CN105392612A - 膜和用于对膜进行成型的成型方法、模具、以及包括膜的成型品及其成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种保持外观良好并且能够可靠地防止裂痕产生的膜、以及这样的膜的成型方法等。通过在成型模具的上模与下模之间固定膜并进行加热后的状态下，将上模和下模合模，在下模的凸部的外侧利用上模的按压部件按压膜，进行一次赋型。接着，利用从上模侧导入的气体的压力，至少在下模的凸部的外侧对膜进行二次赋型，由此，能够实现保持外观良好并且能够可靠地防止裂痕产生的膜、及其成型方法等。

Description

膜和用于对膜进行成型的成型方法、模具、以及包括膜的成型品及其成型方法
技术领域
本发明涉及膜、用于将膜热成型为所期望的立体形状的成型方法、成型用模具、以及使用该膜的立体赋型品(成型品)，特别是本发明适用于包括硬涂片材等的装饰成型品的制造。
背景技术
装饰成型品(彩绘成型品)或型内成型品由于其生产率、设计性、功能性等方面而受到关注。作为其适用对象，可以列举便携电话的外部装饰部件、汽车相关部件、医疗用机械器具、电子制品、家电制品、建材、清洗剂和化妆品等的容器、玩具等。
专利文献1中，为了形成具有镜面或节流面等的外观良好的树脂成型品而无需在表面形成膜层或实施涂装，也无需使用能够耐受注射成型法这样的高压的大型的装置，公开了如下内容。即，公开了一种真空/压空成型用模具，其具备：以与具有成型面的模具部件的成型面背面之间确保空间的状态支撑该模具部件的支撑部件、将上述成型面加热至成型对象的片材状树脂的维卡软化温度(T)℃以上的加热设备、和通过向上述空间提供冷却介质来将上述成型面冷却至上述片材状树脂的维卡软化温度(T)－10℃以下的温度的冷却设备。
专利文献2中，为了提供一种能够使开口部2形成为四方形、能够容易制成与装饰框等的嵌合部件、并且不需要为了防止翘曲而延长冷却时间等的特殊的操作的技术，公开了以下的内容。即，公开了一种压空成型用模具，其用于得到开口周缘缩窄的呈壶状且该开口周缘呈矩形状的方口壶形的压空成型品，该压空成型用模具的特征在于，该模具的与上述开口周缘对应的开口周缘部形成为其各边向外侧膨胀的状态，设定该膨胀的程度，使得由于伴随成型后的材料冷却而发生的变形使得上述开口周缘的各边呈直线状。
由此，作为现有的压空成型法中的赋型的一例，关于水平配置的模具归纳如下。
(i)用片材的保持具固定片材。
(ii)使片材的保持具向加热区移动，从上方进行红外线加热，将片材加热到高于其Tg的温度，使其软化。
(iii)使片材的保持具在模具芯上移动，进行合模，进行片材成型的准备，同时导入加压空气。
(iv)片材由于加压空气而急速拉伸，直至与模具芯的表面接触，在与模具芯的表面接触时急剧冷却，达到树脂的Tg以下，沿模具芯的表面形状固定，形成赋型品。
(v)加压空气等排出之后，取出赋型品。
该方法中，在使用具有相对于底面大致垂直的立起部分的模具芯的模具时，为了对所要赋型的片材(膜)的底面进行最终赋型，在局部发生拉伸。
树脂成型品存在表面容易带有擦伤的问题，因而，作为防止擦伤的对策，大多情况使用实施了硬涂的片材，但是由于硬涂层硬、拉伸小，因此，一旦超过极限拉伸量，就容易出现产生裂痕的问题。在采用上述成型方法进行成型时，与膜的拉伸同样，硬涂层也在相同部位拉伸，因而在成型品外形部或孔底面附近集中产生裂痕。为此，需要通过变更为在形状上形成平缓的曲率或者降低立起的高度的设计来防止硬涂裂痕。
另外，也通过使用降低硬度、在某种程度上牺牲防擦伤性能，提高了拉伸性能的硬涂层，从而提高大致垂直的形状的立起高度(通常低于4mm)，但是，迄今为止，树脂表面的耐擦伤性仍没有大幅度提高，存在尽管耗费了成本但使用时硬涂层仍旧形成擦伤的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10－193449号公报
专利文献2：日本特开2004－142403号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的发明人着眼于在底面附近集中产生的裂痕是由于赋型时的机制而产生的。即，最终被拉伸的部位形成局部拉伸的问题。
已知在仅利用压力空气进行赋型时，只有底面基底附近被局部拉伸，另一方面，在赋型时不利用压力空气而使用模具进行压制时，反而是顶面附近被局部拉伸而产生裂痕。另外，已知如果对整个面进行压制，由于模具与特别是对于设计外观要求严格的品质的片材顶面接触，因而在卷入空气等或模具的研磨度低时，模具表面向片材转印，外观变差。
为此，本申请的目的在于提供一种能够保持赋型片材外观良好、例如即使使用具有耐擦伤性能的硬涂层也不产生裂痕地进行成型的模具和成型方法等，提供能够增高外形形状或孔形状的立起高度或者降低顶面侧的曲率、尽可能减少设计上的制约的膜或片材、以及包括它们的成型品。如上所述，本发明特别适合用于以耐擦伤为目的设置硬涂层、因而比较容易产生裂痕的硬涂片材等的成型中。
用于解决课题的方法
本发明的发明人对利用压空成型赋型的硬涂膜不产生硬涂裂痕的成型方法进行了深入研究，结果完成了本发明。
即，本发明如下所述。
(1)一种膜，其特征在于：在成型前的膜的表面至少设有硬涂层，该硬涂层具有在耐擦伤性试验(根据ASTMD2486-79、使用猪毛刷以荷重450g往返200次)中产生的擦伤为10条以下的擦伤性，
在成型时所使用的成型用模具的下模的凸部的外侧成型的膜的第二区域(端部)相对于配置于凸部上的膜的第一区域(较厚部)的伸长率为100％以下。
(2)一种膜，其特征在于：由如下的成型方法成型得到，
该成型方法用于使用成型用模具将膜赋型为规定的立体形状，
该成型用模具包括：
具有凸部的下模，
具备在合模时位于凸部的外侧的按压部件的上模，和
在上模与下模之间固定膜的固定框，
所述成型方法包括：
加热工序，在使上模的按压部件后退后的状态下，将膜固定于固定框并加热而使其软化；
一次赋型工序，在上模和下模合模时，使按压部件前进并至少在凸部的外侧按压膜，进行一次赋型；和
二次赋型工序，利用从上模侧导入的气体的压力，至少在合模后的下模的凸部的外侧对膜进行二次赋型。
(3)一种膜，其特征在于：由如下的成型方法成型得到，
该成型方法用于使用成型用模具将膜赋型为规定的立体形状，
该成型用模具包括：
表面设有凹部且具有凸部的下模，所述凹部用于在成型品形成孔和/或凹部，
具备在合模时位于凸部的外侧的按压部件的上模，和
在上模与下模之间固定膜的固定框，
所述成型方法包括：
加热工序，在使上模的按压部件后退后的状态下，将膜固定于固定框并加热而使其软化；
一次赋型工序，在上模和下模合模时，使按压部件前进并至少在凸部的外侧按压膜，进行一次赋型；和
二次赋型工序，利用从上模侧导入的气体的压力，至少在合模后的下模的凸部的外侧对膜进行二次赋型。
(4)如上述(2)或(3)所述的膜，其特征在于：在凸部的外侧成型的膜的第二区域(端部)相对于成型时配置于凸部上的膜的第一区域(较厚部)的伸长率为100％以下。
(5)如上述(2)或(3)所述的膜，其特征在于：其为具有硬涂层的硬涂膜。
(6)如上述(1)或(5)所述的膜，其特征在于：其是在与硬涂层相反的一侧的表面实施了印刷的硬涂膜。
(7)一种包括上述(1)～(6)中任一项所述的膜的成型品。
(8)一种膜的成型方法，其特征在于：用于使用成型用模具将膜赋型为规定的立体形状，
该成型用模具包括：
具有凸部的下模，
具备在合模时位于凸部的外侧的按压部件的上模，和
在上模与下模之间固定膜的固定框，
所述成型方法包括：
加热工序，在使按压部件后退后的状态下，将膜固定于固定框并加热而使其软化；
一次赋型工序，在上模和下模合模时，使按压部件前进并至少在凸部的外侧按压膜，进行一次赋型；和
二次赋型工序，利用从上模侧导入的气体的压力，至少在合模后的下模的凸部的外侧对膜进行二次赋型。
(9)一种膜的成型方法，其特征在于：用于使用成型用模具将膜赋型为规定的立体形状，
该成型用模具包括：
表面设有凹部且具有凸部的下模，所述凹部用于在成型品形成孔和/或凹部，
具备在合模时位于凸部的外侧的按压部件的上模，和
在上模与下模之间固定膜的固定框，
所述成型方法包括：
加热工序，在使上模的按压部件后退后的状态下，将膜固定于固定框并加热而使其软化；
一次赋型工序，在上模和下模合模时，使按压部件前进并至少在凸部的外侧按压膜，进行一次赋型；和
二次赋型工序，利用从上模侧导入的气体的压力，至少在合模后的下模的凸部的外侧对膜进行二次赋型。
(10)如上述(8)或(9)所述的成型方法，其特征在于：在使按压部件前进开始一次赋型工序后1秒以内，导入加压空气，开始二次赋型工序。
(11)如上述(8)或(9)所述的膜的成型方法，其特征在于：气体为加压空气。
(12)如上述(8)或(9)所述的膜的成型方法，其特征在于：膜是具有硬涂层的硬涂膜。
(13)如上述(12)所述的膜的成型方法，其特征在于：膜是在与硬涂层相反的一侧的表面实施了印刷的硬涂膜。
(14)如上述(8)或(9)所述的膜的成型方法，其特征在于：在一次赋型工序中，固定框与合模时的上模和下模嵌合。
(15)如上述(8)或(9)所述的膜的成型方法，其特征在于：上模形成有气体导入孔，在二次赋型工序中，将气体从气体导入孔导入到膜的表面。
(16)一种成型品的成型方法，其特征在于：由上述(8)或(9)所述的方法成型得到的膜是在与硬涂层相反的一侧的表面实施了印刷的硬涂膜，
所述成型品的成型方法包括：
加工工序，对硬涂膜进行加工使其对应于注射成型模具的模腔形状；
插入工序，在注射成型模具的模腔内以使硬涂面与模腔相接的方式插入硬涂膜，形成膜基材；和
成型工序，通过注射成型将该膜基材与注射成型材料一体化，成型为成型品。
(17)一种成型用模具，其特征在于，包括：
具有凸部的下模，
具备在合模时位于凸部的外侧的按压部件的上模，和
在上模与下模之间固定膜的固定框。
(18)如上述(17)所述的成型用模具，其特征在于：下模的表面设置有用于在成型品形成孔和/或凹部的凹部。
(19)如上述(17)所述的成型用模具，其特征在于：按压部件具有形状与凸部基本相似的内表面。
(20)如上述(17)所述的成型用模具，其特征在于：为了在二次赋型工序中将气体导入到膜的表面，在上模形成有气体导入孔。
(21)如上述(17)所述的成型用模具，其特征在于：按压部件的内径与凸部的外径的尺寸之差为(成型前的膜的厚度(mm)×2)+1mm至4mm。
(22)如上述(17)所述的成型用模具，其特征在于：按压部件通过空气气缸或油压气缸工作，按压膜的按压部件的前端截面形状为倒角和/或弧形，一次赋型工序和二次赋型工序中不与膜的凸部上的顶面接触。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种膜或片材，特别是具有硬涂层的片材、和它们的赋型成型品以及型内成型品等的设计适用形状范围广、并且不产生裂痕的膜或片材，以及立体赋型品(成型品)等。
附图说明
图1是表示本发明的压空成型用模具的第一实施方式的剖面图。
图2是表示压空成型用模具的可动环和模具芯的平面示意图。
图3是表示片材固定框通过上模和下模嵌合、可动环前进、经过加热的片材被一次赋型后的状态的剖面图。
图4是表示导入加压空气、被二次赋型后的状态的剖面图。
图5是表示压空成型用模具的第二实施方式的、与图3对应的剖面图。
具体实施方式
以下，对本发明品的构成和成型方法的工序等进行说明。
1.膜或片材
以上的本发明中使用的上述膜或片材的厚度优选为0.05～1.2mm，优选具有硬涂层作为其表面层。
本申请中得到的成型品的高度也依赖于硬涂层的拉伸性能，使用具有在耐擦伤性试验(根据ASTMD2486-79、使用猪毛刷以荷重450g往返200次)中产生的擦伤为10条以下的擦伤性的实用的硬涂层，能够制造目前所无法得到的大致垂直立壁高度为4mm以上、最大至15mm的高度的成型品。
通过使用本申请的成型方法，能够最大限度地利用硬涂层拉伸性能，因此，对于顶面或立起面为圆弧形状的制品，能够制造达到上述高度的2倍左右的高度。其中，上述硬涂(层)在耐擦伤性试验(根据ASTMD2486-79、使用猪毛刷以荷重450g往返200次)中产生的擦伤优选为5条以下，更优选为3条以下。
作为上述膜或片材，例如，可以列举(1)使用透明的塑料材料的透明片材、(2)以具有耐冲击性和适度的耐热性的树脂为基材层、在其单面或双面形成有硬质树脂层的透明的多层片材、(3)在上述(1)或(2)的片材的单面或双面形成有硬涂层的片材或多层片材。
本发明中，通常能够使用在背面适当具有设计性等的印刷层或金属化层的材料。
作为本膜或片材所使用的透明的塑料材料，可以列举由芳香族聚碳酸酯、非晶性聚烯烃(代表例：脂环式聚烯烃)、聚(甲基)丙烯酸酯、聚砜、乙酰纤维素、聚苯乙烯、非晶性聚酯(代表例：脂环式聚酯)、透明聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂等、以及它们的组合物得到的透明树脂。这些之中优选可以作为光学用途的树脂，可以例示芳香族聚碳酸酯、(甲基)丙烯酸树脂、苯乙烯－(甲基)丙烯酸酯共聚树脂、氢化苯乙烯－(甲基)丙烯酸酯共聚树脂(将苯乙烯成分的苯环氢化而部分形成脂环的树脂)、透明聚酰胺、和芳香族聚碳酸酯与非晶性聚酯(代表例：脂环式聚酯)的组合物等。
作为芳香族聚碳酸酯(PC)，从耐冲击性、强度、耐热性、耐久性或弯曲加工性的方面考虑，优选使用以2,2－双(4－羟基苯基)烷烃或2,2－(4－羟基－3,5－二卤代苯基)烷烃为代表的双酚化合物以公知的方法制得的聚合物，其聚合物骨架可以含有源自脂肪酸二醇的结构单元或具有酯键的结构单元，特别优选使用2,2－双(4－羟基苯基)丙烷制得的芳香族聚碳酸酯。
作为与芳香族聚碳酸酯的组合物使用的非晶性聚酯树脂，例如，可以列举通过使以1,4－环己烷二羧酸为代表的二羧酸成分、以1,4－环己烷二甲醇为代表的二醇成分和根据需要的其它少量的成分进行酯化或酯交换反应，接着，适当添加聚合催化剂，缓缓地将反应槽内减压，进行缩聚反应这样的公知的方法得到的聚酯树脂。
脂环式二羧酸或其酯形成性衍生物，具体可以列举1,2－环己烷二羧酸、1,3－环己烷二羧酸、1,4－环己烷二羧酸、1,4－十氢化萘二羧酸、1,5－十氢化萘二羧酸、2,6－十氢化萘二羧酸、2,7－十氢化萘二羧酸、及其酯形成性衍生物等。
作为本发明中所使用的聚酰胺树脂，可以列举作为光学用透明聚酰胺树脂公知的树脂，作为耐热性的指标之一的热变形温度例如在100～170℃的范围，可以列举芳香族聚酰胺树脂、脂环族聚酰胺树脂、脂肪族聚酰胺树脂、以及它们的共聚物。从机械强度、耐药品性、透明性等的平衡出发，优选脂环式聚酰胺树脂，可以组合2种以上的聚酰胺树脂。作为这样的聚酰胺树脂的例子，有GLILAMIDTRFE5577、XE3805(EMS制)、NOVAMIDX21(三菱工程塑料制)、东洋纺NylonT－714E(东洋纺制)，但不限定于这些。
(甲基)丙烯酸树脂为以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为代表的各种(甲基)丙烯酸酯的均聚物、或者PMMA或MMA与其它1种以上的单体的共聚物等，还可以是这些树脂多种混合而成的混合物。这些之中，优选低双折射性、低吸湿性、耐热性优异的含有环状烷基结构的(甲基)丙烯酸酯。作为以上这样的(甲基)丙烯酸树脂的例子，有ACRYPET(Mitsubishirayon制)、DELPET(Asahikaseichemicals制)、PARAPET(Kuraray制)，但不限定于这些。
上述(2)的基材层是用于保持基础物性的层，作为所使用的树脂，从高的耐冲击性考虑，作为代表例可以列举芳香族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯与非晶性聚酯树脂的组合物。
作为在该基材层的单面或双面形成的硬质树脂层，可以列举(甲基)丙烯酸系树脂、苯乙烯－(甲基)丙烯酸酯共聚树脂、氢化苯乙烯－(甲基)丙烯酸酯共聚树脂(将苯乙烯成分的苯环氢化而部分形成脂环的树脂)、将2,2－(4－羟基－3－甲基苯基)烷烃等共聚得到的芳香族聚碳酸酯树脂、使与芳香族聚碳酸酯树脂相容的含有芳香环的(甲基)丙烯酸单体共聚而得到的(甲基)丙烯酸树脂与芳香族聚碳酸酯树脂的组合物等，优选(甲基)丙烯酸系树脂与氢化苯乙烯－(甲基)丙烯酸酯共聚树脂(将苯乙烯成分的苯环氢化而部分形成脂环的树脂)。
从耐候性的改善考虑，它们通常配合紫外线吸收剂以组合物的形态使用。
本膜或片材通常通过挤出法或共挤出法来制造，厚度优选从0.05mm～1.2mm的范围适当选择。
在多层片材的情况下，在基材片材的单面或双面形成的硬质树脂层的厚度比多层片材的厚度的一半薄，优选选自0.03mm～0.1mm。过薄时，铅笔硬度等的硬度降低，过厚时没有提高硬度的效果，基材片材的特性降低增大，故而不优选。
这样，在挤出工序中或挤出之后，进行硬涂处理。通常优选耐磨耗性和耐指纹性(指纹拭去性)优异的材料，由于必须进行热成型以赋予所期望的三维形状，因此，优选显示所期望的热成型性的实施了硬涂的材料。
作为硬涂层能够使用丙烯酸系、硅系、三聚氰胺系、聚氨酯系、环氧系等公知的形成交联覆膜的化合物。另外，固化方法也能够使用紫外线固化、热固化、电子束固化等公知的方法。其中，作为表面侧的面优选能够具有铅笔硬度H以上，从与热赋型性的平衡出发，优选例示丙烯酸系、聚氨酯丙烯酸酯系。
硬涂层的赋予采用通常的方法即可，可以由辊涂法等的涂布法、浸渍法、转印法等形成。
作为丙烯酸系的化合物，能够使用分子内至少具有2个(甲基)丙烯酰氧基(丙烯酰氧基和/或甲基丙烯酰氧基的意思，下同)的交联聚合性化合物，键合各(甲基)丙烯酰氧基的残基为烃或其衍生物，在其分子内能够包括醚键、硫醚键、酯键、酰胺键、氨酯键等。另外，作为赋予热赋型性的成分，可以适当含有分子量为一千～几千的长链成分。
本发明中所使用的多层片材通常在背面具有设计性的印刷层。
本发明中所使用的多层片材，从操作性、向背面印刷和金属化的适应性考虑，优选背面也具有硬涂层。优选背面侧在基材树脂上具有硬涂层/印刷层，在其上施加注射成型树脂，使其热熔接。从这一点考虑，在需要拉伸的部分具有印刷层时，印刷油墨优选选择与硬涂层牢固地粘接、具有适度的拉伸性状、并且与所使用的成型树脂热熔接的材料。另外，在单面不实施硬涂处理时也能够没有问题地使用。
2.膜或片材的成型方法
本发明的膜的制造方法中，使用后述的模具。具体而言，使用成型用模具、优选使用压空成型用模具，将膜成型使其具有规定的立体形状，制造立体赋型品，包括：将固定于固定框的片材加热(加热工序)，与固定框同时合模后，使可动环前进，对膜或片材进行一次赋型直至下模底面(一次赋型工序)，接着，利用从加压空气导入孔导入的加压空气的压力，在成型时将上述膜或片材完全赋型为芯形状或凹部形状的二次赋型的工序(二次赋型工序)。
另一方面，现有的制造工序如下所述。
(i)用片材的保持具保持片材。
(ii)与片材的保持具一起向加热区移动，从上方进行红外线加热，使片材达到高于其Tg的温度，使其软化。
(iii)将片材的保持具通过上模和下模嵌合，进行合模，准备片材成型，与此同时，导入加压空气。
(iv)片材通过加压空气从与模具芯的表面接触的部分(达到树脂的Tg以下)被固定，非接触部急速拉伸，与模具芯的表面接触并被固定，沿着模具芯或凹部的表面形状形成赋型品。仅作为最终非接触部的底面附近部的片材被局部拉伸。
(v)加压空气等排出后，取出赋型品。
本发明的膜的成型方法(立体赋型品的制造方法)与上述(i)～(v)的制造工序相比，在以下的方面有所不同。
·在合模的时刻固定于保持具(固定框)的加热片材通过可动环以与模具的立起部或凹部对应的方式在模具芯与环的间隙被赋型直至倾斜折弯(此时的片材处于基本未被拉伸的状态)。(暂时赋型)
·接着，通过导入气体、优选压缩空气，片材被模具芯挤压同时被赋型。此时片材缓缓地沿模具芯形状(包括凹部)被赋型，立起部的下部最终形成最为拉伸的形状。
根据这样的本发明的成型方法，可以确认到以下的效果。即，
·膜的底边在导入压缩空气之前与模具芯(包括凹部)接触，因而不进行冷却，因此，能够进行形状赋型，直至被赋型的片材的立起部的下部也形成为底面的形状为1mmR以下。
·通过二次赋型被拉伸的量、区域比通常情况少，因此，整体形成为均匀的厚度，因此，硬涂层也被均匀拉伸。
·一般而言，对于无法以压空成型赋型的PET膜，也能够利用油压等用环压入，因此能够赋型。
本发明的立体赋型品的制造方法使用如上所述的新型的压空成型用模具，除了能够在加压空气的压力为低压这样的范围使用以外，也能够使用现有的条件。
红外线加热可以使用一直以来的通常的近红外线加热器，也可以使用远红外线加热器。
本发明中，相对于成型时配置于成型用模具的下模的凸部上的膜的第一区域(较厚部)，在凸部的外侧成型的膜的第二区域(端部)的伸长率为100％以下、优选为50％以下、更优选为40％以下。此时，在使用包括膜的周边部、即成型时相对于底面大致垂直的立起部的模具芯的模具时，能够抑制被赋型的膜的底面中的局部拉伸(参照第2页第7、8自然段)。
上述伸长率如下算出。即，在成型前的膜的第一区域(较厚部)和第二区域(端部)印刷1mm间隔的刻度线，对该膜进行成型。分别在成型、发生拉伸的膜的第一区域(较厚部)和第二区域(端部)测定由于成型最为拉伸的刻度的间隔([X]mm和[Y]mm)。伸长率以以下的式子计算。
伸长率(％)＝([Y](mm)－1(mm))/([X](mm))×100。
(注：[X]＝第一区域的被拉伸后的刻度的间隔，[Y]＝第二区域的被拉伸后的刻度的间隔。)
3.成型品及其成型方法
接着，将根据本发明热赋型为所期望形状的膜或片材、例如多层片材安装于注射成型用的模具，将成型用树脂材料注射成型，能够制造成型品。
树脂成型材料必须与热赋型得到的多层片材热熔接。
有时也直接良好地热熔接，但是如上所述，通常在多层片材的背面通过印刷进行设计，能够使用适当形成有兼作与注射成型树脂的热熔接用的保护层的基底层的材料。
作为能够使用本发明的膜制造的成型品的具体例，可以列举便携电话的外部装饰部件、汽车相关部件、医疗用机械器具、电子制品、家电制品、建材、洗净剂和化妆品等的容器、玩具等。
4.模具
按压部件的内径与凸部的外径的尺寸之差为(成型前的膜的厚度(mm)×2)+1mm至4mm，优选为1.5mm至4mm。
以下，使用图1～4说明本发明的压空成型用模具的第一实施方式。
图1是表示本发明的压空成型用模具的一个实施方式的示意图。图1所示的压空成型用模具40包括：具有加压空气导入孔12的上模10、具有模具芯22的下模20、固定膜或片材32并且通过上模10和下模20嵌合的固定框30，在成型前可动环15收纳于上模10内。可动环15具有动作机构，该动作机构前进到一次赋型时被加热的膜与设置于下模20或芯22的凹部23的底部抵接的位置停止，接着利用从加压空气导入孔12导入的加压空气的压力进行二次赋型后，后退至成型前的位置。图1中，作为动作机构使用油压气缸，但本发明不限定于此。
图2表示与图1所示的压空成型用模具相同的结构，是表示利用可动环15进行了一次赋型的状态的平面示意图。
图3是表示从加压空气导入孔12导入加压空气、进行了一次赋型后的状态的示意图。
本发明的压空成型用模具(以下，记作本模具)40包括上模10、下模20和固定框30。下模20具有模具芯22(凸部)，该模具芯包括相对于底面20S大致垂直的立起部24。在下模20的底面20S上、模具芯22与固定框30之间，形成凹部23。上模10具有可动环15(按压部件)。可动环15能够如箭头A所示在垂直方向进退，在后述的一次赋型时(参照图3)包围模具芯22的外周，对模具芯22和凹部23按入片材或膜32。
可动环15为了在按入片材时不对片材产生损伤，环前端面15T的截面形状具有倒角形状或圆弧形状。
作为倒角形状和倒角量，为0.5～2mmC的范围；作为圆弧形状，为0.5～2mmR的范围，通过这样设定，可动环15的按入时立起面不会对片材或膜32、例如硬涂片材造成损伤。
对于片材或膜32的一次赋型后的后述二次赋型(参照图4)由压力空气进行。作为压力没有特别规定，优选使加压空气的压力为5MPa以下的设定最高压，由此，模具厚度薄且良好，赋型片材不易残留变形。更优选的设定最高压为1～2MPa。
模具芯22的立起部24和凹部23可以考虑具有圆弧形状的部件、或者实质上具有垂直的壁的立起的部件。如果从片材的局部拉伸方面考虑，压倒性地后者的局部拉伸大，因而在防止硬涂裂痕方面，是难易度高的形状。因此，立起部24和凹部23优选进行倒角。
另外，着眼于立起部24的底面，利用现有的模具形成的片材的曲率为2mmR左右，而使用本发明的模具时，由于片材本身被均匀地、薄薄地拉伸，因此，成型性也提高，能够使曲率为1mmR以下。因此，使用本发明的模具时，冲裁时的在压制模具中的插入也变得容易，能够精度良好地冲裁至底面，由此，能够消除型内成型时的位置错位等的问题。
如图1所示，将固定于固定框30的片材或膜32加热至规定的温度，使其软化(加热工序)。在该状态下，通过可动环15前进到下表面20S侧，按压被加热后的片材或膜32，赋形为模具芯22的顶面形状和凹部23，与下模20的底面20S抵接，停止(参照图3)。
可动环15在上模10与空气气缸、油压气缸连接设置，通过附属于压空成型机的流量计(均未图示)进行速度等的控制。
另外，作为动作控制，通过压空成型机的程序次序进行控制。作为时机，在片材达到规定的加热时间或规定温度的时刻进行合模，此后，使可动环15前进。可动环15在压空赋予结束后立即或直至排气工序结束之前后退至上模10的规定位置。可动环15的后退错开到开模(脱模)工序时，伴有成型品立起面产生损伤的风险，故而不优选。
另外，使可动环15动作，按入片材开始一次赋型后，作为用于导入压缩空气的计时时间，在1秒以内实施。
将片材加热至能够赋型的温度(Tg以上)，进行一次赋型后，直至进行二次赋型的时间不在1秒以内时，膜被冷却(Tg以下)，无法通过二次赋型进行赋型。导入加压空气的时机越早，二次赋型越好，但是如果一次赋型没有结束，则无法得到所期望的高度的成型品，因此，进行适当设定。
如上所述，也可以通过设定使得用流量计加快可动环15的速度(油压气缸速度)来进行时机的调节。
固定框30与模具芯22的距离期望设定为立起部24的高度的2倍以上的距离。更优选为3～4倍。固定框30与模具芯22的距离低于立起部24的高度的2倍时，实际上通过可动环15按入其间的片材，因此，片材32的拉伸量在局部变得过大，即使模具芯22的高度低，片材32也容易破裂，如果是硬涂品则容易产生裂痕。
关于可动环15内径与模具芯22外径的尺寸之差DL，设定为相对于(片材的厚度(mm)×2)+1mm至4mm的范围(参照图2，片材未图示)。即，对于某一方向，例如图2中箭头B所示的方向(相当于图1中与纸面垂直的方向)，模具芯22的立起部24与可动环15的距离DL1为片材厚度加上0.5mm至2mm的距离的值。即片材的厚度为0.5mm时，芯22与可动环15的距离DL1为1mm(从距离DL1减去片材的厚度0.5mm的间隙为0.5mm)至2.5mm(从距离DL1减去片材的厚度0.5mm的间隙为2mm)。这样，模具芯22的立起部24与可动环15的距离DL2的范围也等于上述的距离DL1，可动环15内径与模具芯22外径的尺寸之差DL(DL1+DL2)设定为片材的厚度0.5mm×2、即1mm加上1mm至4mm而得到的2mm至5mm。
关于后述的在模具芯22的上表面设有孔(凹部)的第二实施方式，设置于模具芯22内的凹部外径与可动环内径的尺寸关系为上述的数值。
作为该间隙的效果，能够以接近二维的折弯加工的形状对片材赋型而不形成将立起部24延伸的形状，因此，能够以大致均匀的伸长率进行一次赋型。
如果单侧形成小于0.5mm的间隙(DL1或DL2低于0.5mm)，则用可动环15按入时片材或膜32形成与环牵拉并同时延伸的形状，形成局部拉伸的形状，特别容易在顶面侧产生硬涂裂痕，制作模具时的精度高，因此，模具成本也增高。
另外，单侧超过2mm(DL1或DL2为大于2mm的值)时，用可动环15按入时，在相当于可动芯22的4个角的位置产生褶皱，或者二次赋型时与模具芯的距离变长，因而发生冷却，在二次赋型时在底面侧产生局部拉伸，故而不优选。
作为芯22与可动环15、设置于芯22的凹部23与可动环15的形状，优选为基本相似的形状。
以上述的尺寸范围设定即可，芯22为长方形时，可动环15也可以为稍微带有圆弧的长方形或大致椭圆形状。另外，也可以仅在芯22的4个角带有圆弧，或者带有45°的角度。
超过上述的间隙的尺寸范围时，存在出现上述问题的可能性。
如上所述，从图1所示的状态使可动环前进，按压被加热的片材或膜32时，将固定于固定框的经过加热后的片材与固定框30、上模10和下模20同时合模(参照图3)。这样，使膜或片材32移动至下模20的底面20S，进行一次赋型(一次赋型工序)。接着，从上模10的加压空气导入孔12如箭头C所示导入加压空气(参照图4)。
利用这样操作导入的加压空气的压力，在成型时将膜或片材32完全赋形使其与芯22和凹部23的形状对应(二次赋型工序)。此时，在可动环15中，由于形成有空气导入孔13，因此，加压空气被高效地导入到片材或膜32的表面。
接着，对压空成型用模具的第二实施方式进行说明。如图5所示，在第二实施方式中，在模具芯22的上表面，形成有用于在膜32形成孔或凹部的孔(凹部)。
以下，利用实施例等说明本发明的一例，但是本发明不受这些实施例任何限定。
实施例
作为成型机，使用压空成型机(SKNEnterpriseInc.制)。
另外，在该成型机安装油压驱动装置(油研工业制)使其按顺序联动。
作为本发明的压空成型用模具40(参照图1等)的材质使用铝。
作为设置于下模20的模具芯22，使用如下模具芯：具有从上表面观察为正方形的50mm见方(4个角的曲率R为2mmR)、在中央部具有φ20、5mm凹部的形状，具有顶面曲率2mmR、高度12mm的大致垂直立起面24。另外，作为安装于上模10的可动环15，使用形状与模具芯22的外周和凹部23的形状相似的环。另外，可动环15在成型前后退，收纳于上模10的规定位置。
可动环15作为外形用和凹部用环，壁厚为2mm，且前端具有0.5mmC的倒角形状，安装于上模，通过油压配管与油压驱动装置连接。
外形环：可动环内径(53mm)－芯外径尺寸(50mm)＝
(0.5mm(膜厚)×2)+2mm＝3mm即片材被赋型时单侧具有1mm的间隙。
凹部用环(未图示)：芯凹部内径尺寸(20mm)－设置于可动环的凹部用环的外径(16mm)＝(0.5mm(膜厚)×2)+3mm＝4mm
即片材赋型时单侧具有1.5mm的间隙。
(实施例1)
在140mm见方的芳香族聚碳酸酯树脂的基材层表面，在具有由丙烯酸树脂层形成的共挤出片材的丙烯酸树脂层、和丙烯酸树脂层之上的硬涂层的片材(三菱瓦斯化学株式会社制MRF08U0.5mm(硬涂层伸长率：40％，具有在耐擦伤性试验(根据ASTMD2486-79、使用猪毛刷以荷重450g往返200次)中产生的擦伤为5条以下的擦伤性的实用的硬涂层))的PC面(背面)形成印刷层(在帝国油墨制造株式会社制INQ-HF(白)上叠层IMB006粘接剂)的设计，使用上述片材。另外，固定片材的固定框30为能够形成100mm见方的片材的空出有窗口的固定框。固定框30与模具芯22之间的距离为50mm。
将片材安装于片材固定框，向加热区搬运该片材，使用IR加热器(设定为400℃)加热，用红外放射温度计确认到达190℃之后，向图1所示的合模区移动，合模。接着立即驱动油压驱动装置，使环前进直至与下模和凹部底面抵接。前进结束后，在0.5秒后向模具40内导入最高压力设定为2MPa加压空气。
立起部24的下部和芯22的顶面的凹部下部具有0.8mm以下的R。
经过赋型后的硬涂片材，尽管为外周高度12mm、凹部5mm的高度，硬涂层也未产生裂痕。
接着，利用压制模具冲裁掉不需要的部分，得到塑型成型品。
(实施例2)
将实施例1中得到的成型品插入模腔为51mm见方且其表面设置有φ20凹部的壁厚2mm的注射成型模具内，使用注射成型机(日本制钢所制J110AD)，使用PC(三菱工程塑料株式会社制IupilonH3000)以树脂温度300℃、模具温度80℃、注射压力100MPa射出注入，得到该成型品与注射材料一体化的装饰成型品。
实施例1中冲裁得到的成型品的底面的边缘小，因此能够完美地插入模具内，没有发生因注射成型所引起的问题等。
实施例2中，得到带有硬涂层的经过装饰的注射成型品。
(实施例3)
使用实施例1中使用的模具，将模具芯的高度变更为5mm。
另外，作为片材，使用如下片材：在具有140mm见方的拉伸的硬涂层的PET片材(东丽株式会社制TuftopTHS0.18mm(硬涂层伸长率：20％，具有在耐擦伤性试验(根据ASTMD2486-79、使用猪毛刷以荷重450g往返200次)中产生的擦伤为5条以下的擦伤性的实用的硬涂层))的硬涂层背面形成有印刷层(在帝国油墨制造株式会社制INQ-HF(白)上叠层IMB006粘接剂)的设计。间隙的关系如下所述。
外形环：可动环内径(53mm)－芯外径尺寸(50mm)＝
(0.18mm(膜厚)×2)+2.64mm＝3mm即片材赋型时单侧具有1.32mm的间隙。
凹部用环(未图示)：芯凹部内径尺寸(20mm)－设置于可动环的凹部用环的外径(16mm)＝(0.18mm(膜厚)×2)+3.64mm＝4mm
即片材赋型时单侧具有1.82mm的间隙。
将片材安装于片材固定框，向加热区搬运该片材，使用IR加热器(设定为400℃)加热，用红外放射温度计确认到达190℃之后，向合模区移动，合模。接着立即驱动油压驱动装置，使环15前进直至与下模20的底面20S抵接。前进结束后，在0.8秒后向模具40内导入最高压力设定为2MPa的加压空气。
在上述实施例中，即便是通常无法利用压空成型赋型的PET膜也能够赋型，立起部24的下部和芯22的顶面的凹部下部具有1.2mm以下的R。
在经过赋型后的硬涂片材，尽管为外周高度5mm、凹部5mm的高度，硬涂层也未产生裂痕。
接着，利用压制模具冲裁掉不需要的部分，得到塑型成型品。
(比较例1)
使用实施例1中所使用的模具，不使可动环15动作，以与实施例1同样的片材和条件实施压空成型。
赋型品的底面的赋型差，测定底面部的片材的形状，为约2mmR。另外，关于MRF08U的片材(参照实施例1)，由于底面附近被局部拉伸，在底面部附近产生了裂痕。如实施例2那样实施注射成型，但是由于硬涂层产生裂痕，成型品的外观不美观。
(比较例2)
使用实施例1中所使用的模具，加热条件相同，使可动环15动作，前进结束后，在1.5秒后向模具40内导入最高压力设定为2MPa的加压空气。
由于导入加压空气的时刻迟，膜发生冷却，在立起底面附近产生硬涂层的裂痕。
(比较例3)
仅改变实施例1中使用的模具的外形环的尺寸，除此以外，以与实施例1同样的片材和条件实施压空成型。
外形环：可动环内径(56mm)－芯外径尺寸(50mm)＝
(0.5mm(膜厚)×2)+5mm＝6mm即片材赋型时单侧具有2.5mm的间隙。
由于间隙大，因而从一次赋型至二次赋型的距离变长，并且仅在由环固定的立起部底面附近显示因二次赋型的局部拉伸，因此，硬涂层产生裂痕。
(比较例4)
仅改变实施例1中使用的模具的外形环的尺寸，除此以外，以与实施例1同样的片材和条件实施压空成型。
外形环：可动环内径(51mm)－芯外径尺寸(50mm)＝
(0.5mm(膜厚)×2)+1.0mm＝2mm即片材赋型时单侧具有0.5mm的间隙。
由于间隙小，在一次赋型时立起顶面侧被环牵引，仅在立起部顶面附近显示局部拉伸，因此，硬涂层产生裂痕。
工业上的可利用性
根据本发明，即使使用具有实用上能够使用的硬度的硬涂层，也不会因赋型而产生裂痕，因此，设计上没有制约，由此，能够容易地提供设计性优异的塑型成型品和型内成型品。
另外，即使是难以赋型的低价的PET膜也能够容易地成型，因此，能够提供低成本的制品。
特别是，本发明的膜及其成型方法适合用于装饰片材成型品或型内成型品的制造，能够在便携电话的外部装饰部件、汽车相关部件、医疗用机械器具、电子制品、家电制品、建材、洗净剂和化妆品等的容器、玩具等的领域中利用。
符号说明
10上模
12加压空气导入孔(空气导入孔)
15可动环(按压部件)
20下模
22模具芯(凸部)
24立起部
30片材固定框(固定框)
32片材或膜
40压空成型用模具(成型用模具)

Claims (22)

1.一种膜，其特征在于：
至少设有硬涂层，该硬涂层具有在耐擦伤性试验(根据ASTMD2486-79、使用猪毛刷以荷重450g往返200次)中产生的擦伤为10条以下的擦伤性，
在成型时所使用的成型用模具的下模的凸部的外侧成型的所述膜的第二区域(端部)相对于配置于所述凸部上的所述膜的第一区域(较厚部)的伸长率为100％以下。
2.一种膜，其特征在于：
由如下的成型方法成型得到，
该成型方法用于使用成型用模具将膜赋型为规定的立体形状，
该成型用模具包括：
具有凸部的下模，
具备在合模时位于所述凸部的外侧的按压部件的上模，和
在所述上模与所述下模之间固定膜的固定框，
所述成型方法包括：
加热工序，在使所述上模的按压部件后退后的状态下，将所述膜固定于所述固定框并加热而使其软化；
一次赋型工序，在所述上模和所述下模合模时，使所述按压部件前进并至少在所述凸部的外侧按压所述膜，进行一次赋型；和
二次赋型工序，利用从所述上模侧导入的气体的压力，至少在合模后的所述下模的所述凸部的外侧对所述膜进行二次赋型。
3.一种膜，其特征在于：
由如下的成型方法成型得到，
该成型方法用于使用成型用模具将膜赋型为规定的立体形状，
该成型用模具包括：
表面设有凹部且具有凸部的下模，所述凹部用于在成型品形成孔和/或凹部，
具备在合模时位于所述凸部的外侧的按压部件的上模，和
在所述上模与所述下模之间固定膜的固定框，
所述成型方法包括：
加热工序，在使所述上模的按压部件后退后的状态下，将所述膜固定于所述固定框并加热而使其软化；
一次赋型工序，在所述上模和所述下模合模时，使所述按压部件前进并至少在所述凸部的外侧按压所述膜，进行一次赋型；和
二次赋型工序，利用从所述上模侧导入的气体的压力，至少在合模后的所述下模的所述凸部的外侧对所述膜进行二次赋型。
4.如权利要求2或3所述的膜，其特征在于：
在所述凸部的外侧成型的所述膜的第二区域(端部)相对于成型时配置于所述凸部上的所述膜的第一区域(较厚部)的伸长率为100％以下。
5.如权利要求2或3所述的膜，其特征在于：
其为具有硬涂层的硬涂膜。
6.如权利要求1或5所述的膜，其特征在于：
其是在与所述硬涂层相反的一侧的表面实施了印刷的硬涂膜。
7.一种包括权利要求1～6中任一项所述的膜的成型品。
8.一种膜的成型方法，其特征在于：
用于使用成型用模具将膜赋型为规定的立体形状，
该成型用模具包括：
具有凸部的下模，
具备在合模时位于所述凸部的外侧的按压部件的上模，和
在所述上模与所述下模之间固定膜的固定框，
所述成型方法包括：
加热工序，在使所述按压部件后退后的状态下，将所述膜固定于所述固定框并加热而使其软化；
一次赋型工序，在所述上模和所述下模合模时，使所述按压部件前进并至少在所述凸部的外侧按压所述膜，进行一次赋型；和
二次赋型工序，利用从所述上模侧导入的气体的压力，至少在合模后的所述下模的所述凸部的外侧对所述膜进行二次赋型。
9.一种膜的成型方法，其特征在于：
用于使用成型用模具将膜赋型为规定的立体形状，
该成型用模具包括：
表面设有凹部且具有凸部的下模，所述凹部用于在成型品形成孔和/或凹部，
具备在合模时位于所述凸部的外侧的按压部件的上模，和
在所述上模与所述下模之间固定膜的固定框，
所述成型方法包括：
加热工序，在使所述上模的按压部件后退后的状态下，将所述膜固定于所述固定框并加热而使其软化；
一次赋型工序，在所述上模和所述下模合模时，使所述按压部件前进并至少在所述凸部的外侧按压所述膜，进行一次赋型；和
二次赋型工序，利用从所述上模侧导入的气体的压力，至少在合模后的所述下模的所述凸部的外侧对所述膜进行二次赋型。
10.如权利要求8或9所述的成型方法，其特征在于：
在使所述按压部件前进开始所述一次赋型工序后1秒以内，导入加压空气，开始二次赋型工序。
11.如权利要求8或9所述的膜的成型方法，其特征在于：
所述气体为加压空气。
12.如权利要求8或9所述的膜的成型方法，其特征在于：
所述膜是具有硬涂层的硬涂膜。
13.如权利要求12所述的膜的成型方法，其特征在于：
所述膜是在与所述硬涂层相反的一侧的表面实施了印刷的硬涂膜。
14.如权利要求8或9所述的膜的成型方法，其特征在于：
在所述一次赋型工序中，所述固定框与合模时的所述上模和所述下模嵌合。
15.如权利要求8或9所述的膜的成型方法，其特征在于：
所述上模形成有气体导入孔，在所述二次赋型工序中，将气体从所述气体导入孔导入到所述膜的表面。
16.一种成型品的成型方法，其特征在于：
由权利要求8或9所述的方法成型得到的膜是在与硬涂层相反的一侧的表面实施了印刷的硬涂膜，
所述成型品的成型方法包括：
加工工序，对所述硬涂膜进行加工使其对应于注射成型模具的模腔形状；
插入工序，在注射成型模具的所述模腔内以使所述硬涂面与所述模腔相接的方式插入所述硬涂膜，形成膜基材；和
成型工序，通过注射成型将该膜基材与注射成型材料一体化，成型为成型品。
17.一种成型用模具，其特征在于，包括：
具有凸部的下模，
具备在合模时位于所述凸部的外侧的按压部件的上模，和
在所述上模与所述下模之间固定膜的固定框。
18.如权利要求17所述的成型用模具，其特征在于：
所述下模的表面设置有用于在成型品形成孔和/或凹部的凹部。
19.如权利要求17所述的成型用模具，其特征在于：
所述按压部件具有形状与所述凸部基本相似的内表面。
20.如权利要求17所述的成型用模具，其特征在于：
为了在所述二次赋型工序中将气体导入到所述膜的表面，在所述上模形成有气体导入孔。
21.如权利要求17所述的成型用模具，其特征在于：
所述按压部件的内径与所述凸部的外径的尺寸之差为(成型前的所述膜的厚度(mm)×2)+1mm至4mm。
22.如权利要求17所述的成型用模具，其特征在于：
所述按压部件通过空气气缸或油压气缸工作，按压所述膜的所述按压部件的前端截面形状为倒角和/或弧形，所述一次赋型工序和所述二次赋型工序中不与所述膜的所述凸部上的顶面接触。
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