Pulp Injection Molding

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1 大宝工業株式会社 PULP INJECTION MOLDING パルプ射出成形説明資料

2 はじめに 大宝グループでは, 国内外の事業所において ISO14001 を取得していることを初め, かけがえのない地球環境を将来の世代に残そう を合言葉にして, 環境に配慮したものづくりの思想を基に活動を行っております 省エネルギー化, 省資源化等に加え, 弊社では原料にパルプと澱粉を用いた, パルプ射出成形 (Pulp Injection Molding, 以下 PIM と略記 ) 技術の研究を行っています 本書では具体的な工程概略と, 技術について紹介していきます 平成 22 年度 8 月改訂 2

3 資料目次 1. PIM 紹介 沿革 P-4 製品紹介 P-5,6 2. 製造工程 PIM 工程概略 P-7 射出成形工程 P-8 PIM 専用射出成形機 P-9 3. 物性 評価 PIM 成形品の長所 短所 P-11 生分解実験記録 P-12 機械的特性比較 P-13 PIM の環境影響因子 P-14 PIM 材料の LCA 比較 P-15 梱包容器の LCA 比較 P-16 衛生 燃焼測定分析表 P-17 耐熱試験 P-18 吸水試験 P PIM 技術の一例 薄肉成形 アンダーカット P-21 インサート成形 微細形状 P-22 多リブ構造 ヒンジ構造 P-23 PIM 押出成形用発泡剤 P-24 印刷見本 P-25 その他のセルロース素材添加 P-26 PIM の研究論文一覧 P-27 3

4 沿革 1995 年パルプ射出成形の研究に着手 1998 年 2000 年 パルプ射出成形法に関する初の特許取得 PIM(Pulp Injection Molding) の商標権取得既存手法を改良 量産開始 2002 年専用生産工場を立ち上げ 2005 年 2006 年 生産性向上の為 東京大学横井研究室と日精樹脂工業 で共同研究に着手 東京大学生産技術研究奨励会に PIM コンソーシアムを設置 2007 年生産性を 6 割向上させる 2008 年 ランナーレス成形第 2 期コンソーシアム開始 現在 4

5 製品紹介 ファイル綴じ具 箸 CD ケース 皿 スピーカーコーン 紙管カバー リールケース コップ& コップリッド アンプルケース コンテナー プランター ラップ切刃 5

6 ディスク収納ケース (10 枚 ) デジカメ用梱包材 6

7 材料製造工程 PIM 工程概略 水 混練 60% 40% 紙原材料 水溶性結合剤 成形材料 射出成形工程 成形材料 水 乾燥固化 射出成形 成形品 7

8 射出成形工程 (1) 可塑化 計量工程 金型 PIM 材料 ( パルプ, 澱粉, 水 ) ホッパー 金型閉 シリンダ温度 80~95 スクリュ (2) 射出工程 金型温度 150~180 (3) 加熱 乾燥工程 水蒸気 型開閉動作 8

9 PIM 専用射出成形機 110T PIM 専用機製造メーカー : 日精樹脂工業株式会社 機械仕様 (110T) 可塑化能力 PS (kg/h) 最大射出圧力 (MPa) 射出率 (cm 3 /s) 射出速度 (mm/s) 仕様項目 9E 12E( 標準 ) 18E スクリュ径 (mm) 射出体積 (cm 3 ) AA A B AA A B AA A B 標準 高速 高負荷 標準 高速 高負荷 ホッパ ( オプション ) 容量 (L) 型締力 (kn) 型締ストローク (mm) 使用金型厚 最小 ~ 最大 220~ ~ ~410 最大型開距離 (mm) (mm) タイバー間隔 H V (mm) ダイプレート寸法 H V (mm) 最小金型寸法 H V (mm) ロケートリング径 (mm) エジェクタストローク (mm) 加熱筒ヒータ電力 (kw) メインブレーカ容量 (A) 75(100) 75(125) 75(125) 機械寸法 L W H (m) 床寸法 L W (m) 機械質量 (t) スクリュ回転速度 (rpm) 0~300 0~300 0~300

10 物性 評価 PIM 成形品の長所 短所 生分解実験記録 機械的特性比較 PIM の環境影響因子 PIM 材料の LCA 比較 梱包容器の LCA 比較 衛生 燃焼測定分析結果 耐熱試験 吸水特性 10

11 PIM 成形品の長所 短所 長所 ゴミが付着しない 一般ゴミとして処分できる ( 紙としてリサイクル可能 ) 燃やしても有害物質が出ない 比重が軽い (0.85 程度 ) 生分解性能約 6 ヶ月で土中分解 高耐熱性約 環境で変化なし 寸法精度は汎用樹脂並み 製品を原料としてリサイクル出来る 短所 高温多湿に弱い ( 吸湿寸法変形 ±0.5%) ウェルド部は強度が劣る 獣害 虫害の危険性あり 11

12 生分解実験記録 3 ヶ月間毎日 2 度注水 (8:00, 17:00) 12

13 機械的特性比較 比重引張強度 (MPa) 伸び曲げ強度 (%) (MPa) 曲げ弾性率 (MPa) 衝撃強さ (kg J/m 2 ) PIM 材料 汎用樹脂 バージン ポリ乳酸新聞 PS PP 古紙 ,900 3,600 2,500 1,200 3,

14 PIM の環境影響因子の評価 14

15 PIM 材料の LCA 比較 (CO 2 kg/ton) E.T.H.Vink et al.,cargill Dow Polymer Degradation and Stability(2003) ポリ乳酸の数値はネイチャー ワークス社の 14 万 t プラントがフル稼働を設定 パルプ等の素材データは日本製紙連合会が公表しているデータを原料の混合割合で積算し PIM 原料作成 ( 造粒 押出 ペレタイズ ) 時の電力使用量に環境省公表データをベースに算出した値を加算した 資料作成 : 大宝工業株式会社 15

16 梱包容器の LCA 比較 デジタルカメラメーカー O 社の場合 2006 年度 CO 2 発生量 210, 563 ton デジタルカメラの 70% を空輸しているため CO2 排出量では物流系の割合が高い 16

17 測定分析 衛生試験 ( 重金属 他 ) 分析結果 分析試験項目 結果 検出限界 注 方法 鉛 検出せず 5ppm 原子吸光光度法 カト ミウム 検出せず 0.5ppm 原子吸光光度法 PCB 検出せず 0.1ppm カ スクロマトク ラフ法 溶出試験 1 重金属 (Pbとして)( 溶媒 :4V/V% 酢酸 ) 検出せず 1μ g/ml 硫化ナトリウム比色法 フェノール類 ( フェノールとして )( 溶媒 : 水 ) 検出せず 0.5μ g/ml 4-アミノアンチヒ リン吸光光度法 ホルムアルテ ヒト ( 溶媒 : 水 ) 検出せず 0.5μ g/ml アセチルアセトン吸光光度法 蛍光物質 検出せず 2 注 1. 溶出条件 : 表面積 1cm2 当たり2mlの溶媒を用い,60 で30 分間浸漬溶出 注 2. 蛍光物質を使用した器具または容器包装の検査法について ( 昭和 46 年環食第 244 号, 平成 16 年食安基発第 号及び食安監発第 号 ) によった 財団法人日本食品分析センター調べ 燃焼測定分析結果 試験試料 PIM(N-P25) 試験項目及び方法燃焼試験 FMVSS302 準拠試験片 :300mm 100mm 1mm 試験室の条件 :24,59%RH 試験数 :n=5 試験結果燃焼速度 :39mm/min 株式会社ダイヤ分析センター調べ 17

18 耐熱試験 測定日 :07/07/26 加熱条件 : 温度 加熱時間 :60min サンフ ルサイス :3cm 5 cmノーマル材平板肉厚 1mm. 切出 重量変化 処理前 重量減率 0% 3.6% 5.9% 31.3% 65.5% 加熱 120 では変色 重量変化は発生しない 18

19 接触角 [ ] 吸水特性 6 μl 10mm 接触角 経過時間 [s] PIM コピー用紙 撥水性を高めた紙 19

20 PIM 技術の一例 薄肉成形 アンダーカット インサート成形 多リブ構造 ヒンジ形状 微細形状 PIM 押出成形用発泡剤 印刷見本 その他のセルロース素材添加 20

21 薄肉成形 コップリッド 肉厚 0.3mm アンダーカット アンプルケース 拡大断面図アンダーカット 21

22 インサート成形 吸水紙インサート 写真インサート 微細形状 ラップ切り刃 22

23 多リブ構造 ヒンジ形状 23

24 PIM 押出成形用発泡剤 ABS 樹脂のみ PIM+ABS 樹脂 比重が最大 30% 近く軽量化可能 成形後のアニーリング不要等の利点あり 24

25 印刷見本 パッド印刷 オフセット印刷 シルクスクリーン印刷 シルクスクリーン印刷 25

26 その他セルロース素材添加 紙管 木材チップ 新聞紙 木粉 26

27 PIM の研究論文一覧 論文 No. タイトルページ番号掲載冊子パルプ射出成形の研究 Ⅰ -バーフロー金型による流動特性計測- 1 P139~142 成形加工シンポジア 05 パルプ射出成形の研究 Ⅱ - 成形品の特性評価 - 2 P143~146 成形加工シンポジア 05 パルプ射出成形の研究 Ⅲ -ハイサイクル化の検討- 3 P147~148 成形加工シンポジア 05 パルプ射出成形の研究 Ⅳ - 大型成形品での流動特性ならびにハイサイクル化 - 4 P149~152 成形加工 06 パルプ射出成形の研究 Ⅴ - 成形品の特性評価 Ⅱ- 5 P151~152 成形加工 06 パルプ射出成形の研究 Ⅵ - 大型成形品での流動特性ならびにハイサイクル化 - 6 P95~96 成形加工シンポジア 06 パルプ射出成形の研究 Ⅶ - 成形品内部空隙の評価と成形条件との相関 - 7 P97~98 成形加工シンポジア 06 パルプ射出成形の研究 Ⅷ - 可塑化条件の最適化 - 8 P197~198 成形加工 07 パルプ射出成形における型内現象の実験解析 Ⅰ 9 P83~84 成形加工 08 パルプ射出成形の研究 Ⅸ - 低圧縮スクリュによるハイサイクル化の検討 - 10 P85~86 成形加工 08 パルプ射出成形の研究 Ⅹ -X 線 CTによる成形品の評価 - 11 P87~88 成形加工 08 パルプ射出成形における成形品特性評価 Ⅰ 12 P147~148 成形加工シンポジア 08 パルプ射出成形におけるランナーレス化の検討 13 P149~150 成形加工シンポジア 08 パルプ射出成形における型内現象の実験解析 Ⅱ 14 P150~151 成形加工シンポジア 08 パルプ射出成形における型内現象の実験解析 Ⅲ 15 P367~368 成形加工 09 パルプ射出成形におけるウェルドラインの生成と特性評価 16 P369~370 成形加工 09 パルプ射出成形における単純リブ内部流動の材料マーキング可視化解析 17 P253~254 成形加工シンポジア 09 パルプ射出成形品ウェルド領域の材料マーキング可視化解析 18 P185~186 成形加工 10 27

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