成形体、汽车用构件和成形体的制造方法与流程

1.本公开涉及成形体、汽车用构件和成形体的制造方法。


背景技术：

2.近年来，以汽车的轻量化为目的，在内外饰用的部件中进行了从金属构件向树脂制构件的替换。其中，与金属相比，使树脂发泡而获得的包含气泡(泡孔)的成形体轻，可期待汽车燃料效率的进一步提高。
3.作为用作汽车部件的发泡成形体，例如已知：通过专利文献1所记载的方法获得的发泡成形体。在该方法中，将熔融树脂注入至形成于一对成形用模具中的腔内，使树脂发泡而制作成形体。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2005-238726号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.为了进一步推进汽车的轻量化，期望由树脂构成的成形体也进一步轻量化。即，期望成形体的每单位面积质量的降低。但是，如果降低成形体的每单位面积质量，则有可能无法获得充分的强度。
9.鉴于上述情况，本公开的课题在于提供一种能够兼顾轻量化和确保强度的成形体、包含该成形体的汽车构件、以及成形体的制造方法。
10.用于解决课题的方法
11.用于解决上述课题的具体方法包含以下方式。
12.＜1＞一种成形体，其具有在厚度方向上依次配置有表皮层a、发泡层和表皮层b的发泡部位，上述发泡部位中的上述发泡层的厚度相对于上述表皮层a、上述发泡层和上述表皮层b的合计厚度的比例为73％～88％。
13.＜2＞根据＜1＞所述的成形体，上述发泡层所含的泡孔的平均直径为0.18mm～0.34mm。
14.＜3＞根据＜1＞或＜2＞所述的成形体，上述发泡层的每单位截面积的泡孔的个数大于或等于11个/mm2。
15.＜4＞根据＜1＞～＜3＞中任一项所述的成形体，上述发泡层所含的泡孔的最大直径小于或等于0.84mm。
16.＜5＞根据＜1＞～＜4＞中任一项所述的成形体，上述发泡层所含的泡孔为沿上述发泡层的厚度方向取向的状态。
17.＜6＞根据＜1＞～＜5＞中任一项所述的成形体，上述表皮层a和上述表皮层b的厚度分别为0.26mm～0.36mm。
18.＜7＞一种汽车用构件，其包含＜1＞～＜6＞中任一项所述的成形体。
19.＜8＞一种成形体的制造方法，其为＜1＞～＜6＞中任一项所述的成形体的制造方法，具备如下工序：
20.将包含树脂和发泡剂的组合物供给至具有可移动部分的成形装置的内部的工序；以及
21.使上述成形装置的一部分移动以增大上述成形装置的内部容积的工序。
22.发明效果
23.根据本公开，提供能够兼顾轻量化和确保强度的成形体、包含该成形体的汽车构件、以及成形体的制造方法。
附图说明
24.图1是实施例1中制作的成形体的截面的x射线ct扫描图像。
25.图2是实施例2中制作的成形体的截面的x射线ct扫描图像。
26.图3是实施例3中制作的成形体的截面的x射线ct扫描图像。
27.图4是实施例4中制作的成形体的截面的x射线ct扫描图像。
28.图5是实施例5中制作的成形体的截面的x射线ct扫描图像。
29.图6是比较例1中制作的成形体的截面的电子显微镜照片。
30.图7是成形体的制造中使用的成形装置的构成的一例的概略截面图。
31.图8是成形体的制造中使用的注射装置的构成的一例的概略截面图。
具体实施方式
32.以下，对用于实施本发明的方式进行详细说明。但是，本发明不限于以下实施方式。在以下实施方式中，其构成要素(也包含要素步骤等)除了特别明示的情况以外都不是必须的。关于数值及其范围也同样，并不限制本发明。
33.本公开中，关于“工序”一词，除了独立于其他工序的工序以外，即使在与其他工序不能明确区分的情况下，如果能实现该工序的目的，则也包含该工序。
34.本公开中，使用“～”来表示的数值范围中包含“～”前后所记载的数值分别作为最小值和最大值。
35.本公开中阶段性记载的数值范围中，一个数值范围所记载的上限值或下限值可以替换为其他阶段性记载的数值范围的上限值或下限值。另外，本公开中记载的数值范围的上限值或下限值也可以替换为实施例所示的值。
36.本公开中，在组合物中存在多种相当于各成分的物质的情况下，只要没有特别说明，组合物中的各成分的含有率就是指组合物中存在的该多种物质的合计的含有率。
37.本公开中，关于“层”一词，除了在观察存在该层的区域时形成于该区域整体的情况以外，也包含仅形成于该区域的一部分的情况。
38.本公开中，在参照附图来说明实施方式的情况下，该实施方式的构成不限定于附图所示的构成。各图中的构件大小是概念性的，构件间的大小的相对关系不限于此。
39.＜成形体＞
40.本公开的成形体是一种具有在厚度方向上依次配置有表皮层a、发泡层和表皮层b
的发泡部位的成形体，上述发泡部位中的上述发泡层的厚度相对于上述表皮层a、上述发泡层和上述表皮层b的合计厚度的比例为73％～88％。
41.本公开中，“发泡层”是指树脂中包含泡孔的状态的部分，“表皮层”是指树脂中不含泡孔的状态的部分。
42.本公开中，有时将成形体的在厚度方向上依次配置有表皮层a、发泡层和表皮层b的部位称为“发泡部位”。有时将发泡层的厚度相对于表皮层a、发泡层和表皮层b的合计厚度的比例称为“发泡层比例”。有时将表皮层a和表皮层b分别称为“表皮层”。
43.本公开的成形体与以往用作汽车部件的发泡成形体相比，发泡层在发泡部位中所占的比例大。即，密度低于表皮层的发泡层的比例大于以往产品。因此，即使是与以往产品相同程度的厚度，也能够减小每单位面积的质量，能够实现成形品的轻量化。另一方面，通过对发泡层的厚度比例设置上限，从而使强度比发泡层优异的表皮层以充分的厚度配置在发泡层的两侧。由此，可确保作为成形品所需的强度。
44.图1～图6表示成形体的发泡部位的截面的电子显微镜照片的一例。图1～图6所示的截面是沿着厚度方向将成形体的发泡部位切断而获得的。在图1～图6中，显示为亮度相对较低的区域的部分相当于泡孔，亮度相对较高的区域相当于树脂。存在泡孔的区域相当于发泡层，存在于其两侧的未观察到泡孔的区域相当于表皮层。
45.从轻量化的观点考虑，成形体的发泡部位中的发泡层比例优选大于或等于75％，更优选大于或等于77％。
46.从确保充分强度的观点考虑，成形体的发泡部位中的发泡层比例优选小于或等于85％，更优选小于或等于83％。
47.在成形体所具备的发泡部位的厚度不固定的情况下，将在发泡层的厚度最大的部位所测定的发泡层的厚度相对于表皮层和发泡层的合计厚度的比例设为该成形体的“发泡层比例”。
48.本公开中，表皮层和发泡层的厚度通过观察成形体的发泡部位的截面图像来测定。截面图像的种类没有特别限制，可以使用x射线ct扫描图像、电子显微镜照片等。观察区域设定为可确保至少1.5mm宽度。
49.具体而言，在成形体的发泡部位的截面图像中，将未观察到泡孔的区域的厚度作为表皮层的厚度，将观察到泡孔的区域的厚度作为发泡层的厚度来测定。
50.上述测定中，表皮层与发泡层的边界如下确定。
51.在发泡部位的截面图像中，设定与发泡部位的厚度方向垂直的直线，使其从发泡部位的最表面部向中心部移动。该直线在与泡孔的横径和纵径的至少一方大于或等于0.03mm的泡孔开始接触的位置停止移动，设为表皮层与发泡层的边界。
52.本公开中，泡孔的横径是指与发泡部位的厚度方向垂直的方向的泡孔的最大宽度，泡孔的纵径是指发泡部位的厚度方向的泡孔的最大宽度。
53.发泡层中所含的泡孔的平均直径优选大于或等于0.12mm，更优选大于或等于0.18mm。如果泡孔的平均直径大于或等于0.12mm，则存在可实现成形体的充分轻量化的倾向。
54.发泡层中所含的泡孔的平均直径优选小于或等于0.24mm，更优选小于或等于0.21mm。如果泡孔的平均直径小于或等于0.24mm，则存在可抑制基于成形体部位的强度不
均的倾向。
55.发泡层中所含的泡孔的最大直径优选小于或等于0.84mm，更优选小于或等于0.70mm，进一步优选小于或等于0.65mm。如果泡孔的最大直径小于或等于0.84mm，则存在可抑制基于成形体部位的强度不均的倾向。
56.本公开中，泡孔的平均直径和最大直径通过观察与用于测定表皮层和发泡层的厚度的截面图像同样地操作而获得的成形体的发泡部位的截面图像来测定。具体而言，将在成形体的发泡部位的截面观察到的泡孔的横宽和纵宽设为该泡孔的横径和纵径，将观察到的所有泡孔(其中，不包括横径或纵径小于0.03mm的泡孔)的横径的算术平均值和纵径的算术平均值的合计除以2而获得的值设为“泡孔的平均直径”，将所有泡孔的横径和纵径中的最大值设为“泡孔的最大直径”。
57.发泡层的每单位截面积的泡孔的个数优选大于或等于30个/mm2，更优选大于或等于40个/mm2，进一步优选大于或等于45个/mm2。如果发泡层的每单位截面积的泡孔的个数大于或等于30个/mm2，则可充分获得通过设置发泡层所带来的成形体轻量化的效果。
58.发泡层的每单位截面积的泡孔的个数的上限值没有特别限制，但从确保成形体的强度的观点考虑，可以小于或等于100个/mm2，可以小于或等于80个/mm2，也可以小于或等于60个/mm2。
59.本公开中，发泡层的每单位截面积的泡孔的个数通过观察与用于测定表皮层和发泡层的厚度的截面图像同样地操作而获得的成形体的发泡部位的截面图像来测定。更具体而言，将在发泡层的截面观察到的所有泡孔(其中，不包括横径或纵径小于0.03mm的泡孔)的个数除以观察对象的发泡层的截面积(mm2)而获得的值设为发泡层的每单位截面积的泡孔的个数。
60.发泡层中所含的泡孔也可以为沿发泡层的厚度方向取向的状态。
61.认为泡孔沿发泡层的厚度方向取向的状态是通过在成形体的成形工序中树脂发泡而形成的泡孔沿模具的移动方向伸长而形成的。泡孔沿发泡层的厚度方向取向的状态是指在能够确保所需强度的限度内发泡层达到了充分的厚度。
62.本公开中，“泡孔沿发泡层的厚度方向取向的状态”是指发泡层中所含的泡孔的平均纵横比大于或等于1.01、或大于或等于1.10。泡孔的平均纵横比是通过上述方法测定的泡孔的纵径的算术平均值与泡孔的横径的算术平均值之比(纵径的算术平均值/横径的算术平均值)。
63.从确保成形体的强度的观点考虑，发泡层中所含的泡孔的平均纵横比优选小于或等于1.80，更优选小于或等于1.70，进一步优选小于或等于1.35。
64.发泡部位中的发泡层的厚度只要满足上述发泡层比例的条件就没有特别限制。例如，发泡层的厚度可以为2.00mm～4.00mm。如果发泡层的厚度为上述范围内，则在实施通常的发泡成形方法时，存在可确保充分的强度的同时实现轻量化的倾向。
65.在成形体所具有的发泡层的厚度不固定的情况下，将在发泡层的厚度最大的部位所测定的厚度设为“发泡层的厚度”。
66.发泡部位中的表皮层的厚度只要满足上述发泡层比例的条件就没有特别限制。例如，表皮层的厚度可以为0.26mm～0.36mm。如果表皮层的厚度为上述范围内，则在实施通常的发泡成形方法时，存在可确保充分的强度的同时实现轻量化的倾向。
67.上述表皮层的厚度是配置在发泡层两侧的表皮层a和表皮层b的各1层的厚度。
68.在根据成形体的场所而表皮层的厚度不同的情况下，将在发泡层的厚度最大的场所中测定的厚度设为“表皮层的厚度”。
69.成形体的发泡部位的厚度(即，发泡层和配置于其两侧的表皮层的合计可以根据成形体的用途等来设定。
70.从确保刚性和轻量化的平衡的观点考虑，成形体的发泡部位的厚度优选小于或等于6mm，更优选小于或等于5mm，进一步优选小于或等于4mm。
71.从将熔融的树脂填充至模具内时的流动阻力的观点考虑，成形体的发泡部位的厚度优选大于或等于1mm，更优选大于或等于1.5mm，进一步优选大于或等于2mm。
72.在成形体具有发泡部位和不属于发泡部位的部位(例如，成形体的弯曲部)的情况下，发泡部位在成形体整体中所占的比例没有特别限制，可以根据成形体的用途等来设定。例如，发泡部位在成形体整体中所占的比例在俯视成形体时以面积基准计可以为50％～100％，可以为70％～100％，也可以为80％～100％。
73.成形体所含的树脂的种类没有特别限制。从成形的容易性、韧性与强度的平衡等的观点考虑，成形体所含的树脂优选为热塑性树脂。成形体所含的树脂可以仅为一种也可以为两种以上。
74.作为树脂，具体而言可列举选自由聚乙烯系树脂、聚丙烯系树脂、复合聚丙烯系树脂、聚苯乙烯系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯系树脂、聚乙烯醇系树脂、氯乙烯系树脂、离聚物系树脂、聚酰胺系树脂、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚树脂(abs)和聚碳酸酯系树脂组成的组中的至少一种。其中，优选为选自由聚丙烯系树脂、复合聚丙烯系树脂和丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚树脂(abs)组成的组中的至少一种。
75.成形体也可以根据需要包含除树脂以外的成分。作为除树脂以外的成分，可列举无机填料、橡胶、炭黑等添加剂、源自后述的发泡剂的成分等。在成形体包含除树脂以外的成分的情况下，其合计量优选小于或等于成形体整体的15质量％，更优选小于或等于10质量％，进一步优选小于或等于5质量％。
76.在成形体包含除树脂以外的成分的情况下，树脂的合计量优选大于或等于成形体整体的85质量％，更优选大于或等于90质量％，进一步优选大于或等于95质量％。
77.本公开的成形体的用途没有特别限制。本公开的成形体由于轻量且强度优异，因此适合用于汽车的内外饰构件那样的重视轻量化和强度这两者的用途。作为汽车的内外饰构件，具体而言，可列举箱形饰条(
サッコモール
)、拱形饰条、侧饰条、边梁饰条、保险杠、后门饰板等。
78.＜汽车用构件＞
79.本公开的汽车用构件包含上述成形体。
80.汽车用构件的种类没有特别限制，可以从箱形饰条(
サッコモール
)、拱形饰条、侧饰板、侧饰条、边梁饰条、保险杠、后门饰板、侧门饰板等汽车的内外饰构件中选择。
81.＜成形体的制造方法＞
82.本公开的成形体的制造方法为上述成形体的制造方法，其为具备如下工序的制造方法，即：
83.将包含树脂和发泡剂的组合物供给至具有可移动部分的成形装置的内部的工序；
以及
84.使上述成形装置的一部分移动以增大上述成形装置的内部容积的工序。
85.在上述方法中，使供给组合物的成形装置的可移动部分移动以增大成形装置内部的容积。此时，利用组合物中所含的发泡剂的作用来生成泡孔。其结果是，能够制造包含发泡部位的成形体，所述发泡部位具有包含泡孔的状态的发泡层和配置于其两侧的表皮层。
86.上述方法中，将所制造的成形体中的发泡层比例以及其他条件控制在上述范围内的方法没有特别限制。例如可列举调节组合物中所含的树脂和发泡剂的种类及量、成形条件(组合物和成形装置的温度、成形时间等)等的方法。
87.组合物中所含的树脂的种类没有特别限制，可以选自上述成形体中可以包含的树脂。
88.组合物所含的发泡剂的种类没有特别限制，可以使用有机发泡剂、无机发泡剂中的任一种。
89.作为有机发泡剂，具体而言可列举偶氮二甲酰胺(adca)、n,n-二亚硝基五亚甲基四胺(dpt)、4,4-氧代双苯磺酰肼(obsh)、亚肼基二甲酰胺(hdca)等。作为无机发泡剂，具体可列举碳酸氢钠等。
90.有机发泡剂中，在成形体为外饰构件的情况下，优选使用偶氮二甲酰胺(adca)。
91.通过使用偶氮二甲酰胺(adca)，从而存在耐温水性等提高，可抑制温水试验中的水泡产生的倾向。水泡是指通过残留在表皮层的未反应的发泡剂与水的反应而产生的气体向上推表皮层的状态。
92.发泡剂的分解温度优选为50℃～200℃，更优选为80℃～200℃。发泡剂的分解温度也可以为130℃～200℃。
93.组合物中的发泡剂的含有率优选根据发泡剂的种类等而适当设定。例如，在使用有机发泡剂(优选为偶氮二甲酰胺)作为发泡剂的情况下，从发泡性的观点考虑，组合物中的有机发泡剂的含有率优选为0.05质量％～1.0质量％的范围内，更优选为0.1质量％～0.5质量％的范围内。
94.发泡剂的上述含有率为在供给至成形装置前的组合物中的含有率。
95.上述方法中，供给至成形装置时的组合物的温度没有特别限制。在组合物包含热塑性树脂的情况下，优选为大于或等于其软化点的温度。
96.本公开的方法中使用的成形装置只要是至少一部分可移动的状态就没有特别限制。从作业性的观点考虑，优选使用至少一方能够移动的一对模具。
97.图7表示成形装置的一例。图7所示的成形装置具备可动侧模具1、固定侧模具2、可动侧模具1与固定侧模具2之间的空隙即腔6、以及从模具外部贯通固定侧模具2直至腔6的浇口4。以下，有时将可动侧模具1和固定侧模具2统称为“模具”。
98.首先，如图7的(a)所示，从注射装置(未图示)通过浇口4将包含树脂和发泡剂的组合物3供给至腔6内。在组合物3包含热塑性树脂的情况下，组合物3以热塑性树脂熔融或软化而具有流动性的状态被供给至腔6内。
99.模具通常为低于所供给的组合物3的温度。因此，如图7的(b)所示，如果组合物3被填充至腔6内，则组合物3从与模具接触的部分开始固化。
100.然后，如图7的(c)所示，移动可动侧模具1以扩大模具间的距离(退芯)，使组合物3
的未固化部分发泡而形成发泡层5。在发泡层5与模具之间由固化了的组合物3形成表皮层7。
101.成形装置的材质没有特别限制，可以使用通常的材质。例如可列举不锈钢、预硬化钢、合金工具钢、高速工具钢和超硬工具钢。
102.将组合物供给至图7所示的成形装置的方法没有特别限制。例如可以使用如图8所示的连续进行组合物的调制与向成形装置的供给的注射装置来进行。
103.图8所示的注射装置10具备料筒11和将组合物的原料投入至料筒11的内部的料斗12。料筒11的出口与成形装置的模具13连结。
104.料筒11具备：搅拌原料以调制组合物且使组合物移动至成形装置的模具13侧的螺杆11a、驱动螺杆11a的马达11b、以及将料筒11的内部加热的加热器(未图示)。供给至料筒11内部的原料在朝向模具13移动的期间变成熔融状态。
105.实施例
106.以下，通过实施例具体地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
107.＜比较例1＞
108.将树脂(100质量份)、发泡剂(1质量份)和添加剂(3质量份)投入至如图8所示的构成的注射装置的料斗中，在料筒内使树脂熔融并混合，调制组合物。将该组合物供给至一方为可动式的一对模具的腔内。将组合物供给至腔内后，将可动侧模具(芯)移动以使组合物发泡，进行冷却，制作成形体。
109.在组合物的调制中使用的材料的详细内容如下所述。
110.树脂：聚丙烯
111.发泡剂：含偶氮二甲酰胺(adca)的母料
112.添加剂：黑色颜料母料
113.＜实施例1～5＞
114.与比较例1同样地调制包含树脂(100质量份)和发泡剂(0.5质量份)的组合物，制作成形体。所使用的树脂和发泡剂的种类与比较例同样。
115.＜成形体的截面观察和质量测定＞
116.将实施例1～5中制作的成形体沿厚度方向切断而获得的截面的x射线ct扫描图像分别示于图1～图5中。将比较例1中制作的成形体沿厚度方向切断并使用电子显微镜观察到的图像示于图6中。
117.实施例和比较例中制作的成形体的截面为依次配置有表皮层a(腔侧)、发泡层和表皮层b(芯侧)的状态。
118.根据获得的x射线ct扫描图像和电子显微镜图像测定表皮层a、发泡层和表皮层b的厚度，将计算发泡层比例的结果示于表1中。
119.将发泡层所含的泡孔的最大直径、平均直径和每单位截面积的个数示于表1中。对于实施例1～5，泡孔的纵径和横径的平均直径和最大直径、以及平均纵横比也示于表1中。进一步，将成形体的每100cm2的质量示于表1中。
120.[表1]
[0121]
项目单位比较例1实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5表皮层a厚度mm0.540.320.260.340.290.30
发泡层厚度mm2.492.562.722，472，622.56表皮层b厚度mm0.540.300.280.360.270.29合计厚度mm3.573.183.263.173.183.15发泡层比例％69.7％80.5％83.4％77.9％82.4％81.3％泡孔纵径最大值mm-0.600.450.700.650.63泡孔横径最大值mm-0.840.560.610.640.63泡孔最大直径mm0.130.840.560.700.650.63泡孔纵径平均值mm-0.180.210.240.210.23泡孔横径平均值mm-0.150.160.140.120.14泡孔平均直径mm0.080.160.190.190.170.19平均纵横比
‑‑
1.221.351.771.671.60泡孔个数个/mm2474937354736质量g/100cm220.815.916.216.516.316.7
[0122]
如表1所示，发泡层比例为73％～88％的范围内的实施例的成形体与发泡层比例小于73％的比较例的成形体相比，每单位面积的质量小，实现了轻量化。另外，实施例的成形体与比较例的成形体相比，具有不逊色的强度。
[0123]
日本专利申请第2020-219608号的公开内容整体通过参照而被引入本说明书中。
[0124]
本说明书所记载的全部文献、专利申请和技术标准，与具体且分别记载了通过参照而引入各个文献、专利申请和技术标准的情况相同程度地被引入本说明书中。

技术特征：
1.一种成形体，其具有在厚度方向上依次配置有表皮层a、发泡层和表皮层b的发泡部位，所述发泡部位中的所述发泡层的厚度相对于所述表皮层a、所述发泡层和所述表皮层b的合计厚度的比例为73％～88％。2.根据权利要求1所述的成形体，所述发泡层所含的泡孔的平均直径为0.18mm～0.34mm。3.根据权利要求1或2所述的成形体，所述发泡层的每单位截面积的泡孔的个数大于或等于11个/mm2。4.根据权利要求1～3中任一项所述的成形体，所述发泡层所含的泡孔的最大直径小于或等于0.84mm。5.根据权利要求1～4中任一项所述的成形体，所述发泡层所含的泡孔为沿所述发泡层的厚度方向取向的状态。6.根据权利要求1～5中任一项所述的成形体，所述表皮层a和所述表皮层b的厚度分别为0.26mm～0.36mm。7.一种汽车用构件，其包含权利要求1～6中任一项所述的成形体。8.一种成形体的制造方法，其为权利要求1～6中任一项所述的成形体的制造方法，具备如下工序：将包含树脂和发泡剂的组合物供给至具有可移动部分的成形装置的内部的工序；以及使所述成形装置的一部分移动以增大所述成形装置的内部容积的工序。

技术总结
一种成形体，其具有在厚度方向上依次配置有表皮层A、发泡层和表皮层B的发泡部位，所述发泡部位中的所述发泡层的厚度相对于所述表皮层A、所述发泡层和所述表皮层B的合计厚度的比例为73％～88％。比例为73％～88％。比例为73％～88％。


技术研发人员：畑山明宽 中村重哉 富田教一 香川拓也
受保护的技术使用者：株式会社力森诺科
技术研发日：2021.12.21
技术公布日：2023/9/9