注射发泡成型方法和注射发泡成型用模具的制作方法

专利名称：注射发泡成型方法和注射发泡成型用模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及将被塑化并溶解有发泡气体的热塑性树脂注射到成型机的模腔内后，通过扩大模腔空间，得到发泡的成型体的注射发泡成型方法和在该方法中使用的注射发泡成型用模具。
背景技术：
在使用热塑性树脂的注射成型中，一直以来，已研究了以削减材料、轻量化等为目的而进行发泡。作为进行这样的注射发泡成型的方法，已知有使用使凹状的模具与凸状的模具嵌合而在它们的内部形成模腔(cavity)、通过使这些模具在嵌合部上滑动而改变模腔容积的被称为所谓的剪切边缘(shear edge)的模具，将树脂注射到成型机的模腔内后，扩大模腔容积的方法。根据该方法，能够提高发泡倍率，轻量化的效果变大。
但是，在上述的注射发泡成型方法中，在填充熔融树脂时，熔入树脂内部的发泡气体破裂，在发泡成型体的外表面大量地产生由拉拽产生的被称为漩纹(swirl mark)的外观不良，因此不能作为需要良好外观的实际制品使用。
作为改善该漩纹的方法，专利文献1中公开了在使含有发泡剂的热塑性树脂塑化并将其注射、填充到模腔内后，扩大模腔容积的技术。但是，在该方法中，当在流动末端注射速度变慢的情况下、或者在成型品的形状变化大的部分，难以保持填充树脂的压力，不能完全抑制在成型体外面产生漩纹。
另一方面，作为改善漩纹的方法，已知有将包含发泡剂的树脂注射到利用气体加压后的模具空隙内的所谓气体反压法(gas counterpressure method)。但是，例如如专利文献2等所示，通常，反压的气体压力需要加1MPa或其以上的压力，模具需要具有气密性，因此模具的成本升高。另外，为了向模具内施加这样高的压力，模腔内气体的加压本身也需要时间，周期时间本身也变长，成为制品成本高的主要原因。
作为解决该问题的成型方法，在专利文献3中提出了降低气体压力、省去气密密封的技术。但是，该方法进行防止收缩或弯曲的水平的发泡，是减少混入树脂中的发泡剂的量、使发泡倍率为1.0～1.2倍左右的微发泡成型。因此，在扩大模腔容积、提高发泡倍率的发泡成型中，不能使用。另外，在这样完全不使用密封的方法中，即使模腔内气体的压力瞬间上升，因它是瞬时的，也不能保持注射时的压力。
另外，在以往的反压成型中，当移动可动模具，在固定模具与可动模具之间形成模腔后，需要供给气体的时间，因此，对成型工序的高速化有限制。
另外，作为以往的反压成型方法，已知有在固定模具与可动模具对接的非剪切边缘式的模具形式中，通过模腔周边部的分模部(partingportion)的间隙，对模腔进行反压用气体的供给和排出的方法。但是，在这样的模具中，为了防止熔融树脂漏出，分模部的间隔狭窄，当向模腔进行气体的给排气时，气体通过分模部时的流动阻力大，对气体的给排气的高速化有限制。
特别地，为了使模腔内升压，在关闭模具后，需要通过配管供给大气压以上的压缩气体，因此，模腔内的气体压力的升压时间使成型周期延长，在外部还需要控制气体的吸气和排气的控制装置。
在注射成型中，成型周期是对成本有非常重要的影响的因素之一，但在以往的方法中，在将模具合模后，要追加向模腔内供给气体进行升压的行程。因此，难以采用使成型周期延长的上述那样的反压法。
作为改善上述问题的技术，在专利文献4中提出了使用具有剪切边缘结构的固定模具和可动模具，利用合模动作，同时进行升压的技术。
专利文献1日本特开2002-120252号公报专利文献2日本特公平1-22132号公报专利文献3日本特开平5-269778号公报专利文献4日本特开平11-277575号公报但是，在专利文献4的模具中，在固定模具与可动模具滑动的嵌合面上设置O形圈，构成气体密封部。因此，每次开闭时，O形圈磨耗，所以气密性降低，需要频繁的更换。
另外，例如在成型品为四角形的情况下等，当其间隔因嵌合面的位置而有差别时，因为O形圈为一定厚度，所以空气容易从间隔大的地方泄漏。

发明内容
本发明的目的是提供在发泡成型中，能够防止在成型体表面上产生的漩纹的产生、能够以短的成型周期和低成本制造外观良好的注射发泡成型体的注射发泡成型方法和注射发泡成型用模具。
另外，本发明的另一个目的是提供在使模腔内的气体压力升压时空气不会泄漏、而且能够抑制用于保持气密的密封部件的磨耗的注射发泡成型方法和注射发泡成型用模具。
本发明的注射发泡成型方法，在由固定模具和可动模具形成的模腔(cavity)内，填充被塑化并溶解有发泡气体的热塑性树脂后，移动可动模具，扩大模腔容积，得到发泡树脂成型体，其特征在于通过使可动模具向固定模具侧移动，使配置在固定模具和可动模具的在模腔外部的相互相对的一对相对面的至少一个上的密封部件与另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件接触，从而使模腔成为气体密封状态，然后，通过一边压缩密封部件一边使可动模具进一步向固定模具侧移动，维持气体密封状态，同时减小模腔容积，由此，将模腔内升压至超过大气压的压力，将热塑性树脂注射到升压后的模腔内。
在上述的发明中，使配置在固定模具和可动模具的在模腔外部的相互相对的一对相对面上的密封部件与另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件接触，从而使模腔成为气体密封状态后，接着，通过一边压接密封部件一边使可动模具进一步向固定模具侧移动，维持气体密封状态，同时减小模腔空间的容积，由此，将模腔空间升压至超过大气压的压力，因此，同时进行模具的关闭动作和模腔内气体的升压。因此，能够缩短施加反压力(counter pressure)的时间，从而能够以短的成型周期制造没有漩纹(swirl mark)的外观良好的注射发泡成型体。
本发明的注射发泡成型方法的特征在于，在将热塑性树脂注射到已升压至超过大气压的压力的上述模腔内的中途或注射后，将模腔内的气体压力开放，然后，使上述可动模具向离开上述固定模具的一侧移动，扩大模腔容积，由此，使模腔内的热塑性树脂发泡。
这样，在扩大模腔的容积之前，通过对模腔内的气体进行排气以减少压力，在填充在模腔中的树脂的表层上形成固化层。在形成该固化层后，通过扩大模腔空间的容积，填充树脂内的未固化层发泡，能够得到没有漩纹的外观良好的发泡成型体。
本发明的注射发泡成型方法的特征在于，使用固定模具和可动模具，上述固定模具和上述可动模具具有使凹部与凸部嵌合，在它们的内部形成模腔，通过使凹部和凸部在嵌合部上滑动，改变上述模腔容积的剪切边缘(shear edge)结构。
在上述的发明中，可以在使配置在一对上述相对而的至少一个上的密封部件与另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件相互接触后，从与上述密封部件的气体密封部和上述剪切边缘结构的嵌合部之间连通的气体流路，向模腔内供给气体，由此将模腔空间升压。
另外，优选在将热塑性树脂注射到已升压至超过大气压的压力的上述模腔空间的中途或注射后，从与上述密封部件的气体密封部和上述剪切边缘结构的嵌合部之间连通的气体流路排出模腔内的气体，由此将该模腔内的气体压力开放。
这样，通过使用使模腔周围成为剪切边缘结构的模具，气体向模腔的给排气能够在成型品的整个周边上进行，因此，能够高速地将模腔内的气体升压、减压。因此，能够以短的成型周期制造没有漩纹的外观良好的注射发泡成型体。
另外，在固定模具和/或可动模具的在模腔外部的相对面上配置有密封部件，因此，即使在嵌合面的间隔因位置而不同的情况下，空气也不会从气体密封部泄漏，而且，在模具开闭时，密封部件不会与模具表面摩擦，因此能够抑制密封部件的磨耗。
另外，例如在供给超临界状态的发泡剂的高压的物理发泡的情况下等需要使模腔内的气体压力为更高压力的情况下，在升高模腔内的气体压力时，可以从上述的气体流路，通过剪切边缘，向模腔内供给外部的加压气体。在这种情况下，已进行由合模引起的预备升压，由此能够在更短的时间内进行升压。
另外，在扩大模腔的容积之前，通过对模腔内的气体进行排气以减少压力，在填充在模腔中的树脂的表层上形成固化层。在形成该固化层后，通过扩大模腔空间的容积，填充树脂内的未固化层发泡，能够得到没有漩纹的外观良好的发泡成型体。
在上述的各发明中，优选使用化学发泡剂作为热塑性树脂的发泡剂，并且，通过一边压缩上述密封部件一边使可动模具向固定模具侧移动，使模腔内的气体压力升压至0.05MPa以上。
另外，优选使用物理发泡剂作为热塑性树脂的发泡剂，并且，通过一边压缩上述密封部件一边使可动模具向固定模具侧移动，使模腔内的气体压力升压至物理发泡剂的供给压力的5％以上的压力。
本发明的注射发泡成型模具，在由固定模具和可动模具形成的模腔内，填充被塑化并溶解有发泡气体的热塑性树脂后，移动可动模具，扩大模腔容积，得到发泡树脂成型体，其特征在于在上述固定模具和上述可动模具中，设置有分别在模腔外部相互相对的一对相对面，在上述一对相对面的至少一个上配置有密封部件，通过使可动模具向固定模具侧移动，配置在上述一个相对面上的密封部件与上述另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件接触，由此使模腔成为气体密封状态，通过一边压缩密封部件一边使可动模具进一步向固定模具侧移动，维持气体密封状态，同时减小模腔容积，由此，将模腔内升压至超过大气压的压力。
在上述的发明中，使配置在固定模具和可动模具的在模腔外部的相互相对的一对相对面上的密封部件与另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件接触，从而使模腔成为气体密封状态后，接着，通过一边压接密封部件一边使可动模具进一步向固定模具侧移动，维持气体密封状态，同时减小模腔空间的容积，由此，将模腔空间升压至超过大气压的压力，因此，同时进行模具的关闭动作和模腔内气体的升压。因此，能够缩短施加反压力的时间，从而能够以短的成型周期制造没有漩纹的外观良好的注射发泡成型体。
本发明的注射发泡成型模具的特征在于，上述固定模具和上述可动模具具有使凹部与凸部嵌合，在它们的内部形成模腔，通过使凹部和凸部在嵌合部上滑动，改变上述模腔容积的剪切边缘结构。
在上述的发明中，优选配置在上述一个相对面上的密封部件与上述另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件接触的最大的模腔厚度为2～8mm，将热塑性树脂填充在模腔内时的模腔厚度为0.7～2.5mm。
在上述的发明中，优选设置有与上述密封部件的气体密封部和上述剪切边缘结构的嵌合部之间连通的给排气用的气体流路。
这样，通过使用使模腔周围成为剪切边缘结构的模具，气体向模腔的给排气能够在成型品的整个周边上进行，因此，能够高速地将模腔内的气体升压、减压。因此，能够以短的成型周期制造没有漩纹的外观良好的注射发泡成型体。
另外，在固定模具和/或可动模具的在模腔外部的相对面上配置有密封部件，因此，即使在嵌合面的间隔因位置而不同的情况下，空气也不会从气体密封部泄漏，而且，在模具开闭时，密封部件不会与模具表面摩擦，因此能够抑制密封部件的磨耗。
另外，通过设置上述的给排气用的气体流路，例如在供给超临界状态的发泡剂的高压的物理发泡的情况下等需要使模腔内的气体压力为更高压力的情况下，在升高模腔内的气体压力时，能够从上述的气体流路，通过剪切边缘，向模腔内供给外部的加压气体。在这种情况下，已进行由合模引起的预备升压，由此能够在更短的时间内进行升压。
另外，在扩大模腔的容积之前，通过上述的气体流路对模腔内的气体进行排气以减少压力，由此在填充在模腔中的树脂的表层上形成固化层。在形成该固化层后，通过扩大模腔空间的容积，填充树脂内的未固化层发泡，能够得到没有漩纹的外观良好的发泡成型体。
在上述的发明中，设置有滑动型芯(slide core)，该滑动型芯面向上述密封部件的气体密封部与上述剪切边缘结构的嵌合部之间的空间而配置，通过向一定方向的滑动使该空间的容积气密地改变，利用该滑动型芯的移动，能够将已成为密封状态的模腔内的气体压力升高。
通过这样设置滑动型芯，在需要使模腔内的气体压力为高压的情况下等，在使模腔成为密封状态后，通过将滑动型芯伸出，能够进一步提高模腔内的气体压力。
在上述的发明中，优选上述固定模具和上述可动模具中的一个包括模具本体；和能够在该模具本体上装卸，利用其厚度规定模腔厚度，一个面成为上述相对面的嵌入部件。
这样，为了调整模腔的厚度，使设在固定模具与可动模具之间的气体密封部成为嵌入结构，根据期望的模腔厚度，更换为厚度不同的嵌入部件，由此能够调节模腔的厚度。
根据本发明，能够防止在成型体表面上产生的漩纹的产生，能够以短的成型周期和低成本得到外观良好的注射发泡成型体。
另外，根据本发明，当升高模腔内的气体压力时，配置在一个相对面上的密封部件与另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件，在整个周边上紧贴，因此空气不会泄漏。并且，用于保持气密的密封部件的磨耗被抑制。


图1为表示本发明的注射发泡成型用模具的一个实施方式的截面图。
图2为将图1的模具的剪切边缘周边放大后的局部截面图。
图3为说明图1的注射发泡成型用模具的成型工序的截面图。
图4为说明图1的注射发泡成型用模具的成型工序的截面图。
图5为设置有滑动型芯的本发明的注射发泡成型用模具的截面图。
图6为设置有嵌入部件的本发明的注射发泡成型用模具的局部截面图。
符号说明1 固定模具2 可动模具3 模腔4 剪切边缘5 气体流路5a 气体流路6 密封部件7 阀8 嵌入部件9 滑动型芯10 热塑性树脂11 O形圈具体实施方式
以下，参照附图，对本发明进行说明。图1为表示本发明的注射发泡成型用模具的一个实施方式的截面图，图2为将其剪切边缘周边放大后的局部截面图。
如图1所示，本实施方式的注射发泡成型用模具包括具有凸部的固定模具1(型芯模具)；和具有与固定模具1的凸部嵌合的凹部的可动模具2(模腔模具)。
在可动模具2与固定模具1嵌合的内部空间中，形成模腔3，通过使凹部和凸部在作为嵌合部的剪切边缘4上滑动，模腔3的容积改变。
在固定模具1和可动模具2中，设置有分别在模腔空间3的外部相互相对的一对相对面，在该相对面上分别配置有密封部件6。
从固定模具1的内部至外部的气体流路5，与密封部件6的气体密封部和剪切边缘4之间连通，在固定模具1的外部，在气体流路5中配置有阀8。
通过将阀8打开，气体能够通过剪切边缘4供给至模腔3内、和从模腔3内排出。
参照图3和图4，说明由本实施方式的注射发泡成型模具进行的成型工序。从固定模具1与可动模具2离开的图3(a)的状态，使可动模具1向固定模具2侧移动，使配置在可动模具1的相对面上的密封部件6与配置在固定模具2的相对面上的密封部件6互相接触。由此，如图3(b)所示，使模腔3成为气体密封状态。
接着，如图3(c)所示，通过一边将配置在可动模具1的相对面上的密封部件6与配置在固定模具2的相对面上的密封部件6压接，一边使可动模具2进一步向固定模具1侧移动，维持气体密封状态，同时减小模腔3的容积，由此，将模腔3的气体压力升压至超过大气压的压力。
这样，在注射成型机的合模的同时进行模腔内气体的密封，而且，通过进行合模，模腔容积缩小，气体压力升高。另外，在合模结束的同时，模腔内的升压结束，因此，能够立即进行熔融树脂的注射操作。
在模腔3内的气体压力这样升高后，如图4(a)所示，将被塑化并溶解有发泡气体的热塑性树脂10通过固定模具2的内部，注射并填充至模腔3内。
在如图4(b)那样将热塑性树脂10填充在模腔3内后或在填充的中途，将阀8打开，通过剪切边缘4，从气体流路5将模腔3内的气体排出。由此，在填充在模腔3内的热塑性树脂10的表层上形成固化层。
接着，如图4(c)所示，移动可动模具2，扩大模腔3的容积，使填充树脂内的未固化层发泡，得到发泡成型体。
在本发明中，成型用的树脂只要为热塑性就没有特别的限制，但优选聚烯烃树脂，特别优选聚丙烯树脂。
在本发明中，作为发泡气体，可以使用二氧化碳气体、氮等所谓的物理发泡剂，也可以使用由碳酸氢钠和柠檬酸等所谓的化学发泡剂的热分解产生的气体。物理发泡剂通常在注射成型机内溶解在已塑化的热塑性树脂中。化学发泡剂通常以母料(masterbatch)形式与粒(pellet)状原料混合，将通过加热而产生的气体与已塑化的树脂混炼，使其溶解在树脂中后使用。
在本发明中，剪切边缘4与通常的对接方式的分型物(parting)相比，其间隙宽，具有例如0.01～0.10mm的间隔。因此，气体流动时的阻力小，能够大幅缩短通过剪切边缘对模腔内的气体进行给排气的时间。
剪切边缘成为即使在发泡工序中为了扩大模腔的容积而将模具打开的情况下，填充在模腔中的熔融树脂也不会泄漏到模腔外的结构。
在本发明中，在固定模具和可动模具中，设置有分别在模腔的外部、更具体地说是在剪切边缘的外周侧相互相对的一对相对面，在该相对面的至少一个上，配置有构成气体密封部的密封部件。该密封部件优选配置在两个相对面的每个面上。
通过这样在剪切边缘的外周侧设置气体密封部，模腔的气体密封在模具的合模中进行，能够利用合模动作将模腔内的气体压力升高。模腔内的气体压力随着合模而升高，同时，密封压力也随着合模而增加。
作为气体密封部的结构，在模腔内的气体压力低的情况下，只要在固定模具和可动模具中的任一个的上述相对面上设置橡胶等弹性体作为密封部件即可，但作为模腔内的气体压力，为了得到更高的压力，优选在固定模具和可动模具两者的上述相对面上都设置弹性体。这样，能够得到更多的密封行程(seal stroke)，从而能够将模腔内的气体压力升压至高的压力。
作为密封部件的材料的具体例子，可举出丁腈橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氯丁二烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶(Hypalon)、丁基橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶、海绵橡胶等。
作为密封部件的形状，可以为圆带、方带、板状、管状、软管状等，没有特别的限制，优选为在由合模进行的压缩下，模具表面与密封部件进行面接触的形状。
当如圆带、管状、半圆锥型等那样截面形状为圆或半圆时，压缩宽度大，能够得到长的密封行程。
当为方带、板状等那样具有平面的形状时，与相对的模具表面或密封部件面接触，因此，能够可靠地进行密封。
为了有效利用上述两方的优点，优选使用一侧为圆形、其相反侧为方形的密封部件。
当进行模腔内气体的密封和升压时，优选通过在模腔厚度为2～8mm的时刻，使配置在一个相对面上的密封部件与另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件接触而开始密封，在气密地密封的状态下，进一步进行合模，压缩密封部件，直至最终的模腔厚度为0.7～2.5mm，由此将模腔内的气体压力升高。
此时的模腔内的气体压力的增加量因模具的精度、气体密封部的配置而变化，但基本上可由密封开始时与合模结束时的密封内容积的比而得到。
但是，在仅在剪切边缘的外周部进行气体密封的情况下，作为模腔内的气体压力，难以得到0～0.5MPa左右以上，在需要进一步升压的情况下，优选通过从外部向气体密封部的内侧供给气体、或使滑动型芯向模腔周围的气体流路或气体积存处突出而进行升压。
图5为设置有滑动型芯的本发明的注射发泡成型装置的截面图。滑动型芯9面向密封部件6的气体密封部与剪切边缘4之间的气体流路5等空间而配置、例如面向设置在固定模具1的凸部基端侧的外周的也作为气体积存空间起作用的环周状的气体流路5a而配置，通过向一定方向的滑动，气密地改变该空间的容积。在使滑动型芯9返回的状态下进行合模，在密封结束后，将滑动型芯9向上述空间突出，使气体流路和模腔内的气体压力升高。
在将使用滑动型芯进行的模腔内气体的升压与由合模进行的升压组合的情况下，成型周期也有延长的可能性，但由于滑动型芯本身的动作在短时间内进行，所以实质上对成型周期时间的影响小。
为了调整模腔的厚度，使设在固定模具与可动模具之间的气体密封部成为嵌入结构，通过改变其厚度，能够调节模腔的厚度。图6为设置有嵌入部件的本发明的注射发泡成型用模具的局部截面图。该嵌入部件8与固定模具1之间，通过配置O形圈11等而被气体密封。例如，通过改变图6所示的L的长度、即嵌入部件8的厚度，能够改变密封结束时和合模结束时的模腔厚度。
如图6所示，在固定模具1的凸部基端侧的外周，能够设置环周状的气体流路5a，其宽度由该凸部与嵌入部件8的间隔规定，其高度由嵌入部件8的厚度规定。该气体流路5a，通过剪切边缘的间隙，在整个周边与模腔3连通。
此外，对模具的合模力的调整与模腔厚度的调整，能够利用气体密封部的撞块或设在模具本身上的衬垫或上述两者进行变更。
在本发明中，在将模腔内的气体压力升高后，伴随着通过注射动作将熔融树脂填充在模腔内，模腔内的气体压力进一步开始升高，该模腔内气体通过剪切边缘，流出至设在外周的图5、图6的气体流路5a，因此，实质上模腔压力的上升被抑制，不会发生在高速的注射成型中成为问题的灼烧。其中，所谓灼烧是指温度由于升压而过度上升，引起树脂碳化等热变性。即在填充树脂时，模腔内的气体通过剪切边缘，以配置在模腔周围的气体流路5a作为缓冲器而被排出，因此，气体的穿过变好，能够防止与模腔内气体的压缩相伴的灼烧和在发泡成型中容易成为问题的成型品表面的麻点。
另外，在熔融树脂向模腔的填充结束之前、或者在填充结束之后并在开始扩大模腔内容积(所谓的型芯后退)之前，通过对模腔内的气体进行排气而降压，在填充树脂的表层上形成固化层。由此，在型芯后退的同时，能够使填充树脂内的未固化层发泡而得到发泡成型体。
对模腔内的气体进行排气从而将压力开放的定时，需要在开始扩大模腔容积之前，优选在从填充熔融树脂时螺杆行程剩余30％的时刻至开始扩大模腔容积的时刻之间进行压力开放，更优选在从熔融树脂填充结束时至开始扩大模腔容积的时刻之间进行压力开放。
特别地，当在向模腔填充熔融树脂的过程中进行排气的情况下，模腔内气体的排气速度与熔融树脂的注射速度有影响，在填充速度快的情况下或排气速度慢的情况下，优选将排气定时提前，在填充速度慢的情况下或排气速度快的情况下，优选将排气定时延迟。另外，通过在模腔周围配置已在图5、图6中说明的气体流路5a，可允许时间稍微变动，该气体流路5a呈环周状设置在固定模具的凸部基端侧、并通过剪切边缘使气体进出模腔。
升压时模腔内的压力需要为树脂内含有的气体产生气泡而不破裂的压力，在使用化学发泡剂的体系中，优选为0.05MPa以上，更优选为0.05～0.8MPa，进一步优选为0.1～0.5MPa。在本说明书中，模腔内的压力表示相对于大气压的增加值。
另外，在使用二氧化碳气体、氮气等物理发泡剂的体系中，气体注入压力的5％以上、优选5～50％、更优选10～40％的范围为外观良好的区域。
当模腔内的气体压力低时，漩纹不会完全消失，另外，当模腔内的气体压力高时，模腔内的气体不能全部排出，因此，有时在成型品的表面上会产生麻点(由气体积存造成的凹凸)或表面起伏。
升压时的气体压力根据注射速度、模腔厚度等成型条件而适当设定。注射速度越快、并且模腔厚度越小，越能在低的气体压力下得到良好的外观。
作为供给至模腔内的气体，只要不使溶解在树脂内部的气体破裂，使用哪种气体都可以，作为具体例子，可举出空气、二氧化碳、氮等不活泼气体等。
在本发明中，当升高模腔内的气体压力时，可以从上述的图1的气体流路5，通过剪切边缘，向模腔内供给外部的加压气体。在这种情况下，通过进行由合模引起的升压，与仅使用来自外部的加压气体的情况相比，能够在更短的时间内进行升压。通过供给外部的加压气体，即使在需要使模腔内的气体压力为更高压力的情况下，例如在供给超临界状态的发泡剂的高压的物理发泡的情况下，也能够在短时间内将模腔内的气体压力升高。
为了在模腔内得到规定的气体压力，在以往，需要供给和排出气体的设备。但是，如本发明那样通过在模腔内的气体压力的升压中利用合模动作，能够与升压工序同时并行地进行在注射成型中进行的合模动作，因此，在成型周期中，不会发生由于模腔内气体的升压时间而导致的时间增加。
另外，因为也不需要用于控制模腔内的升压的装置，所以，能够将模腔内的气体压力控制仅简化为气体的排气机构。这样，模腔内气体的升压、减压不需要增加时间，因此，不会延长周期时间，而能够廉价地进行反压成型。
在使用物理发泡剂的超临界发泡等在模腔内需要高压的气体压力的情况下，也可以增加外部的气体供给装置。即使在这种情况下，因为在本发明中，利用模具的合模动作，对模腔内的气体进行预备加压，所以，来自外部的气体供给装置的气体供给只需少量即可，能够缩短升压时间，从而能够使成型周期的增加为最小限度。
本发明除了剪切边缘结构的模具以外，也能够应用于具有对接式的分型线(parting line)的通常的模具。在将本发明应用于具有对接式的分型线的模具的情况下，在可动模具和固定模具的分型线的外周侧，设置有相互相对的一对相对面。在这些相对面的至少一个上配置有密封部件，通过使可动模具向固定模具侧移动，使该相对面的密封部件与另一个相对面或配置在该相对而上的密封部件接触，在分型线的外侧，使模腔为气体密封状态。
然后，通过一边压缩密封部件一边使可动模具进一步向固定模具侧移动，维持气体密封状态，同时减小密封空间的容积，由此，将包括模腔空间的密封空间内升压至超过大气压的压力，并且，将分型线的间隙进一步变窄。
接着，在将被塑化并溶解有发泡气体的热塑性树脂填充在升压后的模腔内之后，移动可动模具，扩大模腔容积，得到发泡树脂成型体。
在省能量、排气限制之下，在汽车领域中，要求外观良好、重量轻的成型品，利用发泡成型方法生产的注射成型部件也开始出现，但外观上还需要改良。另一方面，反压方法因为伴随工序的增加，所以成型周期变长，在要求以秒为单位缩短周期的汽车领域中难以采用。但是，根据本发明，没有在以往的反压方法中成为问题的周期时间增加，或者能够使增加为最小，可得到外观良好、重量轻的发泡成型品，因此能够期待发泡成型方法的进一步扩大。
实施例以下，通过实施例，进一步具体地说明本发明，但本发明不受这些实施例的任何限定。
准备模腔尺寸为800×500mm的图1所示的模具。该模具为能够利用气体密封部的嵌入部件的厚度改变模腔厚度的结构，通过隔着截面为圆形的橡胶制O形圈将规定厚度的嵌入部件固定在可动模具上而进行调节，使得在将模具完全关闭的状态下，模腔厚度为1.5mm。
该模具的模腔周围形成剪切边缘结构。另外，在固定模具的凸部基端侧的外周，设置有宽5mm×高15mm的环周状的气体流路，其宽度由该凸部与嵌入部件的间隔规定，其高度由嵌入部件的厚度规定。该气体流路通过剪切边缘的间隙与模腔连通。
通过在可动模具上配置O形圈，进行气体密封，通过在固定模具上配置截面为四角形状的橡胶板，能够延长密封时的行程。对模腔进行密封的行程，能够通过改变配置在该固定模具上的橡胶板的厚度而改变。
成型机具有在将原料树脂熔融的料筒的中间注入气体状态的二氧化碳作为发泡剂，通过螺杆的旋转使熔融树脂与二氧化碳混炼溶解的结构。
模具为利用3点的阀门浇口(valve gate)规格的直接浇口(directgate)注射熔融树脂的结构，安装在能够利用成型机的电动机对模具的模腔间隔进行微调整的注射成型机上，进行设定，使得模具温度为40℃、冷却时间为40秒、注射时的树脂温度为195℃。
作为成型材料，使用嵌段聚丙烯(三井化学(株)制，MFR35g/10分钟(230℃)和MFR70g/10分钟(230℃))。另外，使用空气作为模腔内的气体。
由于模腔周围的密封，伴随着合模，模腔内的压力升高至大约0.3MPa，在此，注射以1.5MPa注入二氧化碳作为发泡气体并混炼、溶解后的熔融聚丙烯树脂。与注射结束同时，将模腔内的气体压力开放，移动可动模具，使得在注射结束后0.5秒内扩大模腔的容积，由此得到发泡成型体。
利用目视确认在得到的成型品表面上没有产生漩纹、并且没有基于发泡不良的凹凸。将成型条件及其结果示于表1。材料的流动性的影响，虽然发现发泡性稍有差异，但其差异小，另外，外观也没有发现大的差异。将成型条件及其结果示于表1。
在不向模腔内施加气体压力(模腔内气体压力＝0MPa)的条件下实施注射成型，发现在成型品的表面上产生漩纹、并且在成型品表面的一部分上产生麻点(成型品表面的凹凸)。将成型条件及其结果示于表1。
除了将模腔内的气体压力提高至0.9MPa以外，与实施例1同样地操作，进行注射成型。因为模腔压力比相对于物理发泡剂的压力1.5MPa的优选范围高，所以，确认在发泡成型品表面上产生麻点和发泡不良，但没有漩纹。将成型条件及其结果示于表1。
发泡剂的供给压力和模腔内的气体压力与实施例1相同，在熔融树脂向模腔内注射结束后，也保持模腔内的压力，在使可动模具移动以扩大模腔容积的工序的中途开始释放压力。因为开始排气的定时比优选的范围迟，所以，确认在发泡成型品表面上产生麻点和发泡不良，但没有漩纹。将成型条件及其结果示于表1。
表1
除了使用碳酸氢钠和柠檬酸系的热分解型化学发泡剂作为发泡剂以外，与实施例1同样地操作，进行注射成型。化学发泡剂以母料形式在材料中添加、混合3份，进行供给。
将已混炼、溶解有由加热分解的化学发泡剂产生的二氧化碳的熔融聚丙烯树脂，注射在随着成型机的合模而升压至大约0.2MPa的模腔中。在注射结束的时刻，将模腔内的气体压力开放，移动可动模具，使得在注射结束后0.5秒内扩大模腔的容积，由此得到在成型品表面上不产生漩纹的发泡成型体。成型品表面的平面性也良好。将成型条件及其结果示于表2。
表2
在不向模腔内施加气体压力(模腔内气体压力＝0MPa)的条件下实施注射成型，成型品表面具有平面性，但在表面上产生漩纹。将成型条件及其结果示于表2。
除了将模腔内的气体压力提高至0.9MPa以外，与实施例2同样地操作，进行注射成型。因为模腔压力比优选的范围高，所以，确认在发泡成型品表面上产生麻点和发泡不良，但没有漩纹。将成型条件及其结果示于表2。
权利要求
1.一种注射发泡成型方法，在由固定模具和可动模具形成的模腔内，填充被塑化并溶解有发泡气体的热塑性树脂后，移动可动模具，扩大模腔容积，得到发泡树脂成型体，其特征在于通过使可动模具向固定模具侧移动，使配置在固定模具和可动模具的在模腔外部的相互相对的一对相对面的至少一个上的密封部件与另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件接触，从而使模腔成为气体密封状态，然后，通过一边压缩密封部件一边使可动模具进一步向固定模具侧移动，维持气体密封状态，同时减小模腔容积，由此，将模腔内升压至超过大气压的压力，将热塑性树脂注射到升压后的模腔内。
2.如权利要求1所述的注射发泡成型方法，其特征在于在将热塑性树脂注射到已升压至超过大气压的压力的所述模腔内的中途或注射后，将模腔内的气体压力开放，然后，使所述可动模具向离开所述固定模具的一侧移动，扩大模腔容积，由此，使模腔内的热塑性树脂发泡。
3.如权利要求1所述的注射发泡成型方法，其特征在于使用固定模具和可动模具，所述固定模具和所述可动模具具有使凹部与凸部嵌合，在它们的内部形成模腔，通过使凹部和凸部在嵌合部上滑动，改变所述模腔容积的剪切边缘结构。
4.如权利要求3所述的注射发泡成型方法，其特征在于在使配置在一对所述相对面的至少一个上的密封部件与另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件相互接触后，从与所述密封部件的气体密封部和所述剪切边缘结构的嵌合部之间连通的气体流路，向模腔内供给气体，由此将模腔空间升压。
5.如权利要求3所述的注射发泡成型方法，其特征在于在将热塑性树脂注射到已升压至超过大气压的压力的所述模腔空间的中途或注射后，从与所述密封部件的气体密封部和所述剪切边缘结构的嵌合部之间连通的气体流路排出模腔内的气体，由此将该模腔内的气体压力开放。
6.如权利要求1～5中任一项所述的注射发泡成型方法，其特征在于使用化学发泡剂作为热塑性树脂的发泡剂，并且，通过一边压缩所述密封部件一边使可动模具向固定模具侧移动，使模腔内的气体压力升压至0.05MPa以上。
7.如权利要求1～5中任一项所述的注射发泡成型方法，其特征在于使用物理发泡剂作为热塑性树脂的发泡剂，并且，通过一边压缩所述密封部件一边使可动模具向固定模具侧移动，使模腔内的气体压力升压至物理发泡剂的供给压力的5％以上的压力。
8.一种注射发泡成型用模具，在由固定模具和可动模具形成的模腔内，填充被塑化并溶解有发泡气体的热塑性树脂后，移动可动模具，扩大模腔容积，得到发泡树脂成型体，其特征在于在所述固定模具和所述可动模具中，设置有分别在模腔外部相互相对的一对相对面，在所述一对相对面的至少一个上配置有密封部件，通过使可动模具向固定模具侧移动，配置在所述一个相对面上的密封部件与所述另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件接触，由此使模腔成为气体密封状态，通过一边压缩密封部件一边使可动模具进一步向固定模具侧移动，维持气体密封状态，同时减小模腔容积，由此，将模腔内升压至超过大气压的压力。
9.如权利要求8所述的注射发泡成型用模具，其特征在于所述固定模具和所述可动模具具有使凹部与凸部嵌合，在它们的内部形成模腔，通过使凹部和凸部在嵌合部上滑动，改变所述模腔容积的剪切边缘结构。
10.如权利要求9所述的注射发泡成型用模具，其特征在于配置在所述一个相对面上的密封部件与所述另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件接触的最大的模腔厚度为2～8mm，将热塑性树脂填充在模腔内时的模腔厚度为0.7～2.5mm。
11.如权利要求9或10所述的注射发泡成型用模具，其特征在于设置有与所述密封部件的气体密封部和所述剪切边缘结构的嵌合部之间连通的给排气用的气体流路。
12.如权利要求9～11中任一项所述的注射发泡成型用模具，其特征在于包括面向所述密封部件的气体密封部与所述剪切边缘结构的嵌合部之间的空间而配置，通过向一定方向的滑动使该空间的容积气密地改变的滑动型芯，利用所述滑动型芯的移动，能够将已成为密封状态的模腔内的气体压力升高。
13.如权利要求9～12中任一项所述的注射发泡成型用模具，其特征在于所述固定模具和所述可动模具中的一个包括模具本体；和能够在该模具本体上装卸，利用其厚度规定模腔厚度，一个面成为所述相对面的嵌入部件。
全文摘要
本发明提供在发泡成型中能够防止在成型体表面上产生的漩纹的产生、能够以短的成型周期和低成本制造外观良好的注射发泡成型体的注射发泡成型方法和注射发泡成型用模具。通过使可动模具(2)向固定模具(1)侧移动，使配置在固定模具(1)和可动模具(2)的在模腔外部的相互相对的一对相对面的至少一个上的密封部件(6)与另一个相对面或配置在该相对面上的密封部件接触，使模腔(3)成为气体密封状态，然后，通过一边压缩密封部件(6)一边使可动模具(2)进一步向固定模具(1)侧移动，维持气体密封状态，同时减小模腔(3)的容积，由此，将模腔(3)内升压至超过大气压的压力，将热塑性树脂注射到升压后的模腔(3)内。
文档编号B29C45/26GK101068670SQ200580038279
公开日2007年11月7日 申请日期2005年11月8日 优先权日2004年11月9日
发明者河村达次, 永野昭则 申请人:普瑞曼聚合物株式会社