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技術 熱可塑性樹脂軽量成形体製造用金型およびこれを用いた熱可塑性樹脂軽量成形体の製造方法

出願人 住友化学株式会社
発明者 船越覚
出願日 2000年11月27日 (19年3ヶ月経過) 出願番号 2000-359021
公開日 2002年6月4日 (17年9ヶ月経過) 公開番号 2002-160224
状態 拒絶査定
技術分野 プラスチック等の成形用の型 プラスチック等の注型成形、圧縮成形 プラスチック等の射出成形 プラスチック等の特殊発泡成形、タイヤ成形
主要キーワード ピン状物 最終膨張 大気導入用 流体注入口 未固化状態 リブ状物 加熱発泡性 型開き装置
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

高い膨張倍率発泡倍率あるいは高い中空率を有する、軽量性表面転写性に優れた熱可塑性樹脂軽量成形体を容易に製造することのできる熱可塑性樹脂軽量成形体製造用金型を開発する。

解決手段

雌雄いずれか一方または両方の金型の成形面に開口する少なくとも一つの真空吸引口を有する雌雄一対からなる金型において、少なくとも一つの真空吸引口の周辺を連続的に取り囲むように突起または溝を成形面に設ける。

概要

背景

従来より、雌雄いずれかまたは両方の金型成形面に真空吸引口を備えた雌雄一対からなる金型はよく知られており、たとえば特開平7‐9461号公報では、雌型または雄型の少なくとも一方の金型の成形面に真空吸引口を有する雌雄一対からなる金型を用い、この金型のキャビティ内に加熱発泡性熱可塑性樹脂溶融状態で供給、充填し、型面に沿って成形体表面層を形成させたのち、この表面層を真空吸引しながら金型を開き、キャビティ容積を増大させることによって熱可塑性樹脂発泡成形体を製造する方法を開示している。

しかし、この方法で開示されている金型では、表面層を金型成形面吸着する力が弱く、成形時の溶融樹脂固化による成形収縮等により、成形体表面層と金型成形面とが離れ易く、速い速度でキャビティ容積が増大できないため、高倍率発泡成形体が得られなかったり、良好な金型転写性が得られにくいという問題があった。

概要

高い膨張倍率発泡倍率あるいは高い中空率を有する、軽量性表面転写性に優れた熱可塑性樹脂軽量成形体を容易に製造することのできる熱可塑性樹脂軽量成形体製造用の金型を開発する。

雌雄いずれか一方または両方の金型の成形面に開口する少なくとも一つの真空吸引口を有する雌雄一対からなる金型において、少なくとも一つの真空吸引口の周辺を連続的に取り囲むように突起または溝を成形面に設ける。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
5件
牽制数
0件

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請求項1

雌雄いずれか一方または両方の金型成形面に開口する少なくとも一つの真空吸引口を有する雌雄一対からなる金型において、少なくとも一つの真空吸引口の周辺を連続的に取り囲むように突起または溝を成形面に設けてなることを特徴とする熱可塑性樹脂軽量成形体製造用金型

請求項2

突起または溝が成形体外周またはその近傍に沿って設けてられてなることを特徴とする請求項1記載の熱可塑性樹脂軽量成形体製造用金型。

請求項3

金型キャビティ内大気とを連通する連通部が金型または金型間に設けられてなることを特徴とする請求項1記載の熱可塑性樹脂軽量成形体製造用金型。

請求項4

請求項1、2または3に記載の金型を使用し、(a)溶融状熱可塑性樹脂両金型間に供給し、熱可塑性樹脂を金型キャビティ内に充填する工程、(b)金型成形面より真空吸引しつつ、金型の一部または全部を成形体の厚み方向に開く工程、(c)キャビティクリアランス最終成形体厚みに保持しつつ成形体を冷却させる工程からなることを特徴とする熱可塑性樹脂軽量成形体の製造法

請求項5

原料熱可塑性樹脂が発泡剤を含有し、該発泡剤が熱可塑性樹脂に対して0.01〜5重量%含まれていることを特徴とする請求項4記載の熱可塑性樹脂軽量成形体の製造法。

請求項6

原料熱可塑性樹脂が平均繊維長3mm以上の強化繊維を含有することを特徴とする請求項4または5記載の熱可塑性樹脂軽量成形体の製造法。

請求項7

両金型間に予め表皮材を供給し、該表皮材といずれか一方の金型成形面の間に熱可塑性樹脂を供給することを特徴とする請求項4、5または6記載の熱可塑性樹脂軽量成形体の製造法。

技術分野

0001

本発明は、熱可塑性樹脂軽量成形体製造用金型およびこれを用いた熱可塑性樹脂軽量成形体の製造方法に関する。

背景技術

0002

従来より、雌雄いずれかまたは両方の金型成形面に真空吸引口を備えた雌雄一対からなる金型はよく知られており、たとえば特開平7‐9461号公報では、雌型または雄型の少なくとも一方の金型の成形面に真空吸引口を有する雌雄一対からなる金型を用い、この金型のキャビティ内に加熱発泡性熱可塑性樹脂を溶融状態で供給、充填し、型面に沿って成形体表面層を形成させたのち、この表面層を真空吸引しながら金型を開き、キャビティ容積を増大させることによって熱可塑性樹脂発泡成形体を製造する方法を開示している。

0003

しかし、この方法で開示されている金型では、表面層を金型成形面吸着する力が弱く、成形時の溶融樹脂固化による成形収縮等により、成形体表面層と金型成形面とが離れ易く、速い速度でキャビティ容積が増大できないため、高倍率発泡成形体が得られなかったり、良好な金型転写性が得られにくいという問題があった。

発明が解決しようとする課題

0004

このようなことから、本発明者はかかる問題を解決し、金型転写性に優れた熱可塑性樹脂軽量成形体を製造すべく検討の結果、本発明に至った。

課題を解決するための手段

0005

すなわち、本発明の第1は、雌雄いずれか一方または両方の金型の成形面に開口する少なくとも一つの真空吸引口を有する雌雄一対からなる金型において、少なくとも一つの真空吸引口の周辺を連続的に取り囲むように突起または溝を成形面に設けてなる熱可塑性樹脂軽量成形体製造用金型を提供するものであり、本発明の第2は、このような金型を使用し、(a)溶融状熱可塑性樹脂両金型間に供給し、熱可塑性樹脂を金型キャビティ内に充填する工程、(b)金型成形面より真空吸引しつつ、金型の一部または全部を成形体の厚み方向に開く工程、(c)キャビティクリアランス最終成形体厚みに保持しつつ成形体を冷却させる工程からなる熱可塑性樹脂軽量成形体の製造法を提供するものである。

発明を実施するための最良の形態

0006

以下、本発明について説明する。尚、以下の説明は本発明の一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。

0007

本発明の熱可塑性樹脂軽量成形体製造用金型は、図1に示すように雄型(7)および雌型(6)の雌雄一対からなり、雌雄いずれか一方または両方の金型面にはキャビティ内に開口する真空吸引口(11)が設けられている。両金型は通常そのいずれか一方がプレス装置に接続されて可動し、他方は固定されて縦方向または横方向に開閉可能となっている。(図では、雄型が固定され、雌型が可動して上下方向に開閉可能になっている。)

0008

このような金型において、真空吸引口(11)は、吸引路を介して図示しない真空ポンプなどの吸引装置に接続されている。吸引路には任意に吸引、停止が制御できる開閉弁などが設けられていてもよく、また、必要に応じて吸引力を調整するための制御機構が設けられていてもよい。

0009

かかる真空吸引口(11)は、金型の成形面に開口していることが必要であるが、キャビティ内に供給された溶融状熱可塑性樹脂が開口部に入り込まないように、開口部は複数個微細な孔で形成されていてもよいし、一般に割線と呼ばれる金型を構成する部材同士合わせ目の隙間を利用してもよく、あるいは、金型が部分的にあるいはほぼ全体的に通気性を有するポーラス状金属で構成されていてもよい。

0010

真空吸引口(11)が開口している金型成形面には、少なくとも一つの真空吸引口の周辺を連続的に取り囲むように突起(24)または溝(24)が設けられている。

0011

突起(24)を設ける場合、その断面形状は図2にいくつかの例を示すように、正方形長方形台形三角形半円形半楕円形など任意であり、場合によってはこれらを組み合わせた形状であるなど特にその形状には限定されず、所望とする成形体の形状や使用する熱可塑性樹脂材料の種類あるいは金属加工性等の面から適宜選択される。

0012

突起(24)の大きさは特に限定されず、成形体の大きさや形状、製品の厚み等によって適宜されるが、いずれの形状においても、その高さは底辺と同等ないしはそれ以上の寸法とすることが好ましく、該底辺の寸法としては一般的には0.5〜10mm程度であることが好ましい。

0013

突起(24)を設ける位置は、成形体の大きさや形状、真空吸引口を設ける位置、あるいは真空吸引を必要としない部分などによって適宜決定されるが、突起によって連続的に囲まれた成形面内に少なくとも一つの真空吸引口が位置するように突起を設ける必要がある。製品のほぼ全表面を吸引したい場合には、図3の左図に示すようにできるだけ目的とする成形体の外周または外周付近に沿った位置に設けることが好ましく、部分的に吸引したい場合には、図3の右図に示すように、当該部分のみを連続的な突起で囲めばよい。

0014

真空吸引口を囲む突起は一本に限られず、二重、三重と複数設けてもよく、このような場合には個々の突起は小さくとも十分な効果を得ることができる。突起を複数設ける場合には、各突起の断面形状は同一であっても異なっていてもよく、その高さ、底辺についてもそれぞれに異なっていてもよい。

0015

突起(24)によって囲まれる領域は一つに限られることはなく、図3右図のように複数設けられていてもよいし、図4左図のように突起によって囲まれた一つの領域の中に他の突起によって囲まれた他の領域が存在してもよく、また、図4中央図のように突起によって囲まれた領域を複数に区切ってもよい。

0016

尚、真空吸引したくない部分が部分的に存在する場合には、たとえば図4右図のように、突起で囲まれた領域内に、他の突起で囲まれた領域を形成し、真空吸引したくない領域内に真空吸引口を設けないことで、部分的に真空吸引しない部分を作ることができる。

0017

このように、少なくとも1つの真空吸引口の周辺を連続的に取り囲む突起を設けることにより、真空吸引を行った場合に、突起によって真空漏れが防止され、より確実にスキン層が金型成形面に吸着され、金型転写性が向上する。

0018

以上、突起を例にとって説明したが、溝形状についても同様であり、この場合には突起の断面形状を溝形状の断面形状に、突起の高さや底辺を溝形状の深さや溝幅に置き換えればよい。なお、溝形状を設けた場合には、キャビティ内に供給した溶融状の熱可塑性樹脂が溝状部に入り込みスキン層と一体化されるため、金型成形面から真空吸引を行った場合には、溝状物によって真空漏れが防止され、突起を設けた場合と同様の効果が得ることができる。

0019

突起または溝状物を金型成形面に設ける場合、突起のみを設けてもよいし、溝状物のみを設けてもよく、あるいはこれらを組み合わせて設けてもよく、どれを選択するかは製品の形状や意匠性等によって適宜決定される。

0020

本発明の金型においては、雌雄いずれか一方あるいは両方の金型に、キャビティ内と大気中とを連通する連通部が設けられていてもよい。かかる連通部は、金型成形面に設けた大気と連通する開口穴(18)であってもよいし(図1)、開口穴を有するピン状物(20)であってもよく(図5)、また、金型キャビティの外周部分を連通部として利用することも可能である。(図6図7

0021

開口穴(18)を金型成形面に設ける場合、該開口穴は金型に設けた大気路(19)を介して大気中に開放可能となっている。この開口穴には、開放、閉鎖を任意に制御しうる開閉弁(17)が設けられていてもよく、また、必要に応じてその開口面積を調整するための制御機構が設けられていてもよい。(図1には開閉弁を有する開口穴を設けた例を示している)

0022

開口穴を有するピン状物(20)を用いる場合も、その開口穴は大気路を通じて大気中に開放可能となっており、ピン状物自体はエアーシリンダー等の駆動装置(21)により金型成形面に対して進退可能となっている。

0023

金型キャビティの外周部を利用する態様では、キャビティ内に溶融状熱可塑性樹脂を充填した後、キャビティクリアランスを最終成形体厚みまで開放した状態で、雌雄両金型の摺動面(22)の噛み合い部がなくなるように、両金型の摺動面の長さを短くし、キャビティと大気とを上記の噛み合いのなくなった部分で連通させることが望ましい。(図7
この場合、摺動面間の隙間は0.05〜1mm程度にすることが好ましい。

0024

摺動面を有さない突き当て式の場合には、キャビティ内に溶融状熱可塑性樹脂を充填した後、金型をわずかに開くことで突き当て状態にあった両金型間に隙間が生じ、キャビティ内と大気を連通させることができる。(図6

0025

このような、キャビティ内と大気との連通部は、突起により囲まれて吸引が行われている領域以外の部分に設けられる必要がある。

0026

金型キャビティ内に溶融状熱可塑性樹脂を供給する方法は任意であるが、溶融状熱可塑性樹脂を供給するための樹脂供給口(10)を雌雄いずれかあるいは両方の金型の成形面に設けるのが有利であり(各図では雄型成形面に設けている)、このような場合には、該樹脂供給口(10)は樹脂供給路(9)を介して樹脂供給装置(8)と結ばれている。樹脂供給口の数は1つに限られず、必要に応じて2以上設けてもよい。樹脂供給口の数や設ける位置は、成形体の形状や使用する熱可塑性樹脂の種類などによって適宜選択され、また、それぞれの樹脂供給口近傍の樹脂供給路には、任意に制御可能な開閉弁を設け、射出機などの樹脂供給装置に貯えられた溶融樹脂の供給、停止が任意に制御できるようになっていてもよい。

0027

以上述べた金型を用いて得られる熱可塑性樹脂軽量成形体としては、繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体、熱可塑性樹脂発泡成形体、熱可塑性樹脂中空成形体の大きく分けて3つの形態が例示され、これらは目的とする成形体によって原料の熱可塑性樹脂の構成などに相違はあっても、方法それ自体は基本的には全て同じである。

0028

第1の形態である繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体は、空隙を殆ど有しない最外層であるスキン層(1)と、両スキン層の間の空隙を有する膨張層(2)とから構成されており、スキン層の表面には必要に応じて表皮材(16)が更に積層されていてもよい。膨張層においては、強化繊維同士が複雑に絡み合い、その接点付近で熱可塑性樹脂により固定された梁構造となっていることが好ましく、このような強化繊維同士を複雑に絡ませるには、成形体中の強化繊維の平均長が1mm以上であることが好ましい。

0029

第2の形態である熱可塑性樹脂中空成形体は、最外層の樹脂層(27)と、樹脂層の間に存在する中空部(28)とから構成されており、樹脂層の表面には必要に応じて表皮材が更に積層されていてもよい。

0030

第3の形態である熱可塑性樹脂発泡成形体は、空隙を殆ど有しない最外層であるスキン層(25)と、両スキン層の間の空隙を有する熱可塑性樹脂発泡層(26)とから構成されており、スキン層の表面には必要に応じて表皮材が更に積層されていてもよい。

0031

以下、このような熱可塑性樹脂軽量成形体の製造方法について説明する。第1の形態である繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造においては、原料として強化繊維を含有する熱可塑性樹脂が使用されるが、熱可塑性樹脂に配合される強化繊維としては、成形後における成形体中の強化繊維がその平均繊維長として1mm以上を保持するように、原料樹脂として平均繊維長が3mm以上の強化繊維を含む熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。ここで、平均繊維長は一般的な指標である重量平均繊維長が用いられる。

0032

成形体中の強化繊維の平均繊維長が1mm以上に保持されるように強化繊維含有の溶融状熱可塑性樹脂を金型キャビティ内に供給する方法としては、たとえば平均繊維長が3mm以上の強化繊維と粒状やペレット状の熱可塑性樹脂を、例えばインライン式スクリューを持った射出機内溶融混練してなる溶融樹脂をキャビティ内に供給する方法や、予め形成された平均繊維長が3mm以上の強化繊維を含む熱可塑性樹脂材料、例えば長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを溶融混練してなる溶融樹脂をキャビティ内に供給する方法などが挙げられる。

0033

後者の場合において、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットとしては、例えば溶融した熱可塑性樹脂をガラスロービング含浸させ、冷却、固化させたものを適当な長さ例えば3〜25mm程度に切断してなるペレットが好適に用いられる。このような長繊維熱可塑性樹脂ペレットはそれ単独で用いてもよいし、強化繊維含有量調整のために、該ペレットのマトリックス樹脂からなる熱可塑性樹脂と混合して用いてもよく、場合によっては他の熱可塑性樹脂と混合してもよい。

0034

ここで、強化繊維としてはガラス繊維炭素繊維アルミナ繊維などの従来より強化繊維として知られている各種の強化繊維が適用されるが、ガラス繊維が最も一般的なものとして多く使用される。

0035

熱可塑性樹脂としては、押出し成形射出成形プレス成形などに用いられている熱可塑性樹脂であればいずれも使用可能であり、例えばポリエチレンポリプロピレンポリスチレンアクリロニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレンブタジエン共重合体、スチレン・メチルメタクリレート共重合体ポリ塩化ビニルポリアミドポリカーボネートポリエチレンテレフタレートなどの一般的な熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンジエン共重合体などの熱可塑性エラストマー、これらの混合物あるいはこれらを用いたポリマーアロイ等があげられ、本発明でいう熱可塑性樹脂とはこれらを全て包含するものである。このような熱可塑性樹脂は、必要に応じてタルク等の充填剤を含んでいてもよく、もちろん、通常使用される各種添加剤、たとえば顔料滑剤帯電防止剤、安定剤などが適宜配合されていてもよい。

0036

尚、前記強化繊維はマトリックスである熱可塑性樹脂との密着性に優れる程、マトリックス樹脂を介しての繊維同士の結合も強固になり、得られた成形体の強度も向上するため、例えばマトリックス樹脂がポリプロピレン系樹脂であり、強化繊維がガラス繊維である組み合わせの場合には、ガラス繊維に表面処理を行ったり、熱可塑性樹脂に変性剤を配合してその密着性を向上させることは有効である。

0037

原料である強化繊維含有の熱可塑性樹脂において、強化繊維含有熱可塑性樹脂組成物中の強化繊維の含有量は、目的とする膨張成形体の膨張度、所望の性質等によって変わるが、一般には10〜80重量%の範囲である。

0038

かかる強化繊維含有熱可塑性樹脂膨張成形体の製造において、前記した雌雄両金型間に、基材となる強化繊維含有の溶融樹脂を供給、充填する。(工程a)。供給する溶融樹脂の温度は、使用する熱可塑性樹脂の種類や成形条件、表皮材を貼合する場合には表皮材の種類などによっても変わり、適宜最適の温度が設定されるが、例えばポリプロピレン系樹脂をマトリックスとするガラス繊維強化熱可塑性樹脂を用いる場合には、170〜300℃、好ましくは200〜280℃である。

0039

強化繊維含有の溶融樹脂(12)の金型キャビティ内への充填は射出充填法であってもよいし、両金型の型締め動作による方法であってもよく、所望とする製品形態により適宜選択される。

0040

射出充填による方法としては、膨張前の成形体厚みより小さいキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で、強化繊維含有の溶融状熱可塑性樹脂の供給を開始し(図8)、溶融樹脂の供給を行いつつ金型を開き、溶融樹脂の供給が完了すると同時にキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みと一致するようにキャビティ内に充填する(図9)方法や、膨張前の成形体厚みと同じキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で溶融樹脂を供給してキャビティ内に供給、充填する方法が例示される。(図9と同じ)

0041

前者のキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みより小さくなるように両金型を位置させた状態で、溶融樹脂の供給を開始する場合において、供給開始時のキャビティクリアランスはそのときのキャビティ容積が所要量の溶融樹脂の膨張前の容積に対して通常5容量%以上、100容量%未満、望ましくは30容量%以上、70容量%以下となる範囲である。

0042

このような状態で溶融樹脂の供給を開始すると、溶融樹脂の供給が進むにつれて可動型の金型が後退してキャビティクリアランスが拡大され、所要量の溶融樹脂の供給が完了した時点で、供給した溶融樹脂の容積とキャビティ容積が略等しくなり、キャビティ内に溶融樹脂が充填される。

0043

このとき、キャビティクリアランスの拡大は、金型に取り付けたプレス装置などによって機械的に金型を後退させて制御してもよいし、供給する溶融樹脂の供給圧力を利用して拡大してもよいが、この際に樹脂にかかる圧力が1〜50MPa程度となるように制御することが望ましい。また、キャビティクリアランスの拡大過程では、キャビティ容積が供給された溶融樹脂の容量よりも大きくならないように注意する必要があるが、短時間であれば、金型キャビティ容積が供給された溶融樹脂の容積より大きくなっても特に問題とはならない。

0044

後者の膨張前の成形体厚みと同じキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で溶融樹脂を供給して金型キャビティ内に溶融樹脂を充填する方法では、通常の射出成形法におけると同様に、溶融樹脂の供給開始から供給完了まで金型のキャビティクリアランスを膨張前の成形体厚みと同じになるように保持しておけばよい。

0045

両金型の型締め動作により溶融樹脂をキャビティ内に充填する場合には、キャビティクリアランスが膨張前の成形体厚み以上になるように両金型が開放された金型キャビティ内に所要量の溶融樹脂(12)を供給し(図13)、供給完了後または供給完了と同時にキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みと同じになるように型締めして充填する(図14)方法があげられるが、この方法においては、溶融樹脂の供給中に型締めを開始し、溶融樹脂の供給と型締めを平行して行いつつ溶融樹脂の供給完了と同時または供給完了後にキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みと同じになるようにしてもよい。(尚、図13図14は表皮材を貼合する場合の例を示しているが、表皮材を貼合しない場合も金型動作は同様である)

0046

このような方法のうち、射出充填による場合には、溶融樹脂の供給時におけるキャビティクリアランスを狭くするほど表面外観の優れた成形体を得ることができるが、狭すぎると溶融樹脂中の強化繊維の破損が大きくなる傾向にあるため、そのキャビティクリアランスは成形体の厚みや大きさ、形状などによって適宜決定される。一方、両金型の型締めにより充填する方法では、供給される溶融樹脂にかかる圧力が低くなるため、溶融樹脂中の強化繊維の破損を最小限に抑えることができ、膨張性の低下や強度低下を防止することができる。このようなことから、一般には膨張成形体の外観重視する場合には射出充填による方法が、膨張性や強度を重視する場合には型締めにより充填する方法が有利である。

0047

このような方法により溶融樹脂が充填された金型キャビティは、殆ど空隙が存在しないか、場合によって極僅かの空隙を有する程度の状態となっている。この状態で金型成形面に接している溶融樹脂表面にスキン層(1)を形成せしめるが、一般に金型温度は溶融樹脂よりも低い温度に設定されているため、適宜の冷却時間を設けることにより、溶融樹脂は金型成形面に接した表面部分より固化しはじめ、やがて空隙が殆どないスキン層が形成される。(図10

0048

このときの冷却時間はスキン層の形成に大きく影響し、冷却時間が長くなるほどスキン層が形成され易く、またスキン層が厚くなる。スキン層が厚くなり過ぎるとその後の金型開放に伴う膨張倍率が低下し、また、薄すぎると強度が低くなる傾向にあり、スキン層をどの程度の厚みにするかは所望とする膨張成形体の膨張倍率や強度により適宜決定されるが、一般的にはスキン層の両面(表裏)合計の厚みが成形体厚みの5〜30%になる程度であり、その時間、すなわち溶融樹脂をキャビティ内に充填してから次工程の金型を開くまでの冷却時間は、金型温度や供給された溶融樹脂の温度、樹脂の種類などの諸条件によっても異なるが、通常0.1〜20秒程度である。

0049

スキン層が形成される過程あるいはスキン層が形成された後、金型に設けた真空吸引口(11)より真空吸引を行い、スキン層を金型成形面に吸着させる。このとき、金型に設けた突起または溝により、スキン層と金型成形面間の吸引漏れを防ぐことができ、強固にスキン層を金型成形面に密着させることが可能となる。このスキン層が金型成形面に吸着された状態を保ちつつ、金型キャビティを成形体の厚み方向に開く(工程b)と、供給した強化繊維含有の溶融樹脂中の未固化状態にある部分が強化繊維の復元力により膨張し、膨張層(2)が形成される。(図11ここで、スキン層を金型成形面に吸着させながら成形体の厚み方向に開くことで、強化繊維の復元力よりも大きな力で膨張させることができ、より膨張率の高い膨張成形体を得ることができる。

0050

スキン層が形成される過程あるいはスキン層が形成された後、金型キャビティを成形体の厚み方向に開放する過程において、キャビティ内を大気と連通状態とし、溶融樹脂中の未固化状態にある部分に大気を導入しながら金型を開放することでより高倍率の膨張成形体を得ることが可能となり、有利である。

0051

ここで、溶融樹脂中の未固化状態にある部分に大気を導入しながら金型を開放する方法として、前記した金型成形面に設けた大気と連通する開口穴(18)を介してキャビティ内と大気を連通する方法による場合には、キャビティ内に溶融樹脂が充填されるまでは開口穴(18)を閉鎖状態にしておき、スキン層が形成された後に開口穴を開放するか、あるいは金型を成形体の厚み方向に開放し始めると同時に開口穴開閉弁を作動させて開口穴を開放すればよい。

0052

また、開口穴を使用せずに、金型のキャビティ外周でキャビティ内と大気を連通状態にする場合には、金型をわずかに開くことで、突き当てられていた両金型間に隙間(スキン層非形成部)(23)が形成され(図6)、あるいは両金型の摺動面(22)の噛み合いがなくなった部分でスキン層非形成部(23)が形成され、キャビティ内が大気と連通状態となる。(図7

0053

これらの方法において、成形体表面にスキン層が形成された状態のままでは成形体内に大気を導入することが困難であるので、大気との連通部付近のスキン層を破壊するか、この付近にスキン層が形成されないように、スキン層非形成部(23)を形成させる必要がある。

0054

そのため、例えば、内部が未固化状態にある時に、大気を導入したい個所、すなわち開口穴部に相当する部所のスキン層を金型成形面と非接触状態にして、未固化状態の溶融樹脂の熱によりスキン層を軟化させ、該軟化個所から大気を導入させることができる。また、他の方法として、スキン層を形成させたくない部分の成形面を、熱伝導率の低い材料にしたり、周辺の金型成形面よりも成形面温度を部分的に高く保持したり、場合によっては使用する熱可塑性樹脂の融点付近またはそれ以上の温度に保つなどの方法を採用することができる。

0055

開口穴を有するピン状物(20)を用いる場合には、キャビティ内に溶融樹脂が充填されるまでは金型内にピン状物を後退させておき、充填された後、あるいはスキン層が薄く形成された後に、ピン状物を前進させて成形体内に突き刺すことによって、成形体内に大気を導入させることができる。(図5

0056

成形体内へ大気を取り込みながら金型を開放することにより、成形体内部が負圧になって強化繊維の復元力が阻止されるのを防止し、高倍率に膨張した成形体を得ることができる。

0057

かかる方法において、成形体の一面が意匠面となる場合には、少なくとも意匠面となる側の金型成形面に真空吸引口を設け、意匠面となるスキン層を金型成形面に吸着させた状態で金型を開放することが好ましい。また、膨張成形体の両面が意匠面となる場合には、両方の金型成形面に真空吸引口を設け、両スキン層を金型成形面に密着させながら金型を開放することが好ましい。

0058

金型の開放動作においては、金型に取り付けられているプレス装置や、あるいは金型自体に設けた油圧シリンダーなどの型開き装置により型開き速度開放量などを制御することが望ましい。

0059

真空吸引開始の時期は、キャビティ内に供給された強化繊維含有の溶融状熱可塑性樹脂の表面にスキン層が形成された後に行うのが一般的であるが、条件によってはキャビティ内に溶融状熱可塑性樹脂を充填する段階で吸引を開始してもよいし、スキン層を形成させるための冷却時間中に開始してもよい。

0060

金型のキャビティクリアランスが最終膨張成形体厚みになると金型の開放動作を停止し、この状態を維持しつつ成形体を冷却する(工程c)。(図11
吸引動作は、成形体の冷却が完了するまで継続して行うことが好ましい。

0061

尚、上記の膨張動作において、溶融状の熱可塑性樹脂をキャビティ内に充填した後、金型のキャビティクリアランスを最終成形体厚みよりも大きくなるように開放して膨張させた後、供給した溶融樹脂が完全に固化することなく、少なくとも厚み方向に対して中央部が未だ溶融状態にある間に最終成形体厚みまで型締め、圧縮し、この状態を維持しつつ成形体を冷却してもよい。この場合には、供給した溶融樹脂と金型成形面との密着性をより良くすることができ、金型形状をより忠実再現することができる。

0062

冷却が完了すれば金型を完全に開放し、最終成形体である繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を取り出す。(図12

0063

このような方法において、金型成形面の一部が部分的に移動できるような金型構造とすることにより、部分的に膨張部を有する繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造することができる。

0064

たとえば、図15に示されるような、金型の一部を移動式成形面構造部材とした金型、たとえば、その外周付近に突起や溝を設けたスライドコア(14)方式とし、該スライドコアを油圧シリンダー(15)などの移動装置によって移動させることによって金型成形面を部分的に金型の開閉方向に移動させることのできる金型を用い、予めスライドコアの成形面を金型成形面と一致させて金型キャビティを形成させ、前述したような方法で強化繊維含有の溶融状熱可塑性樹脂を供給して金型キャビティ内に充填させ、その後、スキン層を金型成形面に吸着しつつスライドコアを厚みを広げる方向に移動させて当該部分について膨張を形成させ、冷却することにより、スライドコアを設けた部分について部分的に膨張部を有する繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造することができる。(図16
この場合、キャビティ内と大気との連通部はスライドコアやスライドコアに対向する金型成形面に開口穴(18)や開口穴を有するピン状物(20)を設けることが好ましい。

0065

また、このような繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造において、その表面の一部または全部に表皮材(16)が貼合された表皮材一体の膨張成形体を所望の場合は、前記した方法において金型成形面の一部または全部を覆うように予め表皮材を金型間に供給し、前記方法に従って表皮材と金型成形面との間に強化繊維含有の溶融状熱可塑性樹脂1を供給し、金型キャビティに充填した後、前記方法と同様にして金型の開放、冷却、溶融状熱可塑性樹脂の供給、充填、冷却を行なえばよい。このとき、用いる表皮材によっては、未閉鎖の金型間に強化繊維含有の溶融状熱可塑性樹脂2を供給し、型締めによりキャビティ内に充填する方法が好ましい場合がある。(図13図14

0066

かかる方法において用いられる表皮材としては、各種熱可塑性樹脂もしくは熱可塑性エラストマー製シートフィルム、熱可塑性樹脂もしくは熱可塑性エラストマー製発泡シート、不織布、ファブリックなどの一般的なもの、あるいはこれらを組み合わせたものが使用される。尚、表皮材を貼合する場合に、表皮材を貼り合せた面は溶融樹脂表面にスキン層が形成されにくいことがあるが、このような場合には非通気性の表皮材を用い、溶融樹脂と密着した表皮材をスキン層とみなして金型成形面に吸着させることも可能である。

0067

以上述べた方法において、使用する熱可塑性樹脂の種類や強化繊維の種類、あるいは強化繊維の充填率などによっては、形成されたスキン層が破壊されにくく、大気が導入しにくくなることがある。このような場合には、原料の強化繊維を含む熱可塑性樹脂中に予め発泡剤を僅かに混合しておくと、発泡剤の分解により発生したガスが成形体外へ吹き出ようとする圧力によりスキン層が破壊され易くなるため有効である。かかる目的で発泡剤を使用する場合、その使用量は原料の強化繊維を含有する熱可塑性樹脂中に占める樹脂分に対して、0.01〜5重量%程度である。また、同様の目的で、金型成形面に設けた流体注入口や樹脂供給口を介して、流体を成形体内に注入し、スキン層の破壊を補助することも可能である。この場合、流体注入口は大気導入用の開口穴を利用してもよい。ここで、流体としては揮発性液体や、空気、窒素炭酸ガスなどの気体が挙げられるが、気体、特に圧縮空気などの圧縮ガスが好ましい。

0068

次に熱可塑性樹脂軽量成形体の第2の態様である熱可塑性樹脂発泡成形体の製造法について述べるが、この製造法についても、熱可塑性樹脂として発泡剤を含む熱可塑性樹脂を使用すること以外は前記した方法と基本的に全く同様である。但し、この場合には大気との連通部を有しない金型を使用する必要がある。

0069

この方法で使用される熱可塑性樹脂も先に例示した熱可塑性樹脂と同様であり、目的に応じて各種充填材や強化繊維を含んでいてもよいが、強化繊維を含む場合には、配合する強化繊維の平均繊維長が1mm未満、特に0.5mm以下であることが好ましい。

0070

ここで使用される熱可塑性樹脂には有機系あるいは無機系の従来より公知の各種の発泡剤が混合されており、インライン式の射出機等、公知の手法により熱可塑性樹脂を溶融混練することで発泡剤が分解し、分解ガスが溶融樹脂中に分散、閉じ込められている。このような状態の溶融状熱可塑性樹脂をキャビティ内に供給する。このときの発泡剤の使用量は、所望とする発泡成形体の発泡倍率、使用する樹脂の種類、配合される充填剤の種類や添加量などによっても変わるが、一般的には熱可塑性樹脂に対して0.01〜5重量%の範囲である。また、金型キャビティに供給する熱可塑性樹脂(12)の温度は、使用する熱可塑性樹脂の種類や成形条件、発泡剤の種類などによっても変わり、適宜最適温度が設定されるが、例えばポリプロピレン系樹脂に無機系の発泡剤を混合した材料を使用する場合には、通常170〜250℃、好ましくは200〜230℃程度である。

0071

このような発泡剤含有の溶融状熱可塑性樹脂を前記した方法と同様にして金型キャビティ内に供給、充填する。この状態で、前記したと同様にしてスキン層(25)を形成させる。スキン層が形成される過程あるいはスキン層が形成された後、前記と同様にして真空吸引口より吸引を行い、スキン層を金型成形面に吸着させる。

0072

スキン層が金型成形面に吸着された状態を保ちながら金型を成形体の厚み方向に開くと、未固化状態にある溶融樹脂中に閉じ込められていたガスが発泡し、発泡層(26)を形成する。(図17
真空吸引によりスキン層を金型成形面に吸着させながら、成形体の厚み方向に金型を開くことにより、気泡内圧による発泡力よりも大きい力で成形体を発泡させることができる。

0073

金型キャビティクリアランスが最終成形体厚みになると金型の開き動作を停止し、キャビティクリアランスを最終成形体厚みに維持しつつ成形体を冷却する。冷却完了後、金型を完全に開放し、最終成形体である熱可塑性樹脂発泡成形体を金型から取り出す。このときも、吸引動作は成形体の冷却が完了するまで継続して行うことが好ましい。

0074

このような熱可塑性樹脂発泡成形体の製造においても、前記した部分的に膨張部を有する繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の場合と同様にして、部分的に発泡した熱可塑性樹脂発泡成形体を製造することができる。

0075

熱可塑性樹脂軽量成形体の第3の態様である熱可塑性樹脂中空成形体は、図18図19に示すように、長繊維の強化繊維や発泡剤を含まない熱可塑性樹脂を原料として使用すること以外は先に述べたと全く同様の方法で製造することができる。もちろん、この場合にも製造方法自体は前記したと基本的に同様である。

0076

このような熱可塑性樹脂中空成形体を製造する場合においては、供給された熱可塑性樹脂はその全部または大部分が中空部(28)を形成するための外層樹脂層(27)となり、後者の場合には条件によって熱可塑性樹脂の一部が中空部中でリブ状物を形成することもある。尚、熱可塑性樹脂中空成形体を製造する際に、大気を中空部中に導入する場合には大気との連通部は金型成形面に設けることが好ましい。

0077

上述したような熱可塑性樹脂軽量成形体の表面に表皮材を更に貼合した成形体を所望の場合には、溶融樹脂の供給前に、予め表皮材を金型間に供給しておき、その後上述したと同様の方法で実施すればよい。

発明の効果

0078

本発明の金型を用いて、熱可塑性樹脂膨張成形体、熱可塑性樹脂発泡成形体、熱可塑性樹脂中空成形体などの熱可塑性樹脂軽量成形体を製造すれば、高い膨張倍率、発泡倍率あるいは高い中空率軽量性表面転写性に優れた熱可塑性樹脂軽量成形体を容易に製造することができ、かくして得られた熱可塑性樹脂軽量成形体は軽量、高強度の成形体として各種の内装部材構造部材などとして各種用途に幅広く使用できる。

図面の簡単な説明

0079

図1 本発明の金型の代表例をその断面概略図で示したものである。
図2 本発明の金型の成形面に設けられる突起の例を断面形状で示したものである。
図3 本発明の金型において、突起部と真空吸引口との位置関係を示したもので、上段には成形面側の平面図で、下段はその金型を断面図として示したものである。
図4 本発明の金型において、突起部と真空吸引口との位置関係を示したもので、上段には成形面側の平面図で、下段はその金型を断面図として示したものである。
図5 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図6 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図7 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図8 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図9 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図10 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図11 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図12 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図13 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図14 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図15 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図16 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図17 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図18 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。
図19 本発明の方法における製造工程を金型の概略断面図で示したものである。

--

0080

1:スキン層
2:膨張層
6:雌型
7:雄型
8:樹脂供給装置
9:樹脂供給路
10:樹脂供給口
11:真空吸引口
12:熱可塑性樹脂
14:スライドコア
15:油圧シリンダー
16:表皮材
17:開口穴開閉弁
18:開口穴
19:大気路
20:ピン状物
22:摺動面
23:スキン層非形成部
24:突起または溝
25:スキン層
26:発泡層
27:樹脂層
28:中空部

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