JP2003053767A - 耐熱性薄肉成形品の射出成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリエーテルサルフォンを用いて耐熱性薄肉
成形品を射出成形するに際し、二酸化炭素を溶解させて
流動性を高めたポリエーテルサルフォンにより、成形品
に生じる黄ばみを抑制しつつ、未充填部のない金型再現
性のよい成形品を得る。 【解決手段】 ０．２重量％以上の二酸化炭素を熔解さ
せた溶融ポリエーテルサルフォンを、金型温度が１００
〜１６０℃で、二酸化炭素によるカウンタプレッシャを
加えた金型内に、成形温度３４０〜３９０℃、射出速度
３０〜５００ｍｍ／ｓｅｃで射出充填し、樹脂保圧を加
えて冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリエーテルサル
フォンを用いた耐熱性薄肉成形品の射出成形方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ポリエーテルサルフォンは、耐熱性（短
期耐熱性、長期耐熱性）に優れた性質を有することか
ら、耐熱性が要求される機械部品や電機部品の射出成形
や圧縮成形に用いられている。このポリエーテルサルフ
ォンは、耐熱性に優れている反面、成形温度が高く、３
５０℃以上という、通常の熱可塑性樹脂を用いた成形に
比してかなり高い成形温度で成形が行われているが、そ
れでも成形に必要な流動性が得にくく、特に薄肉で流動
距離が長い成形品の成形に際しては、未充填部分を生じ
やすい問題がある。成形温度を高めれば、ある程度の対
応が可能ではあるが、成形温度を高くし過ぎると、ポリ
エーテルサルフォン自身や添加剤の熱分解を引き起こし
やすくなり、成形品強度の低下、劣化物による異物の発
生、金型汚れ、変色などの問題が発生しやすくなる。ま
た、金型の冷却時間が長くなり、成形効率が低下する問
題もあり、成形温度を高くすることによる対応には限界
がある。

【０００３】従来、成形温度を高めることなく溶融樹脂
の流動性を向上させる方法として、可塑剤として作用す
る二酸化炭素を溶解させる方法が知られている。例え
ば、特開２０００−６２８６２号公報には、非晶性熱可
塑性樹脂の射出成形において、予め金型キャビティに、
溶融樹脂のフローフロントで発泡が起きない圧力以上に
二酸化炭素でカウンタープレッシャを加えた後、二酸化
炭素を０．１重量部以上溶解させた溶融樹脂を金型キャ
ビティに射出充填する射出成形方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ポリエーテ
ルサルフォンを用いて耐熱性薄肉成形品を射出成形する
に際し、溶融ポリエーテルサルフォンに二酸化炭素を溶
解させて流動性を高めることで、未充填部のない型再現
性に優れた成形品を得ることが考えられる。

【０００５】しかしながら、ポリエーテルサルフォンに
二酸化炭素を溶解させて流動性を高めて射出成形を行う
と、得られる成形品が黄ばんだものとなりやすい問題が
ある。この原因は必ずしも明らかではないが、高い成形
温度下において、二酸化炭素とポリエーテルサルフォン
が部分的に反応して、酸化を発生させているものと推測
される。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、ポリエーテルサルフォンを用いて耐熱性薄
肉成形品を射出成形するに際し、二酸化炭素を溶解させ
て流動性を高めたポリエーテルサルフォンにより、成形
品に生じる黄ばみを抑制しつつ、未充填部のない金型再
現性のよい成形品を確実に得られるようにすることを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、一定厚みの平面部を有し、この平面部の
厚みをＴとし、ゲートから最も離れた該平面部の末端と
該ゲート間の距離をＬとしたときの両者の比Ｌ／Ｔが７
０〜２００の範囲にあり、しかもＴが３ｍｍ以下のポリ
エーテルサルフォン製耐熱性薄肉成形品を成形するに際
し、０．２重量％以上の二酸化炭素を熔解させた溶融ポ
リエーテルサルフォンを、金型温度が１００〜１６０℃
で、二酸化炭素によるカウンタプレッシャを加えた金型
内に、成形温度３４０〜３９０℃、射出速度３０〜５０
０ｍｍ／ｓｅｃで射出充填し、樹脂保圧を加えて冷却す
ることを耐熱薄肉成形品の射出成形方法を提供するもの
である。

【０００８】また、本発明は、射出速度を、射出開始か
ら完了までの間で多段に遅くすること、Ｔが２ｍｍ以下
であること、カウンタプレッシャが４〜１２Ｍｐａであ
ること、耐熱性薄肉成形品が機内食加熱トレーであるこ
とをその好ましい態様として含むものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明で用いるポリエーテルサル
フォン（以下「ＰＥＳ」という。）とは、以下の分子構
造を有する非晶性の熱可塑性樹脂をいい、これに各種添
加剤や充填材を加えた組成物を含むものである。

【００１０】

【化１】

【００１１】本発明は、上記耐熱性に優れたＰＥＳを用
いて耐熱性薄肉成形品を成形するに適した射出成形方法
を提供するもので、特に一定厚みの平面部を有し、しか
もこの平面部の厚みをＴとし、ゲートから最も離れた該
平面部の末端と該ゲート間の距離をＬとしたときの両者
の比Ｌ／Ｔが７０〜２００の範囲にあり、しかもＴが３
ｍｍ以下の耐熱性薄肉成形品を成形する場合に適したも
のである。Ｌ／Ｔが７０〜２００の範囲にあり、Ｔが３
ｍｍ以下の耐熱性薄肉成形品の場合、成形温度及び射出
速度の調整のみでは、溶融したＰＥＳを未充填部分を残
さずに十分充填することは困難であるが、本発明によれ
ば、成形品の黄ばみを抑制しつつ、未充填部のない型再
現性に優れた成形品を得ることができる。Ｔが３ｍｍ以
下でもＬ／Ｔが７０未満の場合、特に二酸化炭素を溶解
させなくても未充填部分を残すことなく射出成形するこ
とが可能で、本発明を適用する意義が薄い。また、Ｔが
３ｍｍ以下でＬ／Ｔが２００を超えると、二酸化炭素を
溶解させても、未充填部分を残さないようにするために
は、成形温度を高くしたり射出速度を早くしなければな
らなくなり、得られる成形品の黄ばみが抑制しにくくな
る。

【００１２】本発明は、Ｌ／Ｔが上記の範囲でＴが２ｍ
ｍ以下の場合に効果が顕著となることから、このような
耐熱性薄肉成形品の射出成形に適用することが好まし
い。Ｌ／Ｔが上記の範囲でＴが２ｍｍ以下の場合、成形
温度及び射出速度の調整のみでは、溶融したＰＥＳを未
充填部分を残さずに十分充填することは、Ｔが３ｍｍ以
下で２ｍｍを超える場合に比してきわめて困難である。

【００１３】本発明においては、上記平面部におけるウ
エルド発生防止のため、単一ゲートの金型を用いること
が好ましいが、平面部に溶融ＰＥＳを流入させるゲート
を複数有する金型を用いることもできる。この場合のＬ
は、ゲートの数をｎ個、各ゲートについて、ゲートから
最も離れた平面部の末端と該ゲート間の距離をそれぞれ
Ｌ₁〜Ｌ_nとしたときに、Ｌ＝（Ｌ₁＋Ｌ₂＋…Ｌ_n）／ｎ
によって求められる値をいう。

【００１４】本発明では、０．２重量％以上の二酸化炭
素を溶解させた溶融ＰＥＳを用いる。

【００１５】本発明において、溶融ＰＥＳに溶解されて
いる二酸化炭素は、溶融ＰＥＳの流動性を高める可塑剤
として作用し、薄肉成形品の隅々にまで溶融ＰＥＳの充
填を可能にさせる働きをなす。

【００１６】溶融ＰＥＳへの二酸化炭素の溶解量は、溶
融ＰＥＳの流動性を顕著に向上させるために０．２重量
％以上であることが必要で、好ましくは０．３重量％以
上である。また、二酸化炭素の溶解量の上限は特に制限
はないが、むやみに二酸化炭素の溶解量を増大させても
さほど溶融ＰＥＳの流動性は向上しないだけでなく、射
出時に溶融ＰＥＳから二酸化炭素が放出されることによ
る発泡を抑制するためのカウンタプレッシャが高くなる
ことから、実用的な二酸化炭素の溶解量は５重量％以下
で、好ましくは４重量％以下である。

【００１７】本発明において、溶融ＰＥＳに溶解してい
る二酸化炭素の量は、二酸化炭素を含む溶融ＰＥＳを用
いて射出成形した直後における成形品の重量Ｗ₁と、Ｐ
ＥＳのガラス転移温度に設定した乾燥機中に２４時間放
置し、成形品中の二酸化炭素を放散させた後の成形品の
重量Ｗ₂とを求め、両者の差Ｗ₁−Ｗ₂から求める。

【００１８】溶融ＰＥＳに二酸化炭素を溶解させる方法
としては、次の２つの方法が好ましい。

【００１９】第１の方法は、予め粒状や紛状のＰＥＳを
二酸化炭素雰囲気に置き、二酸化炭素を吸収させてから
成形機に供給する方法である。この場合、二酸化炭素の
圧力や雰囲気温度、吸収させる時間により吸収量が決ま
る。この方法では、可塑化時にＰＥＳが加熱されるに従
ってＰＥＳ中の二酸化炭素の一部が放出されるため、溶
融ＰＥＳ中の二酸化炭素量は予め吸収させた量よりも少
なくなる。このため、成形機のホッパなどのＰＥＳの供
給経路も二酸化炭素雰囲気にし、更には吸収時の圧力に
近い圧力まで加圧することが好ましい。

【００２０】第２の方法は、射出成形機の射出シリンダ
内でＰＥＳを可塑化するとき、又は射出シリンダ内の可
塑化したＰＥＳに二酸化炭素を溶解させる方法で、射出
成形機のポッパ付近を二酸化炭素雰囲気にしたり、射出
シリンダ内に二酸化炭素を注入する方法である。射出シ
リンダ内に二酸化炭素を注入し、可塑化したＰＥＳに二
酸化炭素を溶解させる場合、射出シリンダの中間部から
に酸化炭素を注入することが好ましく、特に２ステージ
からなるベントタイプスクリュを用い、スクリュ溝深さ
が深く、溶融樹脂圧力が低くなるベント部分を二酸化炭
素の注入部とすることが好ましい。また、二酸化炭素の
注入後、これを溶融ＰＥＳ中に均一に分散させて溶解さ
せるために、スクリュにダルメージや混練ピンなどのミ
キシング機構を付けたり、溶融樹脂流路にスタティック
ミキサを設けることが好ましい。射出成形機としては、
インラインスクリュ方式でもスクリュプリプラ方式でも
よいが、樹脂を可塑化する押出機部分のスクリュデザイ
ンや二酸化炭素の注入位置の変更が容易であることか
ら、スクリュプリプラ方式の射出成形機が好ましい。

【００２１】上記二酸化炭素を溶解させた溶融ＰＥＳ
は、金型内への流入時に二酸化炭素が放出されて発泡す
ることを抑制するために、予め二酸化炭素でカウンタプ
レッシャが加えられた金型内に射出される。カウンタプ
レッシャのために金型内に供給された二酸化炭素は、射
出されて金型内に流入する溶融ＰＥＳの表面に溶解し、
その流動を補助する働きもなす。また、二酸化炭素は、
ＰＥＳに溶解しやすいことから、金型内でＰＥＳの表面
と金型面との間に閉じ込められて残留してしまうことも
防止しやすい。

【００２２】上記二酸化炭素によるカウンタプレッシャ
は、二酸化炭素を溶解させた溶融ＰＥＳを金型内に射出
するときの発泡を抑制できる圧力に設定されるもので、
二酸化炭素の溶解量によっても相違するが、通常４〜１
２Ｍｐａ程度が好ましい。

【００２３】本発明においては、上記カウンタープレッ
シャを加えやすくするために、金型キャビティに通じる
隙間、例えばパーティング面、エジェクタピン周りなど
をシールしたシール金型を用いることが好ましい。

【００２４】上記溶融ＰＥＳの射出は、成形温度３４０
〜３９０℃、好ましくは３６０〜３８０℃、射出速度３
０〜５００ｍｍ／ｓｅｃ、好ましくは３０〜２００ｍｍ
／ｓｅｃで行われる。成形温度が低すぎると、金型内に
未充填箇所が残りやすく、成形温度が高すぎると、成形
品が黄ばんだり褐変を生じやすくなる。また、射出速度
が遅すぎると、金型内に未充填箇所が残りやすく、射出
速度が速すぎると、成形品が黄ばんだり褐変を生じやす
くなる。

【００２５】射出速度は、上記範囲内において、多段に
制御することが好ましい。具体的には、射出開始から完
了までの間に、射出速度を多段に遅くすることが好まし
い。射出速度が速いと金型内への溶融ＰＥＳの充填がし
やすくなる反面、黄ばみを生じやすくなる。特に射出の
後半は、金型内での溶融ＰＥＳの流動性が低下すること
から、この後半で高速の射出を行うと、金型内での剪断
発熱が大きくなって、成形品の黄ばみの原因につながる
ものと考えられる。上記のように多段に射出速度を遅く
すると、比較的流動抵抗の小さい射出前半では、速い射
出により金型内への溶融ＰＥＳの充填を促進することが
でき、流動抵抗が大きくなる射出後半では、射出速度を
遅くすることで剪断発熱を押さえて黄ばみを抑制するこ
とができる。

【００２６】溶融ＰＥＳ射出時の金型温度は、１００〜
１６０℃、好ましくは１２０〜１４０℃である。金型温
度が低すぎると、型再現性に優れた耐熱性薄肉成形品が
得にくく、金型温度が高すぎると、成形サイクルが長く
なって成形効率が低下しやすくなる。

【００２７】溶融ＰＥＳの射出完了後は、樹脂保圧を加
えた状態で冷却を行う。この樹脂保圧とは、射出完了後
に、射出シリンダから金型への溶融樹脂の押出圧力を保
持することで金型内に圧力を加えることをいう。この樹
脂保圧を行うことで、未充填部への溶融ＰＥＳの押し込
みを促進できると共に、冷却に伴うヒケの発生を抑制す
ることができる。樹脂保圧は、３〜２０ＭＰａの圧力
で、３〜３０秒行うことが好ましい。

【００２８】上記樹脂保圧を加えた状態での冷却後、更
に取り出し温度までの冷却時間をおいた後、金型を開放
することで成形品を取り出すことができる。

【００２９】本発明により成形する耐熱性薄肉成形品と
しては、機内食加熱トレーが好ましい。この機内食加熱
トレーは、航空機内での食事を盛り付けるトレーで、暖
かい食べ物の盛り付け部に発熱体を収納できるようにし
たトレーである。この機内食加熱トレーは、大型機には
何百枚も積み込まれるものであることから、その成形に
本発明を適用し、薄いものとすることにより、重量を大
幅に減らすことができ、航空機への負担を軽減すること
ができる。

【００３０】

【実施例】次に、実施例及び比較例に基づいて本発明を
更に説明する。

【００３１】まず、実施例及び比較例で用いた材料、使
用機材、成形条件、成形対象、評価項目などについて説
明する。

【００３２】（１）使用樹脂 樹脂としては、ＰＥＳ（ＢＡＳＦ社製「Ｕｌｔｒａｓｏ
ｎ・Ｅ・１０１０」）を用いた。

【００３３】（２）二酸化炭素 純度９９％以上の二酸化炭素を用いた。

【００３４】（３）成形機 住友重機械工業製「ＳＧ１２５Ｍ−ＨＰ」を使用した。
成形機のスクリュシリンダはＬ／Ｄ＝２３のベントタイ
プとし、ベント部分を二酸化炭素で加圧できるように
し、供給する二酸化炭素の圧力を減圧弁で一定に保つこ
とで、溶融ＰＥＳに溶解する二酸化炭素量を制御した。
可塑化から射出開始までの間、スクリュ背圧として、溶
融ＰＥＳが発泡してスクリュが後退しない最低限の圧力
を設定した。

【００３５】（４）二酸化炭素の溶解条件 射出シリンダのベント部に二酸化炭素を１０ＭＰａで供
給して、溶融ＰＥＳに二酸化炭素を溶解させた。

【００３６】（５）二酸化炭素の溶解量の測定 成形直後の成形品の重量Ｗ₁を測定した後、成形品をＰ
ＥＳのガラス転移温度（２２５℃）に設定した乾燥機中
に２４時間放置し、成形品中の二酸化炭素を放散させた
後の成形品の重量Ｗ₂を求め、両者の差Ｗ₁−Ｗ₂から求
めた。

【００３７】（６）成形対象 厚さ０．７ｍｍ、幅５５ｍｍ、長さ８５ｍｍの平板（成
形品Ａ）と、厚さ２ｍｍ、幅６０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ
の平板（成形品Ｂ）の２種類とした。

【００３８】（７）評価項目 型再現性：得られた成形品を目視にて観察し、未充填箇
所が観察されないものを○、未充填箇所が観察されたも
のを×とした。

【００３９】ヤケ、色ムラ：得られた成形品を目視にて
観察し、ヤケや色ムラが観察されないものを○、ヤケや
色ムラが観察されたものを×とした。

【００４０】黄色度（ＹＩ）：下記式によって求めた。
但し、ＹＩは測定資料の黄色度、Ｘ，Ｙ，Ｚは資料のＸ
ＹＺ表色系における三刺激値である。

【００４１】ＹＩ＝｛１００（１．２８Ｘ−１．０６
Ｚ）｝／Ｙ

【００４２】実施例１ １．０重量％の二酸化炭素を溶解させた溶融ＰＥＳを用
い、金型に二酸化炭素で１０ＭＰａのカウンタープレッ
シャを加えて成形品Ａの射出成形を行った。

【００４３】溶融ＰＥＳの射出温度（成形温度）は３７
５℃、金型温度は１２０℃とした。

【００４４】射出は、前半を１００ｍｍ／ｓｅｃの速度
で行い、後半を３．５ｍｍ／ｓｅｃの速度とした。

【００４５】得られた成形品Ａの評価結果を表１に示
す。

【００４６】実施例２ 射出開始から完了まで１００ｍｍ／ｓｅｃの射出速度と
した以外、実施例１と同様にして成形品Ａの成形を行っ
た。

【００４７】結果を表１に示す。

【００４８】比較例１ 二酸化炭素を溶解させなかった他は実施例１と同様にし
て成形品Ａの成形を行った。

【００４９】結果を表１に示す。

【００５０】比較例２ 二酸化炭素を溶解させず、射出速度を７００ｍｍ／ｓｅ
ｃから３．５ｍｍ／ｓｅｃに変化させた他は実施例１と
同様にして成形品Ａの成形を行った。

【００５１】結果を表１に示す。

【００５２】実施例３ １．０重量％の二酸化炭素を溶解させた溶融ＰＥＳを用
い、金型に二酸化炭素で１０ＭＰａのカウンタープレッ
シャを加えて成形品Ｂの射出成形を行った。

【００５３】溶融ＰＥＳの射出温度（成形温度）は３６
０℃、金型温度は１１０℃とした。

【００５４】射出速度は、射出開始から完了まで５０ｍ
ｍ／ｓｅｃの一定速度とした。

【００５５】得られた成形品Ｂの評価結果を表２に示
す。

【００５６】実施例４ 射出速度を３０ｍｍ／ｓｅｃとした他は実施例３と同様
にして成形品Ｂの成形を行った。

【００５７】結果を表２に示す。

【００５８】比較例３ 二酸化炭素を溶解させなかった他は実施例３と同様にし
て成形品Ｂの成形を行った。

【００５９】結果を表２に示す。

【００６０】比較例４ 二酸化炭素を溶解させず、溶融ＰＥＳの射出温度を４０
０℃とした他は実施例４と同様にして成形品Ｂの成形を
行った。

【００６１】結果を表２に示す。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【表２】

【００６４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したとおりのもので
あり、ポリエーテルサルフォンを用いて耐熱性薄肉成形
品を射出成形するに際し、二酸化炭素を溶解させて流動
性を高めたポリエーテルサルフォンにより、成形品に生
じる黄ばみを抑制しつつ、未充填部のない金型再現性の
よい成形品を得ることができるものである。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年８月２３日（２００１．８．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】従来、成形温度を高めることなく溶融樹脂
の流動性を向上させる方法として、可塑剤として作用す
る二酸化炭素を溶解させる方法が知られている。例え
ば、特開２００１−６２８６２号公報には、非晶性熱可
塑性樹脂の射出成形において、予め金型キャビティに、
溶融樹脂のフローフロントで発泡が起きない圧力以上に
二酸化炭素でカウンタープレッシャを加えた後、二酸化
炭素を０．１重量部以上溶解させた溶融樹脂を金型キャ
ビティに射出充填する射出成形方法が開示されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 一己 埼玉県児玉郡上里町嘉美1600番地６ 旭化 成テクノプラス株式会社内 Ｆターム(参考） 4F202 AA32 AG01 AG05 AG19 AH58 AR02 AR06 AR08 CA11 CB01 CK11 CN01 4F206 AA32 AG01 AG05 AG19 AH58 AR025 AR064 AR067 AR082 JA07 JF06 JL02 JM04 JN11 JN13 JN27 JN43

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定厚みの平面部を有し、この平面部の
   厚みをＴとし、ゲートから最も離れた該平面部の末端と
   該ゲート間の距離をＬとしたときの両者の比Ｌ／Ｔが７
   ０〜２００の範囲にあり、しかもＴが３ｍｍ以下のポリ
   エーテルサルフォン製耐熱性薄肉成形品を成形するに際
   し、 ０．２重量％以上の二酸化炭素を熔解させた溶融ポリエ
   ーテルサルフォンを、金型温度が１００〜１６０℃で、
   二酸化炭素によるカウンタプレッシャを加えた金型内
   に、成形温度３４０〜３９０℃、射出速度３０〜５００
   ｍｍ／ｓｅｃで射出充填し、樹脂保圧を加えて冷却する
   ことを特徴とする耐熱性薄肉成形品の射出成形方法。
2. 【請求項２】 射出速度を、射出開始から完了までの間
   で多段に遅くすることを特徴とする請求項１に記載の耐
   熱性薄肉成形品の射出成形方法。
3. 【請求項３】 Ｔが２ｍｍ以下であることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の耐熱性薄肉成形品の射出成形方
   法。
4. 【請求項４】 カウンタプレッシャが４〜１２Ｍｐａで
   あることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   耐熱性薄肉成形品の射出成形方法。
5. 【請求項５】 耐熱性薄肉成形品が、機内食加熱トレー
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
   の耐熱性薄肉成形品の成形方法。、