MICROCELLULAR FOAMING · SCF

高分子のマイクロセル発泡

超臨界流体(SCF)技術に基づき、溶融体中に多数の微細気泡(気泡径1–100μm、気泡密度10⁶–10¹² /cm³)を瞬時に形成。軽量・防音・比強度に優れ、寸法精度向上と反り低減を実現します。

概念

マイクロセル発泡と超臨界流体

マイクロセル発泡プラスチックの概念

気泡径1–100μm、気泡密度10⁶–10¹² /cm³。従来の発泡体(気泡径250μm–1mm)と比べ、マイクロセル構造はより均一で微細です。

超臨界流体(SCF)技術

臨界点以上の「第三の流体」で、気体と液体の両方の性質を持ちます。加工性・コスト・環境影響を考慮し、超臨界不活性ガス — 特に窒素(N₂)や二酸化炭素(CO₂) — が発泡剤として好適です。

部品構造

典型的なサンドイッチ構造:発泡していない表皮層と発泡コア層。コア内の気泡分布は理想的に均一です。

原材料

マトリクス材料は熱可塑性樹脂(PP、ABS、PC、PA等)、熱可塑性エラストマー、鉱物充填/繊維強化材料。発泡剤は超臨界不活性ガス。

プロセス

成形原理とプロセス

樹脂は所定の背圧下で可塑化されながら、SCF(N₂またはCO₂)が溶融樹脂へ定量注入され、さらに混合/拡散して均質な溶液を形成しキャビティに入るまで維持されます。キャビティ注入後、熱力学的非平衡により多数の気泡核が瞬時に発生し、充填・冷却過程で気泡が成長・固定されてマイクロセル発泡部品となります。

SCF発泡プロセスの要点

  • 安定した蓄圧背圧:可塑化圧力を80–200 barの間に設定
  • SCF N₂を注入(シリンダへ直接):射出圧力は溶融圧力より5–10 bar高く、剂量≤1% wt.(樹脂重量比)
  • 可塑化後に減圧しない — 背圧を維持
  • 射出パラメータは部品・金型設計に依存。保持:保持工程は不要
  • 冷却:金型温度~30–60℃、冷却時間は肉厚と金型ホットスポットに依存
メリットと制限

メリットと制限

メリット a–d

寸法精度と安定性を向上(平坦度・真円度は50%以上改善)。残留応力を低減し反りを抑制。部品表面にヒケなし。成形サイクル短縮(薄肉部品で≥5%)。

メリット e–i

部品重量を5%–30%削減。型締トン数を低減。設計自由度向上(薄肉・差分肉厚構造)。金型開発/検証時間の短縮。低圧インサート成形の向上。

制限 · 外観

クラスA外観は実現不可:発泡痕と粗度増が生じ、キャビティ背圧などの手法で表面効果を改善する必要があります。

制限 · 構造

内部マイクロセル構造は充填距離によって変動する場合があり、既存の機能構造が軽量化幅を制限、ガラス繊維配向が反り改善を制限します。

解決策

キャビティ背圧技術

金型キャビティ内に圧力を構築することで、射出中の溶融樹脂の発泡を防ぎ、部品の表面効果を大幅に改善します。

プロセスフロー

  • 型締め・キャビティ加圧:型締め信号でコントローラがキャビティへガスを充填し背圧を構築(20–80 bar)。背圧が高いほど1ショットあたりのSCF量と発泡品質が向上
  • 射出と圧力制御排気:事前注入したSCF溶融樹脂でキャビティを満たしつつキャビティ背圧ガスを排気し、背圧と充填圧の動的バランスを維持
  • 蓄圧:射出後、SCFをシリンダへ注入しながら蓄圧を開始。冷却後、型を開いて部品を取り出し
  • 要点:金型は密閉必須。密閉性が高いほどキャビティ背圧を高め可能。溶融流末端にガス流路を設け制御排気
用途とステータス

用途と代表事例

01

自動車部品

ハンドル、ドアハンドル、ガード等の構造部品 — 剛性と外観を確保しつつ軽量化。

02

オフィス機器部品

プリンタ/コピー機の構造部品 — 寸法安定性向上、反り低減。

03

電子/家電部品

薄肉・高精度部品 — ヒケ解消、平坦度向上。

04

その他

フィルターキャップ(15%軽量、ヒケ解消、反り解消)、ギア(真円度向上)、Mingruiハンドル(均一気泡、10%軽量、高品質表面)等。

技術開発ステータス

  • ハードウェア開発と産業適用検証を完了:スクリュー/シリンダ/ガスピン/シールピンノズル、SCF N₂供給システム
  • キャビティ背圧との複合適用試験を完了。薄肉・厚肉部品の発泡検証を完了
  • インサート成形および金型可変温技術との複合実証を完了
お問い合わせ

技術資料をさらに入手

マイクロセル発泡の技術資料が必要な場合は、お電話にてお問い合わせください。