CN103561933A

CN103561933A - 射出成形方法

Info

Publication number: CN103561933A
Application number: CN201280026712.XA
Authority: CN
Inventors: 小仓彻; 河崎英敏; 藤原盛男
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-02-05
Also published as: JP5781471B2; KR20140027244A; JP2013018283A; WO2012173224A1

Abstract

将压力传感器(27)组装于射出成形装置(10)的加热筒(13)的前端部。在计量步骤中，从定量给料机(52、54)将粒体状的生物质树脂(45)及粉体状的添加剂(46)每次少量地供给至与投入口(28)相连的料斗(40)。在投入口(28)正下方，一边在加热筒(13)内的空间内留有间隙，一边在时间上分散地供给材料。控制器(25)根据由压力传感器(27)所检测到的压力值，算出螺杆(14)的后退力PJ，并控制驱动装置(18)，以使得将所述后退力PJ乘以系数K(1.2～2.0)所得的力成为施加至螺杆(14)的前进力PH。

Description

射出成形方法

技术领域

本发明涉及一种射出成形方法(injection molding method)，使用具有计量功能的螺杆(screw)，将熔融成形材料注入至模具内。

背景技术

射出成形方法作为塑料成形(plastic molding)的代表性的方法而广为人知。在所述射出成形方法中，使用在加热筒(heating cylinder)内配置有螺杆的射出成形机、以及包含公模及母模的模具。在通常的射出成形方法中，依次执行计量步骤(也称为塑化计量步骤)、合模(mold clamping)步骤、射出填充步骤、保压及冷却步骤、以及脱模取出步骤。

在计量步骤中，将以塑料为主成分的成形材料供给至加热筒内。成形材料一边熔融，一边向筒前端输送，所述熔融是借由来自加热筒的加热与螺杆旋转形成的摩擦热而进行。所述熔融成形材料以不会自喷嘴流出的状态储存于筒前端。当熔融成形材料的储存量增加时，正在旋转的螺杆被向后方按压，而朝向与喷嘴相反的方向后退。从所述螺杆的后退位置起，对熔融成形材料的储存量进行测量。当螺杆返回到规定的后退位置为止时，螺杆的旋转停止，计量步骤结束。

其次，使公模与母模组合起来进行合模之后，将位于加热筒的前端的喷嘴连接于模具的浇口(gate)。保持着使螺杆的旋转停止的状态，向筒前端移动，由此以高压力将经熔融的成形材料射出填充至模具内的模腔(cavity)。保持着将喷嘴压抵至模具的浇口的状态而进行保压，以使得在所述射出填充后，模具内的熔融成形材料也保持为规定的压力。其后，对模具进行冷却，使成形品固化。最后，将模具分离成公模及母模，取出成形品。

在计量步骤中，将料斗(hopper)内的成形材料供给至加热筒。在所述料斗内，收纳超过一次射出成形所需的成形材料的充分量的成形材料，并将成形材料借由自重而依次供给至加热筒内。并且，结合螺杆的输送量将成形材料借由自重而从料斗供给至加热筒内，加热筒内借由成形材料而始终成为充满状态，这是通常被使用的供给方法(称为常规供给方法)。

供给至加热筒内的成形材料经熔融及搅拌，而形成为熔融成形材料，向筒前端的积液部输送。所述熔融成形材料借由截流喷嘴(shut-offnozzle)(装配有针(needle)状阀的喷嘴)等而被阻止从喷嘴前端泄漏，因此积存于积液部。根据所述熔融成形材料的储存情况，螺杆受到所述熔融成形材料的压力而后退。

当螺杆后退时，螺杆受到充满于加热筒前端的成形材料的压力而后退。在这里，螺杆的转数越高，在加热筒内的成形材料的输送量越大，因此螺杆从初始位置(前进位置)后退至特定位置为止的时间(计量时间)越短。另一方面，螺杆的转数越低，成形材料的输送量越小，因此计量时间越长。再者，当螺杆转数为固定时，将螺杆从后端侧受到的压力设定得越低，螺杆后退得越快，因此计量时间越短，将所述压力设定得越高，则计量时间越长。

在计量步骤中，当熔融成形材料与螺杆一起旋转(称为“共转”)时，无法将熔融成形材料搬送至积液。要想搬送熔融成形材料，必须通过熔融成形材料与筒内壁的摩擦，而使得熔融成形材料比螺杆的旋转更慢地旋转，或者不旋转(与螺杆的位置关系均会发生改变)。

但是，当熔融成形材料为高密度化或者摩擦大的材料时，在熔融成形材料被压抵至筒内壁时，会产生粘附于筒内壁上而难以移动的状态。其结果为存在如下情况：当螺杆要推动熔融成形材料时，无法克服粘附于筒内壁的熔融成形材料的阻力，螺杆自身后退(将其称为“螺钉脱出现象”)。其是以如下方式进行作用：粘附于筒内壁的熔融成形材料作为螺母(nut)发挥作用，而螺杆作为螺栓(bolt)发挥作用，而只有螺杆进行后退。

当熔融成形材料完全粘附于筒内壁时，螺杆因其阻力而后退，从而无法提高积液部的熔融成形材料的压力。但是，在通常进行的射出成形中，是以如下方式来选定螺杆的构造或成形条件，即，熔融成形材料借由与螺杆不产生“共转”的程度的适度的摩擦，不粘附于筒内壁而被搬送至下游。

在日本专利特开2003-211508号公报中记载有一种射出成形机，控制螺杆的后退力及前进力，从而能够制造出不产生内部变形等的高品质的成形品。在所述射出成形机中，在计量步骤中，将成形材料以固定的比例供给至加热筒，然后在加热筒内螺杆以固定速度进行旋转，将经熔融的成形材料向加热筒前端的积液部送入。在积液部中，配置有测定熔融树脂压力的压力传感器(pressure sensor)。一边利用压力传感器监测树脂压力，一边以使树脂压力保持为规定值的方式而调整螺杆的轴向的位置，从而调整积液部的容积。与此同时，树脂压力被发送至运算部，利用螺杆的截面积，算出对螺杆的前端进行作用的后退力。伺服马达(servo motor)产生与后退力相同的大小的前进力，而按压螺杆的后端。由此，在计量步骤等之中，使螺杆的后退力与前进力保持平衡。

在日本专利特开2006-272867号公报中记载有一种射出成形机，使得在射出及保压步骤中，模具或螺杆不会因树脂压力的异常而发生破损。所述射出成形机在积液部中配置有树脂压传感器。并且，设置有对螺杆的后端进行作用的背压传感器(测压元件(load cell))。控制器在射出及保压步骤中，对由树脂压传感器所测定的树脂压与由背压传感器所测定的背压值进行比较，当两个测定值的差在容许范围内时使射出及保压步骤继续进行，当两个测定值的差在容许范围之外时强制结束射出及保压步骤，以防止模具等的破损。

另外，在各种领域正在尝试使用源自于植物等生物的树脂材料来代替石油系的树脂材料，作为减轻对自然环境的负担的方法。这种树脂材料也称为生物质树脂(biomass resin)(生物塑料(bioplastic))，其中聚乳酸树脂(PLA(poly lactic acid))或纤维素系树脂为碳中性(carbon neutral)，因此正在探讨其实用化。然而，由生物质树脂制成的成形品的大部分与普通树脂的成形品相比，存在耐热性不足、成形品易燃的缺点。

生物质树脂的耐热性或阻燃性可以借由混入添加剂来加以改善。在普通树脂的情况下，根据目的使各种添加剂混入至作为主成分的基体树脂(baseresin)中时，是将这些材料一齐投入至捏合机，并使它们充分地混合及分散后制成粒体状的颗粒材料(pellet material)。然后，将这样获得的颗粒材料投入至射出成形机而进行成形即可。由此，当使用生物质树脂作为基体树脂时，要改善成形品的阻燃性，粉体状的添加剂不可或缺，这些添加剂的大部分即使与生物质树脂一齐投入至捏合机中也难以获得充分的混合及分散作用。因此，必须首先预先将作为主成分的生物质树脂单独形成颗粒，然后将所述颗粒与添加剂投入至捏合机中使其充分地混合及分散而重新形成颗粒。

因此，如果还包括射出成形步骤，那么对本来就耐热性不足的生物质树脂会施加三次加热处理，由于这种热历程，会产生分子量的降低或染色等，从而导致成形品的品质显著变差。要减少热历程的次数，只要停止在经颗粒化的生物质树脂中混合添加剂而重新形成颗粒的捏合处理，而与生物质树脂的颗粒一起将粉体状的各种添加剂直接供给至射出成形机的筒即可。所述方法是作为“材料直接投入捏合成形法(Direct Mixing：直接捏合(DM)成形法)”来使用，不需要对多种成形材料进行掺合而形成颗粒的前处理。由此，可以减少成形材料的热历程而维持成形品的高品质，并且还可以降低步骤成本。

发明内容

发明所欲解决的问题

如上所述，例如要利用耐热性经改善的生物质树脂来获得高品质的成形品，有利的方法是DM成形法，所述DM成形法是除了作为主成分的粒体状的基体树脂以外，还将用于提高耐热性的粉体状的添加剂直接投入至射出成形机。然而，用于提高耐热性的添加剂通常会使机械强度降低，因此为了弥补这点，还同时使用粉体状的添加剂或相容剂等添加剂。

当如上所述，使粉体状的添加剂与粒体状的基体树脂组合起来进行DM成形时，难以在射出成形机的筒内使粒体状、粉体状等的异种材料充分地捏合及分散。特别是当粉体状材料的比例大于30％时，粒体状材料与粉体材料的捏合及分散容易产生不均。材料的捏合及分散不均成为使材料与筒内壁之间的摩擦发生变动的主要因素，在计量步骤中也会带来不良影响而造成使成形品的重量或物性产生偏差的结果。

本发明提出一种射出成形方法，即使将粉体材料与颗粒之类的粒体状材料一并直接供给至射出成形机，也使得这些成形材料在筒内充分地混合，并且可进行稳定的计量，从而获得品质稳定的成形品。

解决问题的手段

本发明的射出成形方法是从投入口将成形材料供给至加热筒内，所述成形材料包括包含作为基体树脂的粒体状材料及粉体状的添加剂的多种材料，在加热筒的内部使螺杆旋转而将成形材料一边在筒内捏合分散，一边输送至筒前端部加以储存。由于来自所储存的成形材料的按压力，螺杆进行后退，当后退至计量设定位置为止时计量结束，其后使螺杆前进而以高压力将材料按入至模具中而进行射出成形。在进行计量时，对来自储存于筒前端部的成形材料的压力进行检测。将螺杆的后退力乘以系数所得的作用力作为前进力施加至螺杆，在此状态下进行计量，所述螺杆的后退力是根据所检测到的压力值来确定，所述系数是自1.2～2.0的范围内预先设定。成形材料是借由从投入口零散地投入的限制供给来进行，在投入口的正下方，一边在形成于加热筒的内壁与螺杆之间的成形材料的移送空间内留有间隙，一边供给成形材料。借由所述限制供给，使得计量所需的时间长于标准计量时间，所述标准计量时间是一边稠密地填满成形材料的移送空间，一边填充供给粒体状材料时的计量时间，所述成形材料的移送空间在投入口的正下方形成于加热筒的内壁与螺杆之间。

本发明的计量时间优选的是设为相对于所述标准计量时间为1.5倍～3倍的计量时间。如果为短于所述范围的下限的计量时间，则粒体状的基体树脂与粉体状的添加材料等的捏合容易不足，如果为长于所述范围的上限的计量时间，则有可能导致成形材料、特别是粉状的添加剂的热降解(thermaldegradation)。这样的条件特别适合于粉体状的添加物的比率为粒体状材料的30重量％以上的情况。

作为具体示例，可以使用聚乳酸树脂或纤维素系树脂作为基体树脂，并且使用阻燃剂或相容剂(compatibilizer)作为添加物。当进行限制供给，即，使这些成形材料的供给在时间上分散且每次少量地供给时，有将粒体状的基体树脂及粉体状的添加剂每次少量地连续供给至加热筒内的方法，还有将这些材料间断地供给至筒的方法、以及交替地供给粒体状的基体树脂及粉体状的添加剂的方法等。而且，成形周期包括计量步骤、合模步骤、射出填充步骤、保压冷却步骤及脱模取出步骤，并且在从保压冷却步骤开始至脱模取出步骤结束为止期间进行成形材料的计量。

发明的效果

根据本发明，即使将粒体状、粉体状这些异种材料保持着不充分捏合的状态，直接供给至射出成形机的筒而进行成形时，在重量上也没有大的偏差，从而可以获得品质稳定的成形品。再者，本发明方法对于筒内壁的树脂阻力会根据颗粒的形状或供给状态而大幅变化的弹性体(elastomer)等的颗粒材料也有效。

附图说明

[图1]是实施本发明的射出成形方法的射出成形装置的概略构成图。

[图2]是说明螺杆的区域(zone)构成的图。

[图3]是说明射出成形周期的图。

[图4]是说明计量步骤过程中的螺杆的位置的图。

[图5]是说明计量步骤结束时的螺杆的位置的图。

[图6]是说明射出·填充步骤中的螺杆的位置的图。

[图7]是说明开模及计量步骤中的螺杆的位置的图。

具体实施方式

如图1所示，适宜用于本发明方法中的直列螺杆(inline screw)型的射出成形装置10包括在前端包含喷嘴12的加热筒13，并且在所述加热筒13中可旋转地配设有螺杆14。在螺杆14的后端，设置有驱动装置18，所述驱动装置18包括使螺杆14旋转的马达16、以及使螺杆14沿轴向(图1的左右方向)移动的活塞(piston)17。在活塞17上，设置有背压传感器21及位置传感器22。背压传感器21在计量步骤中对背压进行检测，所述背压产生螺杆14后退时的阻力。位置传感器22对螺杆14的后退位置、即计量结束位置进行检测。这些检测结果被输入至控制器25。

驱动装置18具备与控制器25相配合控制活塞17的背压的功能。因此，在驱动装置18中设置有接收来自控制器25的指令而受到接通/断开控制的泵19a、调压装置20、伺服阀(servo valve)20a。泵19a根据背压，从槽(tank)19向活塞17供给空气。调压装置20根据来自控制器25的设定指示，设定活塞17的背压。伺服阀20a根据控制信号，受到反馈控制，以保持由调压装置20所设定的背压，所述控制信号是根据由背压传感器21所检测到的背压值，从控制器25发送。

在加热筒13的外周卷绕设置有加热器(heater)26，所述加热器(heater)26以使供给至加热筒13的内部的成形材料塑化所必需的规定的温度进行加热。成形用模具30包括内部形成有模腔31的固定模具32及可动模具33，在固定模具32的铸口(sprue)34上连接着喷嘴12的前端。而且，活塞17对螺杆14向图1的左方向(前进方向)按压而使其移动，从而进行射出动作，将经熔融的树脂以规定的压力通过喷嘴12向成形用模具30射出。

在加热筒13的长度方向上的后端侧形成有投入口28，在所述投入口28的上方安装有料斗40。在料斗40的上方设置材料供给装置50，从所述材料供给装置50供给的成形材料通过料斗40、投入口28供给至加热筒13内。材料供给装置50包括锅筒(drum)51、53，在锅筒51中投入作为粒体状材料的生物质树脂45来作为成为成形材料的主成分的基体树脂，并且在锅筒53中投入作为粉体状材料的添加物46。

在锅筒51、53的出口设置有计量给料机52、54，分别从计量给料机52、54将计量完毕的生物质树脂45、添加物46供给至料斗40。当将被称为颗粒的粒体状的普通成形材料供给至加热筒13时，标准的是使成形材料借由自重而不间断地供给至料斗40。因此，在投入口28的正下方，在形成于加热筒13的内壁与螺杆14之间的空间内，以几乎不产生间隙的方式而稠密地填充成形材料。

与此相对，在本实施方式中，生物质树脂45、添加物46分别借由计量给料机52、54而计量出固定量之后，分别花时间一点一点地被供给至料斗40。具体而言，从螺杆14进行旋转而开始计量步骤的时点起至螺杆14停止而计量步骤结束为止期间，固定量的生物质树脂45、添加物46在时间上分散地被供给至料斗40。因此，一边在成形材料的移送空间内产生间隙，一边供给生物质树脂45及添加物46，所述成形材料的移送空间在投入口28的正下方形成于加热筒13的内壁与螺杆14之间。

再者，从计量给料机52、54将生物质树脂45及添加物46供给至料斗40时，可以在计量步骤期间内每次少量地同时连续地供给各个物质，或者在计量步骤期间内同时一点点地间断地供给各个物质，并且也可以在计量步骤期间内每次少量地交替供给各个物质。作为计量给料机，只要对成形材料的供给没有妨碍便没有特别限制，可以使用螺杆给料机、振动式给料机、窝形(pocket type)定量切取式给料机、平板给料机(table feeder)、循环给料机(circlefeeder)等。

在控制器25中，根据成形材料的种类(树脂的种类或添加物的种类等)、材料的形状(粉体、粒体、液体、颗粒)、混合比率(基体树脂与添加物的比例)、射出成形条件(一发(one shot)的射出量、筒的加热温度、螺杆的转数、背压设定值等)等各因素，输入了用于使成形材料均匀且充分地捏合的必要捏合时间数据。所述必要捏合时间数据是使用预先通过预备试验等而获得的数据。而且，输入了相对于计量时间的计量给料机52、54中的成形材料的每单位时间的供给量，以使计量时间为必要捏合时间以上。

控制器25根据来自位于筒前端部的压力传感器27、背压传感器21、位置传感器22的信息，确认最初的成形开始时间以及之前成形已进入至保压冷却步骤，然后，根据所选择的供给程序，开始从计量给料机52、54将各个成形材料供给至料斗40。

如图2所示，加热筒13内的螺杆14从投入口28侧起依次划分为供给区域41、压缩区域42、计量区域43这三个区域。在计量步骤开始的时点，计量区域43位于投入口28的正下方。已投入至料斗40的成形材料从投入口28供给至供给区域41，并借由螺杆14的旋转而在加热筒13内搬送至螺杆前端侧。在加热筒13内被搬送的成形材料借由在旋转的螺杆14的表面与加热筒13的内壁之间所产生的剪切热以及来自加热器26的热而慢慢熔融，所述加热器26设置于加热筒13的外周。

在压缩区域42内开始成形材料的熔融捏合，经熔融捏合的成形树脂进而被搬送至前端侧并抵达至计量区域43。在加热筒13的前端部内壁上设置有压力传感器27，以检测所积存的熔融树脂的压力。所检测到的压力值被发送至控制器25。然后，伴随着经熔融捏合的成形材料积存于筒前端部15，螺杆14受到其压力而后退，当抵达至计量设定位置(参照图5)时，马达16的旋转停止，后退也停止。

如图3所示，射出成形周期为计量步骤、合模步骤、射出填充步骤、保压冷却步骤、脱模取出步骤的重复。在计量步骤中，借由马达16的驱动，在加热筒13内，螺杆14进行旋转。与计量步骤的开始同时，通过料斗40向加热筒13供给成形材料，因此成形材料一边借由螺杆14的旋转而捏合及熔融(塑化)，一边被输送至筒前端侧，并慢慢地储存于筒前端部15(参照图4)。

伴随着筒前端部15中的成形材料的储存量增加，基于所储存的成形材料自身的压力而产生的后退力施加于螺杆14。因此，螺杆14一边旋转一边后退，当借由位置传感器22检测到螺杆14已后退至预先所设定的计量设定位置为止时，马达16停止，同时螺杆14的旋转及后退也停止，结束一次计量(图5)。所述计量步骤所需要的时间为计量时间。

合模步骤是使呈开模状态的可动模具33与固定模具32闭合而在成形用模具30内形成成形空间的步骤，借由合模筒(未图示)而使可动模具33向固定模具32的方向移动并且抵接于固定模具32。其后，进行使固定模具32的铸口34接合于喷嘴12的喷嘴接触(nozzle touch)，也可以在已接合的状态下反复进行成形。

射出填充步骤(也称为射出步骤或填充步骤)是借由螺杆14的前进，将在加热筒13内经熔融而成为流动状态且储存于筒前端部15的成形材料，从喷嘴12向成形用模具30内射出。由此，使经熔融的成形材料填充于成形用模具30的模腔31内。

保压冷却步骤是在进行射出并且填充之后，又进行保压及冷却，所述保压是通过螺杆14对模腔31内施加压力，所述冷却是用于在所述状态下使所填充的树脂固化。保压借由对填充于成形用模具30的模腔31内的成形材料连续施加压力，而去除小气泡，将形成于模腔31内的细致的形状转印至成形品。并且，保压是在保压冷却步骤的大致前半部分结束，而冷却在其后也继续进行，直至成形品在脱模时可获得充分刚性的程度为止。

在脱模取出步骤中，借由合模筒，使可动模具33沿远离固定模具32的方向移动而打开成形用模具30(参照图6)，在所述开模动作的结束期间借由突出销35而使成形品从可动模具33中脱离。

在所述各步骤中的保压冷却步骤中，即使是在保压结束之前，也使螺杆14在所填充的树脂被某种程度固化后旋转，而开始下一个计量步骤。并且，只要在冷却结束之前结束计量步骤即可。当然，也可以将计量的开始时期在时间上向后挪动，可以借由如上所述在第n个周期的保压冷却步骤中，进行第n+1个周期的计量步骤来使成形周期效率提高。

其次，返回至图1，说明本发明的射出成形方法。

当对控制器25输入成形材料的种类、成形条件等各因素时，控制器25从所输入的必要捏合时间数据中选择成形材料所必需的计量时间。并且，对于计量给料机52、54中所储存的一个周期量的生物质树脂45及添加物46，控制器25计算出在开始计量起至结束计量为止的计量时间内，从计量给料机52、54供给至料斗40的每单位时间的生物质树脂45及添加物46的供给量，并设定于计量给料机52、54。由此，由计量给料机52、54所计量的固定量的生物质树脂45及添加物46两者在计量步骤开始起至结束为止期间，一点一点地分散地被供给至加热筒13。

当使生物质树脂45及添加物46均匀且充分地捏合所必需的必要捏合时间为20秒时，计量步骤中的计量时间确定为至少20秒以上。在所述计量时间内，储存于计量给料机52、54内的一个周期量的材料被限制供给至料斗40，但是材料的每单位时间的供给量、或者材料的供给速度优选的是在供给开始起至供给结束为止期间尽可能地均等。因此，优选的是采用：少量连续供给方法(称为零散投放)，使成形材料从计量给料机52、54每次少量地连续且零散地落入至料斗40；或者间断供给方法，以固定间隔使固定量间断地落入至料斗40。在间断供给的情况下，也可以设为从计量给料机52、54交替地进行供给。

当计量步骤开始时，控制器25根据来自压力传感器27、背压传感器21、位置传感器22的信息，开始从计量给料机52、54将各个成形材料限制供给至料斗40，并驱动马达16而使螺杆14旋转。

经熔融的成形材料慢慢地向前方输送，当积存于筒前端部15时，螺杆14被往回推，开始向加热筒13的后方移动。设置于筒前端部15的压力传感器27检测经熔融的成形材料的树脂压S(MPa)，背压传感器21检测对螺杆14向前方赋能的背压T。当检测到树脂压S时，控制器25根据所述树脂压S，算出施加至螺杆14的后退力PJ，并且算出将所算出的后退力PJ乘以系数K所得的前进力PH。然后，将用于获得所述前进力PH的背压T设定于调压装置20。

另外，螺杆14利用自身的旋转将成形材料移送至加热筒13的前方，因此这时的树脂阻力成为反作用力PT，其沿后退方向按压螺杆14。因此，对于螺杆14，成为如下状态：在后退方向上除了后退力PJ以外，还施加了由树脂阻力所形成的反作用力PT；在前进方向上施加了由背压T所形成的前进力PH(PH=PJ+PT)。因此，前进力PH降低了与由树脂阻力所形成的反作用力PT相应的程度，而且反作用力PT容易因螺杆14的旋转速度或成形材料的捏合状况等的影响而发生变动，从而为了准确的计量而应预先施加至螺杆14的前进力PH变得不稳定。

由此，在所述射出成形装置中，设为可以借由控制器25来确保最佳的前进力PH，以使得前进力PH不会变得过大，而且使得可以忽视由树脂阻力所形成的反作用力PT的变动。因此控制器25以后退力PJ为基准，将所述后退力PJ乘以在1.2～2.0的范围内设定的系数K，以所述力“K·PJ”作为前进力PH而相对于螺杆14起作用的方式来控制背压T，所述后退力PJ是根据由压力传感器27所检测到的树脂压S来确定。

系数K的值可以预先通过进行预备试验等，根据成形材料或成形条件等各因素，而分别准备最佳值，只要适当地选用最佳值即可。其结果为，即使由树脂阻力所形成的反作用力PT发生变动，前进力PH也会协调地进行调整，以追随于基于此时的树脂压而产生的后退力PJ，因此计量步骤得以保持稳定，所以计量时间(捏合时间)也不会有大幅变动，即便使用包含粒体状的基体树脂及粉体状的添加剂的成形材料，也可以获得高品质的成形品。

借由使用如上所述的系数K调整前进力PH，而成为“PH/PJ=K”。系数K的值只要在“1.2～2.0”的范围内便为任意，具体而言，可以预先准备1.2、1.3、1.5、1.8，根据成形条件来适当地切换使用。如果系数K为1或接近于1，则成为几乎忽视了摩擦阻力的设定。因此，实际上变为螺杆14容易因树脂的摩擦阻力而后退的状态，从而无法将成形材料向筒前端部15输送，成形材料容易与螺杆14一起共转。并且，当系数K超过“2.0”而增大时，相对于螺杆14的前进力PH变得过大而使得螺杆14难以后退，计量时间延长，而有可能导致成形材料的热降解。

通常，在成形材料密实地塞满于螺杆14的供给区域41的状态下，使螺杆14旋转时的树脂阻力增大，并且容易发生变动。因此，在使螺杆14的旋转速度保持为固定的方面上会变得不利，但是只要借由如上所述的限制供给而将供给至供给区域41的成形材料设为少量，树脂阻力便会减小，并且变动也可以得到抑制，反作用力PT的影响也变小。

在本发明的成形方法的情况下，由于使成形材料在时间上分散地供给至加热筒13，因此在每个成形品所需要的成形材料的计量上要花费时间。当标准地将成形材料供给至筒时，例如当仅使所述粒体状的生物质树脂45不通过定量给料机(constant feeder)52而利用自重流入至料斗40，并直接从投入口28供给至加热筒13时，如果使其它条件为共同，那么为了成形材料的熔融及捏合的状态良好，而且不使成形材料产生热降解，作为螺杆14的转数与计量时间的组合，以下[表1]所示的组合被确认为妥当的组合。再者，由于成形材料只有粒体状的材料，所以系数K设定为“2.5”。

[表1]

当将[表1]所示的计量时间设为各个螺杆转数时的标准计量时间时，在本发明方法的情况下，是利用计量给料机52、54每次少量地在时间上分散地供给粒体状材料及粉体状材料，因此各个螺杆转数时的计量时间优选的是预先延长至所述标准计量时间的1.5倍～3倍左右，以便充分地进行捏合。再者，当所使用的成形材料的耐热性差时，也可存在如下情况：为了避免在加热筒13内长时间滞留，计量时间的上限优选为小于3倍。

考虑到捏合性能的提高以及由剪切发热所引起的劣化两个方面，螺杆14的转数优选的是设定于30rpm～300rpm之间，但是更优选的是50rpm～200rpm的范围，只要是基于与各个转数相适的计量时间来进行计量即可。再者，如果螺杆14的转数小于30rpm，那么无法充分地进行均匀的捏合，如果大于300rpm，则成形材料有可能因剪切发热而劣化。特别是当成形材料的基体树脂为生物质树脂时，如果大于300rpm，则劣化的危险增大。

再者，虽然没有图示，但是当添加借由鼓风等的手段而对射出成形机的加热筒的外侧进行冷却的装置时，可以抑制由材料的剪切发热所引起的温度上升，从而可以将螺杆转数设定得较高。

相对于标准的材料供给，即，相对于使粒体状的成形材料利用自重流入至料斗40，在螺杆14的计量区域41内的空间内由成形材料几乎稠密地加以填满的材料供给，本发明的射出成形方法采用如下的材料供给方式，即，以在计量区域41内的空间产生间隙的方式，一边在时间上每次少量地限制一边供给粒体状材料及粉体状材料。因此，螺杆14的转数例如可以从50rpm～200rpm之中适当地选择，但是相对于标准的计量时间的计量时间比增长。然而，在料斗40的出口或加热筒13的内部不会塞满成形材料，从而将成形材料向前方移送时的树脂阻力也抑制得较低，可以获得均匀的捏合作用。

利用本发明的射出成形方法进行成形测试，一边改变成形条件，一边使实施例1～实施例6、以及比较例1～比较例6的样品成形。关于这些样品，在共同的条件下进行各种试验，并评估其好坏。以下，说明成形测试的概要及其评估结果。

[成形材料]

作为成形材料，使用以下材料。

·聚乳酸树脂(颗粒)…自然工程(Nature Works)制，4032D 100重量份

·阻燃剂(粉状)…艾迪科(ADEKA)，Adeka Stab FP2200 35重量份

·相容剂(粉状)…伏见制药所制，Rabitle FP110 20重量份

·稳定剂(stabilizing agent)(粉状)…三菱丽阳(Mitsubishi Rayon)制，MetablenW600A 5重量份

·聚四氟乙烯(poly tetrafluoro ethylene，PTFE)抗滴落剂(粉状)…大金工业制，FA500H 0.5重量份

·抗水解剂(粉状)…莱茵化学(Rhein Chemie)制，stabaxol1FL 3重量份

·填料(filler)(微粉末)…日本滑石(Nippon Talc)工业制，P3 8重量份

<合计> 171.5重量份

作为聚乳酸树脂，使用预先在热风干燥机(hot air drying machine)内以80℃经5小时干燥的聚乳酸树脂。并且，难然剂是使用预先在减压干燥机内以80℃经5小时减压干燥的材料。所述成形材料中，粉体比率为41重量％。

[射出成形装置]

用于试验的射出成形装置是使用住友重机械工业公司制造的SG150U-3，在所述射出成形装置上安装有模具，所述模具能够同时射出成形日本工业标准(Japanese Industrial Standards，JIS)哑铃(Dumbbell)试验片、夏比(Charpy)试验片以及美国保险商实验室(Underwriter Laboratories，UL)试验片(厚度1.6mm)。射出成形装置的加热器温度是从喷嘴侧起设定为195℃-195℃-190℃-180℃-30℃。并且，一发的射出量设为120g。射出成形是对材料进行充分清洗后，经50发的一次性喷射后，进行50发的成形。

作为用于测试成形的模具，是使用具有在各种试验中使用的三种试验片成形用的模腔的模具，在每次成形步骤中获得三种试验片。关于50发对应的样品，用于下述阻燃性试验的试验片是将其所述50发对应的样品全部挪用于重量测定。关于夏比撞击试验、断裂伸长度试验、阻燃性试验，则将50发中每经过10发而获得的5个用作试验片。试验方法及判定基准如下。

(重量测定)

使用电子天秤对试验片的重量进行测定。只要相对于50个试验片的重量的平均值，各个的重量的变动幅度(重量偏差)全部为0.8％以下即为合格，即使一个大于0.8％时也为不合格。[表2]中表示在样品中变动幅度最大的样品。

(夏比撞击试验)

依照JIS K-7111，使长度80mm±2mm，宽度10mm±0.2mm，厚度4mm±0.2mm的试验片成形，并对所述试验片进行切口加工(切口半径0.25mm±0.05mm，切口部的宽度8.0mm±0.2mm)，以用于夏比撞击试验。带有切口的试验片的质量为4.2g。试验装置是使用东洋精机(TOYOSEIKI)公司制的撞击试验机(IMPACT TESTER)(模拟式)。关于每10发进行取样而得的5个试验片，依照JIS K-7111用于夏比撞击试验，将最低值为5(KJ/m²)以上的情况设为合格。

(断裂伸长度试验)

试验片是依照JIS(K-7113，1号型试验片)而成形。使用岛津万能试验机(AUTOGRAPH)(AGS-J型)抓取试验片，以拉伸速度(50mm/min)进行拉伸直至断裂为止，测定断裂时的伸长度(断裂伸长度)值。只要5个试验片的断裂伸长度最低的为6％以上即为合格，如果小于6％则为不合格。

(燃烧性试验：UL-94V)

作为试验片，使长度127mm、宽度12.7mm、厚度1.6mm的试验片成形。UL94-V是塑料零件等的燃烧性试验中最基本的试验，使煤气燃烧器(gasburner)的火焰接触规定尺寸的试验片，调查试验片的燃烧程度。其等级从阻燃性高的起依次有5VA、5VB、V-0、V-1、V-2、以及HB，将5个样品均为V-1以上(5VA～V-1)的阻燃性设为合格。

对实施例1～6及比较例1～6的每个试验项目分别进行评估，将试验项目全部为合格的评估为合格，即使一个项目存在不合格也评估为不合格。关于这些的评估结果，与实施例1～实施例6及比较例1～比较例6的成形条件·计量条件一并示于以下[表2]。

[表2]

在所述[表2]中，“限制”是指限制供给，将由计量给料机所计量出的固定量的成形材料在计量期间内一点一点地供给至料斗。“填充”是指不使用计量给料机，而将成形材料利用自重供给至料斗，并几乎稠密地填充于筒内的供给方式。在计量时间比的栏内，各个实施例及比较例的计量时间表示相对于[表1]中所说明的每个螺杆转数下的标准计量时间达到何种程度的比例。

关于实施例1～实施例6，设定六种系数K的值、螺杆的转数与计量时间的组合而进行实验后，均明确了评估基准。在这些实施例中，以计量时间处于适当范围的方式来进行材料的限制供给，各个计量时间相对于[表1]中的标准计量时间而处于1.5倍～3倍的范围。结果确认，它是使用所述射出成形装置进行射出成形时的适当的成形条件，一方面避免了由螺杆的高速旋转所产生的过大的剪切发热，一方面使成形材料充分地捏合分散，并且作为热历程也不会产生不良影响。

比较例1、2中，系数K的值为不适当，相对于螺杆转数，计量时间不处于恰当范围。如果计量时间短，则无法对多种成形材料进行充分捏合，如果计量时间过长，则无法避免材料的热降解。并且，即使系数K处于适当范围，根据限制供给的程度，计量时间也不处于适当的范围，从而无法获得良好的评估结果(比较例3、比较例4)。比较例5、比较例6是借由填充方式而进行的材料供给，可知当利用除了粒体状材料以外还包含30重量％以上的粉体材料的成形材料进行射出成形时没有实用性。

以上，详细说明了本发明的射出成形方法，但是本发明当然并不限定于上述示例，在不脱离本发明的主旨的范围内，还可以进行各种改良或变更。而且，本发明方法在如下情况下也有效，即，使用筒内壁的树脂阻力(PT)会根据颗粒的形状或供给状态而大幅变化的弹性体等的颗粒材料来进行射出成形。

Claims

1.一种成形方法，其特征在于：

从投入口将成形材料供给至加热筒内，所述成形材料中混合有包含作为基体树脂的粒体状材料及粉体状的添加剂的多种材料，在所述加热筒的内部使螺杆旋转而使所述成形材料一边捏合分散，一边储存于筒前端部，并且利用来自所储存的所述成形材料的按压力使所述螺杆后退至计量设定位置而进行计量后，使所述螺杆前进而进行射出成形，并且

在进行所述计量时，检测来自所述成形材料的压力，所述成形材料储存于所述筒前端部，将基于所检测到的压力而对在使所述螺杆后退的方向上起作用的后退力，乘以在1.2～2.0的范围内预先设定的系数所得的力作为前进力施加至所述螺杆，

而且，进行限制供给，所述限制供给从所述投入口零散地投入所述成形材料，并且一边在所述成形材料的相位空间内留有间隙，一边供给所述成形材料，所述成形材料的相位空间是在所述投入口的正下方形成于所述加热筒的内壁与所述螺杆之间，

使所述计量所需要的时间长于标准计量时间，所述标准计量时间是以稠密地填满所述成形材料的移送空间的方式而填充供给所述粒体状材料时的计量时间，所述成形材料的所述移送空间是在所述投入口的正下方形成于所述加热筒的内壁与所述螺杆之间。

2.根据权利要求1所述的射出成形方法，其特征在于：

以相对于所述标准计量时间为1.5倍～3倍的计量时间来进行所述计量，所述标准计量时间是以稠密地填满所述成形材料的所述移送空间的方式而填充供给所述粒体状材料时的计量时间，所述成形材料的所述移送空间在所述投入口的正下方形成于所述加热筒的内壁与所述螺杆之间。

3.根据权利要求2所述的射出成形方法，其特征在于：

所述成形材料中，所述粉体状的添加物的比率为30重量％以上。

4.根据权利要求3所述的射出成形方法，其特征在于：

所述基体树脂是聚乳酸树脂或纤维素系树脂，并且所述添加物为阻燃剂或相容剂。

5.根据权利要求3所述的射出成形方法，其特征在于：

所述限制供给是通过将所述成形材料每次少量地连续供给至所述筒内来进行。

6.根据权利要求3所述的射出成形方法，其特征在于：

所述限制供给是通过将所述成形材料间断供给至所述筒内来进行。

7.根据权利要求3所述的射出成形方法，其特征在于：

所述限制供给是交替地供给作为所述成形材料的所述基体树脂及多种所述添加物。

8.根据权利要求1所述的射出成形方法，其特征在于：

所述射出成形的一个周期包括所述计量步骤、合模步骤、射出填充步骤、保压冷却步骤及脱模取出步骤，并且在从所述保压冷却步骤开始至所述脱模取出步骤结束为止的期间进行所述计量步骤。