CN101007438A - 热塑性树脂制品的注射成型方法及其所使用的模具 - Google Patents

Abstract

在二氧化碳等流体注入注射成型方法中，转印性和光泽性优异，可以节约消费的流体的消耗量。使用在包围型腔4的固定侧模具2与可动侧模具3的接合面上设置有密封机构5，同时在该密封机构5与型腔4之间设置有用于回收经由上述接合面流出的来自型腔内的注入流体的注入流体回收装置的模具，首先锁紧模具，其次向型腔4内填充树脂，然后在型腔4内的制品的可视面和与该可视面相接的型腔4的表面之间注入用于改性可视面的流体，例如二氧化碳，接着升高树脂压力，使可视面与型腔4表面密合，经过保压、冷却，完成注射成型。回收的流体供再次使用。

Description

热塑性树脂制品的注射成型方法及其所使用的模具

技术领域

本发明涉及热塑性树脂的注射成型方法及其所使用的模具，具体地说，涉及在制品的可视面用于改善其转印性和光泽性，或改性可视面的热塑性树脂的注射成型方法及其所使用模具。

技术背景

一般地，热塑性树脂的注射成型是向模具型腔内填充熔融的树脂，在模具内冷却，得到成型品的过程，但在这种注射成型中，因为模具在树脂填充前保持在低于树脂固化温度的温度，所以自熔融树脂填充到型腔内的瞬间起，树脂就会进行固化，在表面形成被称为所谓表层的固化途中的层。特别是，通过喷泉式流动(fountain flow)，虽然熔融树脂的流动前端被转印到成型品的表面，但是在该部分也进行固化，以低的压力被挤压到型腔面上，因此会发生转印不良、由进行了树脂固化带来的流动不均匀、喷射等成型不良。因此，现有技术中，采用设定高的树脂熔融温度、模具温度等，以抑制树脂固化、提高转印性的方法。

然而，这种方法虽然提高了向成型品的转印性，但由于树脂的固化收缩不均匀，成型品上容易产生缩孔、弯曲，产生难以控制的问题。而且，成型周期变长，产生成型品的成本增高的经济问题。

为解决这个问题，提出了在注射成型工序中，利用加热器、油、加压热水或者熔融树脂自身的热量对模具型腔表面进行短暂加热的方法。然而，该方法虽然提高了转印性，但需要特别的设备，而且成型周期变长，带来经济方面的问题。

作为解决以上问题同时提高转印性的方法，特开平10-128783号中提出了在注射成型工序中，在填充树脂前，预先在模具型腔内注入二氧化碳等惰性气体，注射成型树脂的方法。然而在此方法中，由于二氧化碳气体等溶解在树脂内的同时树脂流动，所以这种流动不稳定，由于流速不均匀产生流动不均匀等不良外观。另外，由于是在加压的型腔空间内填充树脂，所以成型品容易充不满型腔，控制气体的排出困难。此外，由于使用的模具需要保持注入的二氧化碳气体的压力，所用必须对整个模具设置密封结构。因此，需要用于能经受住二氧化碳气体的高注入压力的模具结构，所以模具成本增高作为问题提出。

另外，为解决上述问题，本发明的发明者们在特开2002-52583号中提出了一种成型方法，在该方法中，向模具内填充熔融树脂后，立即在制品可视面上使二氧化碳气体溶解在成长的表层中。该方法中制品形状简单的情况下，模具不需密封结构，能够成型良好的转印性优异的制品。但是，如果成型形状复杂、具有深度的制品，会发生转印性没有提高的不良、转印不均匀的不利情况。这被认为是二氧化碳气体从模具中的构件的组合部漏出，其结果二氧化碳气体不能与表层表面均匀接触所致。作为解决的办法，在模具内的组合部设置密封件等进行密封，但模具的构造变得复杂，成为降低模具制作成本的障碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种注射成型方法以及该方法所用的模具，在该方法中，当模具内填充熔融树脂后，在制品可视面的表层浸透二氧化碳等流体进行改性，形成转印性优异的制品，即便成型复杂的制品形状、具有深度的制品形状时，不用结构复杂的模具也能够降低(改善)转印不良、转印不均匀等外观不良。

为达到上述目的，根据权利要求1记载的发明，该热塑性树脂制品的注射成型方法的特征在于：在型腔内填充热塑性树脂后，在制品的可视面和型腔面间注入用于改性可视面的流体，然后提高树脂压力，使可视面与型腔面密合，经过保压、冷却，完成注射成型。

根据本发明，由于流体浸透到表层而进行改性，所以通过再次向型腔面挤压，能够使转印性、光泽性提高，通过使用的流体改性可视面。

另外，根据权利要求2记载的发明，该热塑性树脂制品的注射成型方法的特征在于：使用在包围型腔的固定侧模具和可动侧模具的接合面上设置密封机构，同时在该密封机构和型腔之间设置用于回收经由上述接合面流出的来自型腔内的注入流体的注入流体回收装置的模具，首先进行模具的合模，其次在型腔内填充树脂，接着将可视面改性用的流体注入型腔内制品的可视面和与该可视面相接的型腔面间，然后提高树脂压力以使可视面密合于型腔面，经过保压、冷却，完成注射成型。

根据本发明，通过在模具的接合面上设置密封机构，可防止注入了流体时该流体经由接合面而逃逸，同时通过注入气体回收装置回收残留的流体，在下次成型工序中再次利用回收的流体，能够实现经济性。

另外，根据权利要求3记载的发明，其为权利要求1或2记载的注射成型方法，该注射成型方法的特征在于：流体为二氧化碳或超临界二氧化碳，或者在上述二氧化碳或上述超临界二氧化碳中混合有染色剂或涂布材料或抗静电剂或有机质粉末或无机质粉末或导电性粉末或反应性单体等的一种或多种的流体。

根据本发明，注入与目的相适合的混合流体，可以将制品的可视面着色，赋予抗静电性。

另外，根据权利要求4记载的发明，其为要得要求2或3记载的注射成型方法，该注射成型方法的特征在于：在型腔内填充树脂后，通过立即将改性用的流体注入成长的制品的可视面的表层和与其相接的型腔面之间从而使表层微量后退，暂时停止表层的成长，使注入其间的流体浸透表层，再次提高树脂压力使流体浸透的表层与型腔面密合，经过保压、冷却，完成注射成型。

根据本发明，由于能够只用流体的压力使流体浸透全部表层，因此成型工序容易控制，可实现成型时间的缩短。

另外，根据权利要求5记载的发明，其为权利要求2或3记载的注射成型方法，该注射成型方法的特征在于：在型腔内填充树脂后，通过立即使可动侧模具微量后退从而在制品的可视面和与该可视面相接的型腔面之间形成微量的空隙，暂时使可视面的表层的成长停止，接着在该空隙内注入流体使气体浸透表层，再次升高树脂压力使流体浸透的表层密合于型腔内，经过保压、冷却，完成注射成型。

根据本发明，在不需过度升高注入流体的压力的同时，能够使流体均匀地浸透整个可视面。

另外，根据权利要求6记载的发明，其为权利要求5记载的注射成型方法，该注射成型方法的特征在于：在可动侧模具微量后退的同时注入流体。

根据本发明，可以实现成型时间的缩短。

另外，根据权利要求7记载的发明，其为权利要求2～6任一项记载的注射成型方法，该注射成型方法的特征在于：在模具型腔内填充树脂后，立即对注入到型腔与形成制品可视面侧的表层之间的型腔内的流体的压力进行控制。

根据本发明，能够根据成型品的形状、材质选择最为合适的流体压力。

另外，根据权利要求8记载的发明，其为权利要求2～7任一项记载的注射成型方法，该注射成型方法的特征在于：回收从模具的接合面流出的流体，在下次成型时再次使用该回收的流体。

根据本发明，可以节约流体的消耗量。

另外，根据权利要求9记载的发明，其为热塑性树脂制品的注射成型用模具，该模具的特征在于：在包围型腔的固定侧模具与可动侧模具的接合面上设置密封机构，同时在该密封机构与型腔之间设置用于回收经由上述接合面流出的来自型腔内的注入流体的注入流体回收装置。

根据本发明，在能够正确控制流体压力的同时，可防止白白废弃模具内残留的流体。

通过在具有密封结构的模具型腔内，一旦填充树脂后立即在型腔与形成可视面的表层之间注入表层改性或染料等的流体，或者使模具后退形成空隙，从而使表层的成长停止，接着，通过例如向该空隙内注入用于软化表层的二氧化碳等，接着，提高树脂压力使表层再次密合于型腔面，在保压的同时进行冷却固化，起到以下的效果。

1.能够与制品形状无关，确实在模具型腔与形成可视面的表层之间均匀地注入二氧化碳等。这样，能够与制品形状无关，得到无转印不良、转印不均匀等的外观良好的制品。

2.由于可以通过设置有流体回收装置的压力控制装置控制型腔内的二氧化碳等的压力，将二氧化碳等的压力设定为所希望的值，所以可以根制品形状、材质得到高品质的转印。

另外，在二氧化碳和染色剂的混合流体的情况下，能够对成型品的表面实施均匀的染色。

3.通过采用流体回收装置对模具内残留的二氧化碳等进行回收、再利用，可以实现经济的注射成型。

附图说明

图1为用于实施本发明的流体注入系统与成型机及模具的说明图。

图2为本发明实施例中使用的成型品的形状的说明图，(a)为正面图，(b)为沿A-A’线的剖面图。

图3为流体注入时的说明图。

图4为流体压力控制以及流体回收时的说明图。

图5为设有空气槽的模具的说明图。

图6为在固定侧模具上设置了密封机构时的模具结构的说明图。

图7为在可动侧模具上设置了密封机构时的模具结构的说明图。

图8为一般模具的密封结构的说明图。

符号说明

1模具

2固定侧模具

3可动侧模具

4型腔

5密封机构

6浇口

7浇道

8螺杆式树脂填充机

9流体注入口

10流体注入管道

11流体注入单元

12高压流体发生装置

13管道

14流体回收装置

15回收管道

16空气槽

具体实施方式

本发明的注射成型方法，在注射成型热塑性树脂时，在模具的接合面上设置密封机构。该密封机构包围型腔的周围而形成，在该密封机构与型腔之间设置流体回收装置以及气体压力控制装置。在树脂的填充口或可视面侧的模具上设置流体的注入口。流体在可视面与型腔面之间注入时，采用强制的注入方式以使其经过整个可视面。或者，使可动侧模具微量后退从而在可视面的表层与型腔面之间形成空隙，向该空隙内注入流体，例如如果注入二氧化碳，该流体就会浸透表层而软化表层。然后，升高树脂压力，则表层再次在软化的状态下与型腔面密合，之后经过保压、冷却得到制品，由此能够得到转印性和光泽性极其优异的制品。

另外，通过边连续或间断地提高流体的注入压力边注入，即使最终以高压力注入流体，也不会对刚填充后的表层产生恶劣的影响。或者，可以在刚填充后的模具型腔和表层之间缓慢形成空隙。为形成该空隙，可以使可动侧模具或与可视面相对的固定侧模具的型腔面部分地微小后退，与此同时在型腔面与成型品的可视面之间注入流体，也可以在停止后退形成空隙后注入流体。另外，通过在模具的接合面上设置密封机构，能够确实地将二氧化碳等注入制品可视面侧的模具型腔与熔融树脂的间隙。另外，即使对于具有复杂形状的制品、具有深度的形状的制品，也能容易地得到无转印不良、转印不均匀的良好的成型品。而且，通过使用流体压力控制装置对注入型腔内的二氧化碳等的压力进行控制，可以自由地改变转印性，能够得到具有目的所需的转印性等的制品。另外由于制品形状的影响，部分过量注入二氧化碳等时，能够排出流体的过量部分，保持压力恒定。再有，通过使流体回收装置可动，回收型腔内残留的二氧化碳等，在下次成型时再利用，能够节约流体的消耗量，可以降低成型成本。

图3表示一般在气体反压法等中使用的模具的密封结构。在气体反压法中，在将熔融树脂填充到模具型腔之前，向模具型腔内注入氮气、空气或二氧化碳等惰性气体，由于需要密封，在构成模具的零件间的整个配合面上都必须设置密封材料。特别是在对应于制品的非可视面侧的模具可动侧，由于一般设置多个脱模销，所以必须设置脱模销根数的密封材料，要密封与制品的非可视面侧对应的一侧非常困难。

对此，在本发明中，仅在与制品可视面侧对应的一侧设置密封结构时，能够非常容易而且低成本地实施。即使制品可视面侧反转，也可以仅在与制品可视面侧对应的一侧设置密封结构。但在本发明中，该密封机构基本上可以在固定侧或可动侧模具的任何一方。

本发明所用的热塑性树脂，可以举出例如苯乙烯类树脂(例如聚苯乙烯、丁二烯·苯乙烯共聚物、丙烯腈·苯乙烯共聚物、丙烯腈·丁二烯·苯乙烯共聚物等)、ABS树脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯树脂、乙烯-丙烯酸乙酯树脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丁烯、聚碳酸酯、聚缩醛、聚苯醚、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、饱和聚酯树脂(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等)、生物降解性聚酯树脂(例如如聚乳酸之类的羟基羧酸缩合物、如聚琥珀酸丁二醇酯之类的二醇和二羧酸的缩合物等)、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、氟树脂、聚砜、聚醚砜、聚芳酯、聚醚醚酮、液晶聚合物等的一种或2种以上的混合物，以及混合有无机物、有机物的各种填充材料的树脂。这些热塑性树脂中，优选苯乙烯类树脂、ABS树脂。

另外，当为了改善转印性、光泽性时，本发明使用的流体，作为溶解于树脂内的流体，使用二氧化碳或超临界状态的二氧化碳。

另外，本发明中与染料或改性材料混合中使用的流体，只要是在树脂表面溶解的流体，对于其种类不加限制，但优选溶解性最高的二氧化碳或超临界状态的二氧化碳。

另外，本发明中使用的染色物或改性材料，只要是赋予树脂表面着色、耐磨性、导电性、硬度、辉度、涂布、分光特性、抗静电效果等功能性的有机质粉末、无机质粉末、导电性粉末、抗静电剂或反应性单体，对其种类不加限制。具体地说，作为使树脂表面着色并赋予分光特性的染料，可以举出硝基染料、次甲基染料、喹啉染料、氨基萘醌染料、香豆素染料，优选蒽醌染料、三氰基乙烯基染料、偶氮染料、二硝基二苯胺等有机质粉末、及它们的组合构成的组，以及银白、象牙黑、沥青黑(ピ一チブラツク)、灯黑、炭黑等无机质粉末、及它们的组合构成的组等。

另外，作为改善树脂表面性质，赋予高辉度、以及耐磨性、表面硬度的改性材料，可以举出云母钛、氧化钛、金粉、碳酸钙等无机质粉末，或者氟粒子等。另外，作为在树脂表面成膜，赋予导电性的改性材料，可以举出锌粉、银粉、镍粉、用良导电性金属包覆云母或绢云母等无机质粉末的粉末、及它们的组合构成的组等。另外，作为与树脂表面发生结合、交联反应，使表面具有弹性性质、耐药品性、各种功能的改性材料，可以举出蛋白质、多肽、核苷酸、药剂、或丙烯酸、乙烯、苯乙烯、异丁基乙烯基醚、醋酸甲酯、氯乙烯、丙烯、氨基酸酯、多酚、有机硅等反应性单体、及它们的组合构成的组等。

另外，作为抗静电剂，可以举出水溶性表面活性剂、聚氧化烯醚、聚氧化乙烯衍生物、山梨糖醇酐脂肪酸酯、中纯度单硬脂酸甘油酯类、聚乙二醇二硬脂酸酯、及它们的组合构成的组等。另外，作为改性材料，可以使用由上述有机质粉末和无机质粉末、抗静电剂的任何一种的组合构成的组。下面将结合附图详细说明本发明的实施例和比较例，但本发明不仅限于这些实施例，也可以是这些实施例的组合。

[实施例1]

图1表示本发明为提高转印性和光泽性的成型方法以及在模具中的实施情况。该图1中，1为模具，该模具1由固定侧模具2和可动侧模具3组成，进行合模时形成型腔4。

5为在接合面1a上设置的密封机构以包围上述型腔4，该密封机构5由在固定侧模具2上形成的密封材料安装槽5a、在该安装槽5a内安装的橡胶制密封材料5b构成。

6为上述型腔4的浇口，7为连接浇口6的浇道，8为用于将树脂由上述浇道7经由浇口6填充到型腔4内的螺杆式树脂填充机。

9为在上述型腔4中在固定侧模具2的型腔面上设置的流体注入口，10为连在该流体注入口9上的流体注入管道，11为连在流体注入管道10上的流体注入单元，12为经由管道13连在流体注入单元11上的流体发生装置。

14为在固定侧模具2中在型腔4和密封机构5间配置的流体回收装置，该流体回收装置14由向接合面1a开口的回收口14a、装配在回收口14a内自由进出的控制销14b、该控制销14b密封用的O形环14c组成，通过控制销14b的进出能够进行流体的压力控制的同时，如图4所示通过控制销后退从而开放回收口14a的排出口14d，从型腔4经由接合面1a流出(泄漏)的流体经由回收管道15被回收到上述高压流体发生装置12内，用于下次成型时。即，该流体回收装置14用于通过调节注入型腔4内的流体的压力从而调整表层面的改性程度等时，以及不放弃前次使用的残留的流体，直接再次使用，由此实现经济性。

图1所示的流体注入系统为本公司制造，注射成型机使用锁模力为220t的成型机(日本制钢所制；J220E2-P-2M)。树脂使用抗冲击性聚苯乙烯(PS日本株式会社；AGI02)。成型品A为图2所示的形状(长148mm，宽210m，深15m，制品壁厚2mm)。所用模具1，为使固定侧模具2作为制品可视面侧，把流体的注入机构按照图1所示组装在固定侧模具2上。此外，在另外一侧的可动侧模具3的脱模销3a等中没有应用密封结构。

根据图1～图4说明使用本发明的注射成型方法及模具，流体使用二氧化碳的注射成型方法。首先，如图1所示，锁紧固定侧模具2和可动侧模具3的各模具。然后，使用注射成型机8将在成型机加热器温度为230℃下熔融的树脂以注射压力60MPa、填充时间0.6sec填充到设定为40℃的模具型腔4内(材质为S45C、子模嵌入型，制品可视面侧的型腔表面的表面光洁度为2000)。填充熔融树脂后，如图3所示，立即通过管道10，由流体注入单元11向表层面和与其相接的型腔之间注入设定为20MPa的二氧化碳。整个制品可视面侧一被注入二氧化碳就关闭管道10的阀门10a，为调节到合适的压力以得到高转印，操纵模具内设置的电磁式驱动的压力控制用可动模具部件(气体回收装置14)，使型腔与表层之间注入的二氧化碳的压力成为14MPa，进行均匀控制。调节至希望的压力后，使压力控制用可动模具部件动作，返回到起始位置后，把树脂压力提高到90MPa，使二氧化碳溶解于表层面而使表层面软化的同时，保持压力，再次使表层面与型腔面密合7秒钟，进行成型。另外，通过压力控制用可动模具部件的动作，在型腔与表层之间注入的过量的二氧化碳通过图4中的压力控制用的排出回路15a，流经流体排出用管道15，回到高压流体发生装置12中，在下次工序中作为要注入的二氧化碳使用。

用此方法得到的成型品无转印不良、转印不均匀，具有良好的外观。使用(HORIBA.Ltd制GLOSS CHECKER；IG-310)对该成型品的表面光泽进行测定。结果为成型品可视面侧的光泽度为90。

[实施例2]

本实施例2的构成为：为防止填充树脂时从型腔4内排出的空气受到密封机构5的阻碍而使型腔4内的压力以及填充树脂压力高于规定的压力，如图5所示，在固定侧模具2上形成空气槽16，使从型腔4内排出的空气暂时收容到该空气槽16内，能够从上述型腔4内排出空气，同时防止树脂压力升高。

上述实施例1、2是利用二氧化碳来提高转印性、光泽性的例子，为改性成型品的可视面而使用各种流体时的操作例，可经过和上述二氧化碳注入方式相同的工序进行成型。

[比较例1]

除了在实施例1的模具中，不设置密封机构5以及流体回收装置14外，使用与图1所示相同的装置并在同一条件下进行成型。其结果，因为从模具接合面1a处泄漏二氧化碳，注入的二氧化碳的压力不能升高，因此二氧化碳不能浸透表层面，在制品中，转印性和光泽性虽然比未注入二氧化碳时有所提高，但与实施例1相比差，光泽度为70。

[实施例3]

本实施例3，是如图6所示在可动侧模具3上设置了密封机构5的例子，和如图7所示在固定侧模具2上设置了密封机构5的例子。这样，无论哪个密封机构5均可，但优选设置在不可动的固定侧模具2上。

Claims (9)

1.一种热塑性树脂制品的注射成型方法，其中，在型腔内填充了热塑性树脂后，在制品的可视面和型腔面之间注入可视面改性用的流体，然后提高树脂压力从而使可视面与型腔面密合，经过保压、冷却，完成注射成型。

2.一种热塑性树脂制品的注射成型方法，其中，使用在包围型腔的固定侧模具和可动侧模具的接合面上设置密封机构，同时在该密封机构和型腔之间设置有用于回收经由上述接合面流出的来自型腔内的注入流体的注入流体回收装置的模具，首先进行模具的合模，其次在型腔内填充树脂，接着将可视面改性用的流体注入型腔内制品的可视面和与该可视面相接的型腔面之间，然后提高树脂压力使可视面与型腔面密合，经过保压、冷却，完成注射成型。

3.权利要求1或2所述的注射成型方法，其特征在于：流体为二氧化碳或超临界二氧化碳、或者在上述二氧化碳或上述超临界二氧化碳中混合有染色剂或涂布材料或抗静电剂或有机质粉末或无机质粉末或导电性粉末或反应性单体等的一种或多种的流体。

4.权利要求2或3所述的注射成型方法，其中，在型腔内填充树脂后，立即将改性用的流体注入成长的制品的可视面的表层和与其相接的型腔面之间，使表层微量后退，从而暂时使表层的成长停止，使其间注入的流体浸透表层，再次升高树脂压力，使流体浸透的表层与型腔面密合，经过保压、冷却，完成注射成型。

5.权利要求2或3所述的注射成型方法，其中，在型腔内填充了树脂后，立即使可动侧模具微量后退，在制品的可视面和与该可视面相接的型腔面之间形成微量的空隙，从而使可视面中表层的成长暂时停止，接着，在该空隙内注入流体使气体浸透表层，再次升高树脂压力使流体浸透的表层与型腔内密合，经过保压、冷却，完成注射成型。

6.权利要求5所述的注射成型方法，其中，在可动侧模具微量后退的同时注入流体。

7.权利要求2～6任一项所述的注射成型方法，其中，在模具型腔内填充了树脂之后，立即对注入型腔与形成制品可视面侧的表层之间的型腔内的流体的压力进行控制。

8.权利要求2～7任一项所述的注射成型方法，其中，回收由模具的接合面流出的流体，在下次成型时再次使用该回收的流体。

9.一种热塑性树脂制品的注射成型用模具，其通过在包围型腔的固定侧模具与可动侧模具的接合面上设置密封机构，同时在该密封机构与型腔之间设置用于回收经由上述接合面流出的来自型腔内的注入流体的注入流体回收装置而形成。

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