■ポイント■
・軽量化、省資源化、断熱効果などの機能性から環境問題やSDGs対策への貢献が期待され、ますます活用が広がる発泡プラスチック!
・成形法・発泡制御法や各種マトリックス材料への発泡成形のノウハウを詳説!
・自動車部材や断熱材など発泡プラスチックの用途例、バイオマス・生分解性樹脂を用いた発泡・多孔化技術も紹介!
■概要■
この数年の間に世の中が大きく変化しました。コロナ禍、地球温暖化によると思われる異常気象、プラスチックごみ問題、SDGsへの理解の進展などが挙げられるでしょう。
地球温暖化は大気中の二酸化炭素濃度上昇によって引き起こされますが、二酸化炭素濃度の上昇の原因として大きいのは化石燃料由来のエネルギーの大量消費です。エネルギーの消費削減に対してプラスチック業界として貢献できることが多くあります。その中で自動車部品の軽量化や住宅の断熱という場面では発泡プラスチックが多く使われています。本書では発泡プラスチックを製造するための材料(主原料や発泡剤)、発泡用の装置、成形法、発泡体の用途例が多く紹介されています。
さて、近年発泡プラスチックの製造プロセスでは成形機や発泡剤の添加方法の進展がめざましく、展示会では多くの機械メーカーが独自のプロセス技術を競っています。本書が発行される2022年は3年に一度のKショーがドイツで開催される年であり、予定通り開催されれば、発泡関連の技術が多く見られることでしょう。発泡用の材料も進化しています。近年は各材料メーカーが発泡専用グレードを投入されています。
プラスチックは我々の生活の向上と地球環境保護の両方に役立つ材料ですが、その一方で海洋プラスチックごみ問題が注目されるようになり、プラスチックそのものがバッシングの対象になってきています。プラスチックとして対応すべきことは、長持ちさせること、回収・分離しやすいこと、リサイクルしやすいこと、化石原料から循環可能な原料へのシフトなどが挙げられます。発泡プラスチックの業界でも環境問題への取り組みがなされており、本書でもその一部ですが紹介しています。
発泡の世界にいると業界内の変化が手に取るようにわかるのですが、新たに発泡を使ってみようと考えている方にはわかりにくく、何から手を付けたらよいか迷ってしまうでしょう。そのような方に是非本書を紹介してください。多くのヒントが得られると確信しています。
【第1編 基礎編】
＜1＞発泡プラスチック概論
1．発泡プラスチックと多孔質体
2．発泡プラスチックの構造
・マトリックスとなるプラスチックの種類
・ソリッドスキン層
・平均気泡径
・気泡径分布
・独立気泡と連続気泡
3．発泡成形と発泡剤
・発泡剤
・発泡成形
4．発泡製品の用途
・ポリスチレンの発泡製品
・ポリエチレンの発泡製品
・ポリプロピレンの発泡製品
・エンプラの発泡製品
5．まとめ
＜2＞発泡成形に関連する樹脂のレオロジー特性
1．はじめに
2．レオロジーの基礎
・ひずみ
・変形速度
・応力
3．理想弾性体と理想粘性体
4．粘弾性モデル
5．プラスチック溶融体のレオロジー
・動的粘弾性
・温度時間換算則
・伸長粘度
・発泡成形と粘弾性
＜3＞発泡剤について
1．はじめに
2．発泡と発泡剤
3．熱分解型化学発泡剤
・ADCA(アゾジカルボンアミド)
・DPT(N，N′-ジニトロソペンタメチレンテトラミン)
・OBSH(4，4′-オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド))
・重炭酸塩・炭酸塩
・複合発泡剤
4．発泡手法と熱分解型化学発泡剤
・架橋発泡
・非架橋発泡
・押出成形の条件設定
5．発泡剤の使いこなし
・分解助剤による分解温度低下
・気泡核剤による気泡径制御
・粉末とマスターバッチ
6．安全管理
7．最後に
【第2編 発泡成形技術】
＜4＞気泡の制御法と発泡体の強度向上法
1．はじめに
2．粘弾性挙動を基準とした気泡の制御方法
・粘弾性挙動と気泡の制御
・発泡成形システム
・所望の気泡数を得る発泡条件の予測法
3．発泡プラスチックの強度向上法
・分子配向による強度向上法
・スキン層による強度向上法
4．まとめ
＜5＞ガスアシストによる射出発泡・射出中空・射出圧空成形の原理と方法
1．はじめに
2．ガスアシスト射出発泡成形の原理
・射出発泡成形
・ガスアシスト射出発泡成形法
・新化学的発泡剤
・ガス供給装置と液状発泡剤供給装置
・金型構造
・成形方法
3．射出中空成形の原理
・射出中空成形
・金型構造とガス注入ピン
・成形方法
4．射出圧空成形法の原理
・射出圧空成形
・金型構造とガス注入ピン
・成形方法
5．おわりに
＜6＞MuCell(R)微細発泡射出成形システム
1．MuCell(R)プロセスについて
2．MuCellプロセスの利点
・軽量化
・寸法精度の向上
・サイクルタイムの短縮
・ダウンサイジング
・流動性の改善
3．MuCell SCF供給システムの構成と種類
4．MuCellのプロセス
5．MuCellの新たな展開
6．成形品の事例
7．MuCellシステムのハイサイクル成形への対応
8．可塑化能力向上のための新規スクリューデザイン
9．まとめ
＜7＞物理発泡射出成形技術「SOFIT(R)」の特長と効果事例
1．はじめに
2．概要
3．SOFIT(R)のガス溶解機構
4．SOFIT(R)成形法による特長
・ひけ改善効果
・SOFIT(R)による軽量化
・ガス溶解量の従来法との比較
・ソリ低減効果
・成形安定性
・物理発泡射出成形法「SOFIT(R)」の特徴
5．成形事例
・エンプラ、スーパーエンプラの成形
・複合成形、多色成形への展開
・カウンタープレッシャー法による表面意匠性の改善
6．おわりに
＜8＞2プラテン式射出成形機における発泡制御技術
1．はじめに
2．2プラテン式型締機構の特徴
3．2プラテン式コアバックシステム
4．4軸電動コアバックの特長
5．おわりに
＜9＞押出発泡成形技術
1．はじめに
2．押出発泡技術概要
3．発泡押出に利用される超臨界流体
4．超臨界流体供給装置
5．発泡メカニズム
6．ダイス形状と発泡特性
7．可視化二軸押出機
8．おわりに
＜10＞ポリウレタンフォームの発泡成形技術
1．はじめに
2．ポリウレタンフォームの化学
・イソシアナートの化学
・ポリウレタンフォームの生成反応
・ポリウレタンフォームの製造時の化学量論について
3．ポリウレタンフォームの原料
・概要
・ポリイソシアナート
・ポリオール
・触媒
・発泡剤
・その他の原材料
4．発泡成形方法、発泡成形設備
・スラブ発泡法(ブロック発泡法)
・現場発泡法(スプレー発泡法)
5．ポリウレタンフォームの性能及び用途
・軟質フォーム
・硬質フォーム
6．新しい技術的課題(問題)と対策
・環境問題と労働安全衛生問題
・新しい原料問題の動向
・化学物質の問題と適正使用
・その他の問題
7．結び
＜11＞表面にスワール・マーク(発泡縞模様)のない平滑で綺麗な発泡成形品を得る手段
1．初めに
2．GCPとは?
3．発泡性樹脂の製造の手段
4．GCPの原理
・思考実験
5．GCP実施可能な金型構造と圧気
・エジェクター機構をスペーサー・ブロックで囲い込みシールした金型構造(エジェクター・ボックス構造)=簡単で確実なシール金型
6．発泡性樹脂の充填及びキャビティ内への圧気・移送・排気
・エジェクターピンそれぞれを加重式Oリングでシールした金型構造
7．GCP実施のための金型のPLの最適な形状
8．発泡倍率を上げる手段=モールド・バックとコア・バック
9．射出成形機の動作
10．物性
11．その他補足事項
・レインドロップ現象について
・金型のガスベントについて
12．最後に
【第3編 構造解析・シミュレーション】
＜12＞近赤外分光法を用いた発泡射出成形プロセスにおける発泡剤濃度モニタリング
1．はじめに
2．近赤外分光法とは
3．高耐圧近赤外分光プローブセンサーの開発
4．発泡剤濃度のインライン計測
5．おわりに
＜13＞OpenFOAMによるポリウレタンの発泡流動解析
1．緒言
2．計算手法
・疑似均質体としてのモデル化
・支配方程式
・反応速度式
・粘度式
3．検証実験
4．シミュレーション
5．結言
＜14＞最新微細射出発泡成形シミュレーション技術
1．はじめに
2．微細射出発泡成形とは
3．微細射出発泡成形の原理
4．微細射出発泡成形シミュレーションの従来技術と課題
5．課題解決
・気泡核生成式
・気泡成長・収縮・消滅式
・均質化手法による計算負荷低減
・最適メッシュ(微細メッシュとBLM)
6．可視化装置を用いた観察結果と解析結果比較
7．おわりに
【第4編 応用展開】
＜15＞自動車部材への展開
1．発泡ポリプロピレンの自動車部材への応用
・自動車に使われる発泡ポリプロピレン(PP)の全体像
・発泡PPと成形加工方法
・発泡用PPの性状
・今後の展開
2．無架橋ポリプロピレン型内発泡体の自動車資材への展開
・無架橋ポリプロピレン型内発泡体とは
・世界初のポリプロピレン型内発泡成型品ピーブロック(R)/ARPRO(R)
・自動車部材への展開
・JSP海外展開
・知的財産について
・サステナビリティ対応について
＜16＞新規マトリックス材料開発、発泡体の応用・活用事例
1．発泡特性に優れる成形材料
・押出発泡に適する成形材料
・射出発泡に適する材料
・ビーズ発泡用材料
2．発泡プラスチックを適用した複合材料部材の技術開発と応用
・ST-LAYER(R)について
・CMT成形品について
・ST-LAYER(R)とCMT成形品の採用例
3．セルロースナノファイバーによる発泡体の気泡微細化・高強度化
・セルロースナノファイバー(CNF)とは
・プラスチック発泡体へのCNFの複合化
・CNF強化プラスチック発泡体の利点
・熱可塑性エラストマーへの展開
・フィルムインサート成形との組合せ
4．硬質プラスチック独立気泡発泡体を用いた
CFRPサンドイッチ構造とその応用
・CFRPサンドイッチ構造
・PMI発泡体(ロハセル)
・特性
・予備成形加工(熱成形)
・応用事例
5．フェノールフォームの特徴と電波吸収体の可能性
・開発経緯とフェノールフォームの特徴
・フェノールフォームの傾斜材料
・C/C前駆体およびC/C化
・電波吸収体の可能性
6．多機能エポキシフォームとCFRP複合化技術
・エポキシフォームの特徴
・エポキシフォームの物性
・エポキシフォームとCFRPのサンドイッチ構造体
・エポキシフォームの適用事例
7．硬質ウレタンフォーム断熱材
・硬質ウレタンフォーム断熱材とは
・硬質ウレタンフォームの用途
・製品仕様と断熱性能
・発泡剤の変遷
・吹付け硬質ウレタンフォームの行政・業界動向
・準建材トップランナー制度について
・省エネ基準適合義務化について
8．発泡断熱材の長期的利用へ向けた考え方
・性能変化に関する学術的整理
・特に厳しい環境におかれた断熱材の性能変化について
・発泡プラスチック断熱材 長期性能予測およびその利用における課題
・まとめ:長期性能を変動させる要因と長期性能維持のための対策方法
9．軟質ポリウレタンフォームの工業資材への展開
・軟質ポリウレタンフォームの市場動向
・軟質ポリウレタンフォームの製造方法
・軟質ポリウレタンフォームの種類と用途
・工業資材用軟質ポリウレタンフォーム
＜17＞生分解性・バイオマス材料の利用
1．バイオマスプラスチックとその多孔質化
・バイオマスプラスチック
・ポリ乳酸モノリス
・セルロースモノリス
2．超臨界不活性ガス発泡成形技術を用いた生分解性樹脂の発泡成形
・超臨界不活性ガス発泡とは
・生分解性樹脂の超臨界不活性ガス発泡
・超臨界不活性ガス発泡押出システム
・生分解樹脂PLA(ポリ乳酸)の超臨界不活性ガス発泡
■監修■
秋元 英郎
秋元技術士事務所
