発泡成形の種類や材料と、使用される発泡剤について解説
目次
多孔質プラスチックを生成する技術である発泡成形。
一般的なプラスチック成形の「融かす」「流す」「固める」に加え、「発泡性を持たせる」「発生した気泡を成長させる」「気泡の成長を停止する」などの工程を追加した成形法です。
この技術は現在多くの製品に用いられており、食品トレーに使用される発泡ポリスチレン、自動車部品に使われる発泡ポリプリピレンなどもその代表例です。
一口に言ってもその種類や必要な材料もさまざまで、成形品の用途や特徴などに応じて発泡法や発泡剤も変わります。
この記事では発泡成形の種類と、使用する材料について解説していきますので、各メーカーの方や加工業者の方はぜひ参考にしてください。
発泡成形の種類
大きく分けて、固相発泡と液相発泡の2つがあります。ここではさらに細分化して、種類ごとにご紹介します。
固相発泡
固相発泡とは、「融かす」から「固める」までをはじめに行い、あとから発泡の工程を行う方法です。固相発泡には以下のようなものがあります。
ビーズ発泡
ビーズ発泡とは、主に発泡スチロールなどの製造で行われ、ポリスチレン以外のプラスチックに多く使われる方法です。形状設計の自由度が高く、高倍率の成形品ができ上がることが特徴です。
バッチ発泡
バッチ発泡は、学術研究などでも多く使用される手法です。耐圧容器に入れた予備のプラスチック片を発泡剤に飽和するまで含浸させ、圧力解放または加熱するなどして気泡を発生させます。
プレス発泡
プレス発泡は、靴底などの成形にもよく使われる方法です。原料となるプラスチックに化学発泡剤などを低温で混合したシートを作成し、それを金型内に入れて加熱し、架橋させながら発泡を行います。
常圧二次発泡
常圧二次発泡は高倍率で、柔軟性・耐熱性・復元性に優れたシートが作成できる手法です。自動車内装表皮材のクッション層のほか、自動車の天井材などにも使われています。
PPやPEなどのプラスチックと化学発泡剤などを混ぜ、化学架橋もしくは電子線架橋したシートを加熱炉で発泡させます。
液相発泡
液相発泡とは、「融かす」から「固める」までの工程と、気泡の発生から成長、停止までが同時に進行する方法です。液相発泡には以下の方法があります。
射出発泡
射出発泡は、発泡性プラスチックを金型内へ射出充填して多孔質プラスチックを得る技術です。金型内の発泡挙動によってショートショット法・フルショット法・コアバック法に分けられます。
この発泡法には、コスト削減や設計の自由度が高い、開発期間の短縮などのメリットがあります。
押出発泡
押出発泡は、発泡プラスチックを押出機で押し出す手法です。食品トレーに使われているポリスチレンシートなどの薄肉製品から、住宅の断熱材に使われている押出法ポリスチレンシートなどの厚肉製品まで、幅広い成形品に対応できます。
発泡ブロー
発泡ブロー成形は、空洞のプラスチック成形品の製造に適したブロー成形と、発泡技術を組み合わせた成形法です。発泡ブロー成形には主に2つの方法があり、1つは押出機で押し出したパリソンを金型に挟み、空気を吹き込んで膨らませる押出ブローという方法。
もう1つは、あらかじめ試験管状に射出成形したプリフォームを、加熱延伸したあとに高圧空気を吹き込んで膨らませる射出延伸ブローです。
発泡成形に用いる発泡材料
発泡成形に用いる材料である発泡剤は、気泡を形成するガスを供給するための物質です。大きく分けて化学発泡させる化学発泡剤と、物理発泡させる物理発泡剤の2種類あります。
一つずつ見ていきましょう。
化学発泡剤
化学発泡の材料である化学発泡剤は有機系と無機系の2種類あり、それぞれさらに熱分解型と反応型に細分化が可能です。有機系の熱分解型発泡剤には、ADCA（アゾジカーボンアミド）をはじめ、DPT（N,N’-ジニトロペンタメチレンテトラミン）やOBSH（4,4’-オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド）などが主に用いられ、無機系の熱分解型発泡剤には、炭酸水素塩や炭酸塩のほか、炭酸水素塩と有機酸塩の組み合わせなども用いられます。
成形品の用途や特徴に合わせた発泡剤が使用されており、たとえば重曹系の発泡剤は無味無臭なので、食品包装などに使用される押出発泡成形品や、自動車の内装などに使用される射出発泡成形品などによく用いられています。
化学発泡は発泡が良好で、初期設備投資が小さいことがメリットとして挙げられますが、発泡倍率が小さく、発泡の制御が困難なデメリットもあるので注意が必要です。
物理発泡剤
物理発泡の材料である物理発泡剤には、主に窒素ガスや炭酸ガスが使用されます。これらのガスとプラスチックを高圧下で溶解させ、圧力低下もしくは加熱により溶解度を低下させることによって、気泡を生成します。
物理発泡にはフロンや炭化水素が使われることもあり、これらにはオゾン層の破壊や地球温暖化などの環境問題、可燃性や毒性の問題もあります。
発泡が良好で発泡倍率が大きいというメリットがありますが、化学発泡と比較して初期設備投資が大きいことや、成形条件幅が狭いというデメリットもあります。
発泡成形の基本を抑えておきましょう
このページでは発泡成形の種類にフォーカスして説明をしてきましたが、発泡成形の基本的な特徴について抑えておくことも重要です。詳しくはコチラの「発泡成形の特徴とは？物理発泡と化学発泡の特徴を解説」の記事をご覧ください。
用途に応じた発泡形成と材料の使用を
いかがでしたでしょうか？発泡形成のお悩みやご相談は、ぜひ当社までお寄せください。
詳しくは、コチラのジェムスエンヂニアリングの射出発泡成形特集のページをご覧ください。
