持域へ送り出
   される前記特許請求の範囲第１項に記載された改
   良。 １７ 下記構成からなる長尺の熱可塑性セル構造
   体の成形装置： (a) 熱可塑性ポリマーと発泡剤とを連続的に、発
   泡作用を防止する温度圧力条件で均一に混合す
   るエクストルーダ； (b) 前記エクストルーダと連通しており、前記混
   合物を発泡可能な圧力以上の圧力で溶融状態に
   保持する機械的構造により内部容積が可変の保
   持チヤンバ； (c) 前記チヤンバ内の前記混合物を前記ラム手段
   の操作により、前記混合物が発泡できる領域へ
   押し出すオリフイスを備えたダイス； (d) 前記混合物をオリフイス内で発泡作用を防止
   する速度で前記チヤンバから押し出すラム手
   段； (e) 前記エクストルーダにより前記混合物が前記
   チヤンバに充填される間は前記オリフイスを閉
   じ、前記ラム手段により前記混合物が前記チヤ
   ンバから押し出されるとき、前記オリフイスを
   開放させる作用を行う前記ダイスの外側に接し
   ているゲート手段。 １８ 前記ダイスは、フラツトな外側面をもち、
   前記ゲート手段は、前記ダイスのフラツトな外側
   面にそつてスライドするフラツトな面を有し、前
   記ゲート手段は、前記ダイスのオリフイスと正合
   する開口部を備え、前記オリフイスと前記開口部
   とを介して前記チヤンバから前記混合物を外部へ
   押し出すように構成された前記特許請求の範囲第
   １７項に記載された装置。 １９ 前記ダイスのオリフイスは、円形で、前記
   ゲートの開口部も円形である前記特許請求の範囲
   第１８項に記載された装置。 ２０ 前記ダイスのオリフイスは長方形であり、
   前記ゲートの開口部は円形である前記特許請求の
   範囲第１８項に記載された装置。 ２１ 前記ダイスのオリフイスは、犬の骨状の形
   状で、前記ゲートの開口部は、矩形である前記特
   許請求の範囲第１８項に記載された装置。