【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は中に芯材を埋設したポリアミド樹脂成形体の製造方法および製造装置に係り、詳しくは比較的高負荷および高温下で使用されるギア、ローラ、車輪などを用途とする芯材を有するポリアミド樹脂成形体を加圧成形する方法において、重合時の成形体の収縮によるヒケなど欠陥や外径の収縮といった問題の発生を防止することができるポリアミド樹脂成形体の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアミド樹脂成形体は、軽量化や無給油運転や静音化等を目的として金属製ギア、ローラ、車輪などの代替品としてしばしば用いられている。しかし、極めて高負荷の条件で用いたり、通常の条件下でも長期に使用したりすることによって限界を越え、ポリアミド樹脂部と軸との境界に存在するキー溝部から破壊することがあった。
【０００３】
このためポリアミド樹脂の軽量であるとともにメンテナンスフリーで長期にわたって使用できるという特長を生かしながらボス部のみは金属のものを用いる構造のものが提案されている。このポリアミド樹脂部に金属ボス部を固定する方法として、冷間圧入による方法や加熱膨張させたポリアミド樹脂部を金属ボス部に圧入する方法（焼嵌法）、ビスによって機械的に固定する方法などが一般に行われていた。
【０００４】
しかしながら、これらの方法は夫々問題点を有している。まず冷間圧入法と焼嵌法では、金属ボス部との間の固定力が弱く、短期間のうちに金属ボス部とポリアミド樹脂部との間にズレが生じてしまうことがあった。
【０００５】
また、高温下におけるポリアミド樹脂の熱膨張、長時間の使用による応力緩和によってポリアミド樹脂部の抱き付き力は低下し、固定力はさらに弱くなるかビスなどによる固定ではビス穴への応力集中によってポリアミド樹脂部が破壊しやすくなる。また製品形状によってはビスの取り付けができないことも往々にしてある。これを避けるために製造時の圧入代、焼嵌代を大きめに取ると樹脂側に過大な歪みが生じ、所定の大きさに加工する際や部品として使用している時に、その歪みが原因で破壊してしまうこともあった。
【０００６】
更に、ポリアミド樹脂部を金属に冷間圧入して、金属を加熱して両者を融着一体化する方法においては、加工工数が多くて製品が高価になる問題があった。
【０００７】
このため、低コストの方法として、金型内にローレット加工を施した金属補強材を支持台に設置した後、重合性ラクタム液を注型して成形したが、重合過程で発生する収縮により重合体と金属補強材がずれることによってこの間に隙間が発生し、またヒケが発生して良品がとれない問題が発生した。
【０００８】
更に、重合が完了した後に成形体を脱型する場合、金型を反転していたが、成形体が支持台に抱き付くことがあって、成形体の脱型に時間を要していた。
【０００９】
そこで特許文献１や特許文献２に示されるように芯材を挿入配置したモールド内に重合性ラクタム液を注型して、ピストンによってラクタム液を加圧しながら重合するといった方法が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１２７６１７号公報
【特許文献２】
特開２０００−３３４７５０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、加圧することによって重合時の収縮を少なくすることができヒケなどが原因による不良の発生を抑えることができるが、長尺品の成形の場合はこの方法によっても、まだピストンで加圧する反対側の端部において十分に加圧されずにヒケが発生するといった問題があった。
【００１２】
本発明は、このような諸問題を解決し、ポリアミド樹脂の利点を生かした軽量で無給油にて長期に渡って使用でき、ポリアミド樹脂成形体の脱型を容易に、かつ重合不足やヒケ発生を少なくし、そしてポリアミド樹脂と補強材との結合力を維持したポリアミド樹脂成形体の製造方法の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために請求項１では成形体内部に芯材を埋設した芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造方法において、少なくとも一方に開口を有するモールドと前記開口に挿入される加圧ピストンからなる重合装置を用い、モールド中に芯材をセットした状態で、モールド下部に空洞部を設け、該空洞部に気体が残留するように実質上無水のラクタムに少なくともアニオン重合触媒とアニオン重合開始剤とを加えた重合性ラクタム液を注型し、加圧ピストンを開口に挿入するとともに加圧・加熱して重合し、重合が完了した後に脱型することを特徴とする。
【００１４】
このようにモールド内の下部に気体が残留するように重合性ラクタム液を注型して加圧することによって、空洞部に重合性ラクタム液が流れ込んでモールド内の気体が圧縮される。そして、重合中に収縮が始まっても圧縮された気体が膨張して重合性ラクタム液が押し戻されて逆流すると共に加圧されて、成形品にヒケなどの欠陥や外径の収縮などが生じなくなる。
【００１５】
請求項２では、芯材の中にモールドと連通する空洞部を設けており、重合性ラクタム液を注型した際に前記空洞部に気体が残留するようにした芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造方法としている。
【００１６】
芯材に空洞部を設けることによって、該空洞部内に容易にラクタム液を流入させて空気などの気体を残留・圧縮することができる。
【００１７】
請求項３では脱型した後、所定サイズにカットする工程を含んでおり、加圧重合によって長尺の成形体を成形しておき、後に必要サイズにカットすることによって製造の効率を上げ、コストを低減することができる。
【００１８】
次ぎに請求項４では、芯材に固定するとともにモールドに当接する芯材ガイドを用いて芯材をセットする。
【００１９】
芯材を、ガイドを用いてモールドにセットすることによって芯材のポリアミド中での正確な位置を確保することができる。
【００２０】
請求項５では成形体内部に芯材を埋設した芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造装置において、少なくとも一方に開口を有するモールドと前記開口に挿入される加圧ピストンからなる重合装置であり、芯材に空洞部を設けるとともに芯材の下部においてモールド内のキャビティに連通させていることを特徴とする。
【００２１】
このような製造装置を用いることによって、空洞部に重合性ラクタム液が流れ込んでモールド内の気体が圧縮される。そして、重合中に収縮が始まっても圧縮された気体が膨張して重合性ラクタム液が押し戻されて逆流すると共に加圧されて、成形品にヒケなどの欠陥や外径の収縮などが生じなくなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の製造方法によって得られたポリアミド樹脂成形体の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２３】
本発明の方法により製造されるポリアミド樹脂成形体１は、例えば図１及び図２に示すようなポリアミド樹脂部４の中心に芯材２を配置した円盤体であり、金属製の芯材２の外周面３に例えばローレット加工の様な芯材と樹脂との間で回転するのを防止する構造が施されていてもよい。また、ポリアミド樹脂部４には、後の機械加工により歯部が、金属製の芯材２の中心部には貫通孔が形成され（それぞれ図示しない）、高負荷用のギアとして使用される。
【００２４】
図３は本発明の製造方法において金型内に芯材を設置し注型したところの断面図、図４は本発明の製造方法において加圧して重合しているところの断面図、そして図５は成形体を脱型しているところの断面図を示す。
【００２５】
上記ポリアミド樹脂成形体１を製造する際に使用する成形装置１０は、図３に示すように、アルミ、鉄等からなる熱伝導率が高く円筒形状のジャケット部１２とジャケット部１２の内径ほぼ同じの外径を有する円柱状の底部１１とからなるモールドＭと、やはりジャケット部１２の内径とほぼ同じ外径を有する加圧ピストン１３からなり、モールドＭ内には底部１１とジャケット部１２で形成されるキャビティ１４を有している。
【００２６】
また、上部の開口から前記ジャケット部１２の内径と同じ外径の加圧ピストン１３が挿入されるようになっていて、加圧ピストン１３は油圧シリンダなどの加圧手段に接続されており、キャビティ１４内を加圧できるようになっている。底部１１および加圧ピストン１３の周囲にはパッキン１５が装着されており重合性ラクタム液が漏れないようになっている。
【００２７】
この成形装置１０のキャビティ１４の、前記成形体１の厚み方向に相当するサイズが成形体１の厚みよりも長尺になっており、重合して得られた中間成形体１６をカットすることによって一度に複数の成形体１を得られるようになっている。
【００２８】
成形装置についてもう少し詳しく述べれば、例えばジャケット部は内径が５０〜１１０ｍｍで高さが１０００〜１３００ｍｍ、底部はパッキンの外径が５０〜１１０ｍｍ、また加圧ピストンはパッキンの外径が５０〜１１０ｍｍであるものを用いておりジャケット部の壁内部が中空になっていて加熱したオイルや蒸気などを通すことによって温調できるようになっている。
【００２９】
続いて長さ９００ｍｍで上端部付近に棒状の芯材ガイドを芯材と直角方向に装着した芯材を、底部とジャケット部によって形成されたキャビティ内にセットし、キャビティの上部開口からミキシングした重合性ラクタム液を芯材の上端よりも１００〜１５０ｍｍ上程度まで注型する。
【００３０】
次に加圧ピストンを下降させてキャビティ内に挿入し、加圧し、重合完了まで３０〜１６０分その状態で保持した。加圧ピストンとともにジャケット部を上昇させて、内部の中間成形体を脱型し所定厚みにカットしてギアとなる成形体４０枚を得ることができる。
【００３１】
この成形装置１０を用いた本発明のポリアミド樹脂成形体の重合方法を説明する。ここではギア用途に用いる所定の厚みを有する円筒状の成形体を成形する手順を例に挙げて説明することにする。
【００３２】
まず、成形装置１０のキャビティ１４内の中央に厚み方向に長尺の芯材２をセットする。ジャケット部１２を予備加熱し１００〜１８０℃に温度調整した後、上部の開口から実質上無水のラクタムに少なくともアニオン重合触媒とアニオン重合開始剤とを加えた重合性ラクタム液１７を注型する（図３）。
【００３３】
芯材２には、重合性ラクタム液１７を注型する際に下側に位置する部位に開口２０を有する通路２１でキャビティ１４内に連通した空洞部２２を有しており、キャビティ１４内に重合性ラクタム液１７を注型すると前記空洞部２２内に空気が残留したままキャビティ１４に重合性ラクタム液が注がれることになる。
【００３４】
ここで上記ω−ラクタムは脱水タンク内において減圧下で脱水して実質上無水の状態にした後、窒素などの不活性気体で置換される。脱水タンク中のω−ラクタムは、計量されて２つの注型タンクへ入れられ、その後所定量のアニオン重合触媒がω−ラクタムの入った一方の注型タンクに、また所定量のアニオン重合開始剤がω−ラクタムの入った他方の注型タンクに投入されるように構成されていてもよい。
【００３５】
続いて、上部の開口から加圧ピストン１３を下降させてキャビティ１４内に挿入しラクタム液１７の表面に到達した後さらに少し下降してラクタム液１７を加圧した状態にする。このときの加圧は２ＭＰａ以上で行うことが好ましい（図４）。また、重合時に加圧ピストン１３でラクタム液が加圧されることによって、空洞部２２内に残留した空気も加圧されることにより空洞部２２内に重合性ラクタム液１７が一部流れ込む。
【００３６】
加圧した状態で、３０〜１６０分経過すると重合が完了する。キャビティ１４内で重合が進行するにつれて、キャビティ１４内の成形体は収縮を開始する。特に加圧ピストン１３にて上から加圧されている場合は、その反対側になる下側において加圧が十分でないことが多く、成形体の収縮量が大きくなってヒケなどが生じるといった問題が起こりやすい。
【００３７】
本発明では、芯材に空洞部２２を形成しており、該空洞部２２に気体を残留させた状態で重合性ラクタム液が流入するように構成され、重合性ラクタム液が流入することによって圧縮された気体によって、逆に重合性ラクタム液が押し戻されて逆流しキャビティ１４内に流れ込んで、重合時の収縮によって生じた空隙を埋めることができるのでヒケなどの問題や外径の収縮といった問題を解消することができるものである。
【００３８】
重合が完了して冷却した後、底部１１とジャケット部１２の固定を開放しジャケット部１２のみ上昇させまたは加圧ピストン１３を更に押し下げ、重合が完了した中間成形体１６を脱型する（図５）。
【００３９】
脱型後にその中間成形体１６を所定サイズにカットすることによってギア用途の成形体１を得ることができる。実際にギアにするには芯材２の周囲のポリアミド樹脂部分をギア形状に加工することになる。
【００４０】
加圧ピストン１３による重合ラクタム液への加圧はであるが、２ＭＰａ未満であると、加圧が不十分で成形体にヒケなどの収縮が発生しやすくなるので好ましくない。
【００４１】
芯材２に設ける空洞部２２の容量は注型した重合性ラクタム液量の０．５〜１０％の範囲とすることが好ましく、０．５％未満では加圧することによって蓄えられる空気の圧力や、空洞部に流れ込むラクタム液の量が少なすぎて、収縮を十分に補うことができない。また、１０％を超えると空洞内に残留するラクタム液量が多くなりすぎて経済的でないことから好ましくない。
【００４２】
また、空洞部２２の開口２０の位置はキャビティ１４内のより下方に設けることが好ましいが、最も底になる箇所から全高さの２０％程度のところまでに設けることによって本発明の目的を果たすことができる。そして開口２０の大きさは０．２５ｃｍ２以上とすることが好ましい。０．２５ｃｍ２未満であると開口部が重合の初期で固化してしまい、キャビティ内の圧力が低下しても空洞内のラクタム液が逆流できないことがあり好ましくない。
【００４３】
また、以上の説明では空洞部２２は芯材２の内部に設けているが、それに限られるものではなくジャケット部１２に設けてもかまわない。
【００４４】
芯材２のキャビティ１４内へのセットであるが、底部１１の中央に円錐形の突起２３を設けるとともに長尺の芯材２の底面に図６に示すように円柱形状の孔２４を設けることによって、その両者の嵌め合いによって芯材２を中心に配置することができる。また、図７に示すような端部がジャケット部１２の壁面に沿う曲面を呈しているとともに中心に孔２５を有した棒状の芯材ガイド１８を準備し、芯材の頂部に設けた円柱状の突起２６を設けてこの孔２５と突起２６を嵌め合うことによって位置を固定することができる。
【００４５】
このような形態を採ることによって芯材２のポリアミド樹脂に対する同芯度を確保することができる。芯材ガイド１８はこの形態に限らず例えば底部１１に設けた凹部をもって芯材ガイドとし、芯材をその凹部に装着することによって芯材を固定する方法をとっても構わない。また、凹部に装着するのと棒状の芯材ガイドを用いる方法を併用することも可能である。
【００４６】
本発明で使用する上記ラクタムは、実質上無水のα−ピペリドン、ε−カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、ω−エナントラクタム、カプリルラクタム、ω−デカノラクタム、ω−ウンデカノラクタム等あるいはこれらの２種類以上の混合物であり、工業的に有利なラクタムはε−カプロラクタムとω−ラウロラクタムである。
【００４７】
また、本発明で使用するアニオン重合触媒は、水素化ナトリウム、水素化リチウム、ナトリウム、カリウム等公知のラクタムの重合触媒を使用することができ、その添加量はラクタムに対して０．１〜２．０モル％である。
【００４８】
そして、アニオン重合開始剤としては、例えばＮ−アセチル−ε−カプロラクタム、イソシアネート、ジイソシアネート、尿素誘導体、ウレタン、イソシアヌレート誘導体であり、その添加量はラクタムに対して０．０５〜１．０モル％の範囲が好ましい。
【００４９】
上記製造方法では、アニオン重合触媒をラクタムに添加し溶解した後、アニオン重合開始剤を注型時または注型後に添加混合する方法、またはアニオン重合触媒を含むラクタムとアニオン重合開始剤を含むラクタムとを注型時または注型後に添加混合する方法によって調整する。
【００５０】
また、ラクタムの重合は１００〜２１０℃の温度で実施可能であるが、好ましくは１３０から１８０℃である。
【００５１】
尚、本発明方法を実施するに際して、上記成分以外に重合を阻害しない油類、ワックス、ステアリン酸カルシウム等の滑剤や、カーボン繊維、ガラス繊維などの補強材を添加することも可能である。
【００５２】
以下、芯材に空洞部を設けたものを用いた本発明方法の実施例と、空洞部を設けていない芯材を用いた比較例によって本発明の効果を確認した。
【００５３】
【実施例】
（実施例）
実施例としては図５に示すような装置であり、ジャケット部の内径が９０ｍｍで、鉄製の芯材の外形が６０ｍｍ、長さが９００ｍｍで、空洞部の内径が２０ｍｍ、長さが１５０ｍｍで、通路として芯材の底面に幅１０ｍｍ、深さ５ｍｍの溝を対角線上に２ヶ所設けたものを用いた。注型した重合性ラクタム液の量は４Ｌ、ピストンでの加圧面圧は２０ＭＰａにて成形を行った。
【００５４】
原料としては、ε−カプロラクタムを脱水した後、脱水タンク中のε−カプロラクタムが計量されて２つの注型タンクへ入れられ、一方の注型タンクへ１．２５０ｇ、他方の注型タンクへ１．２５０ｇいれた後、一方の注型タンクへ４．０ｇの水素化ナトリウム（６３％油性）を添加して溶解させ、更に他方の注型タンクへ５．６ｇトリフェニルイソシアヌレートを添加した。この間、注型タンク内を大気圧下で窒素を流しつつ、更に重合性ラクタム液を１２５℃まで昇温しながらミキシングしたものを用いた。
【００５５】
（比較例）
比較例としては空洞部が設けられていない芯材を用いた以外は、実施例と同様にして成形を行った。
【００５６】
その結果、実施例では上部において外径がφ８８．１５ｍｍ、下部において外径が８７．８０ｍｍであり、モノマーキャスティングナイロン中の欠陥が無い成形品を得ることができたのに対して、比較例では上部において外径がφ８８．１５ｍｍ、下部において外径が８７．１５ｍｍであり、モノマーキャスティングナイロン中に１箇所欠陥を有すると共に下部表面には微小な凹凸を有する成形品が得られた。
【００５７】
本発明の実施例では空洞部を設けることにより、空洞部内に流れ込んだ重合性ラクタムが圧縮された空気によって押し戻される用に構成しており、成形品の下部におけるヒケなどの問題を低減することができるということがわかる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は上記の目的を達成するために請求項１では成形体内部に芯材を埋設した芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造方法において、少なくとも一方に開口を有するモールドと前記開口に挿入される加圧ピストンからなる重合装置を用い、モールド中に芯材をセットした状態で、モールド下部に空洞部を設け、該空洞部に気体が残留するように実質上無水のラクタムに少なくともアニオン重合触媒とアニオン重合開始剤とを加えた重合性ラクタム液を注型し、加圧ピストンを開口に挿入するとともに加圧・加熱して重合し、重合が完了した後に脱型することを特徴とする。
【００５９】
このようにモールド内の下部に気体が残留するように重合性ラクタム液を注型して加圧することによって、空洞部に重合性ラクタム液が流れ込んでモールド内の気体が圧縮される。そして、重合中に収縮が始まっても圧縮された気体が膨張して重合性ラクタム液が押し戻されて逆流すると共に加圧されて、成形品にヒケなどの欠陥や外径の収縮などが生じなくなる。
【００６０】
請求項２では、芯材の中にモールドと連通する空洞部を設けており、重合性ラクタム液を注型した際に前記空洞部に気体が残留するようにした芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造方法としている。
【００６１】
芯材に空洞部を設けることによって、該空洞部内に容易にラクタム液を流入させて空気などの気体を残留・圧縮することができる。
【００６２】
請求項３では脱型した後、所定サイズにカットする工程を含んでおり、加圧重合によって長尺の成形体を成形しておき、後に必要サイズにカットすることによって製造の効率を上げ、コストを低減することができる。
【００６３】
次ぎに請求項４では、芯材に固定するとともにモールドに当接する芯材ガイドを用いて芯材をセットする。
【００６４】
芯材を、ガイドを用いてモールドにセットすることによって芯材のポリアミド中での正確な位置を確保することができる。
【００６５】
請求項５では成形体内部に芯材を埋設した芯材入りポリアミド樹脂成形体の製造装置において、少なくとも一方に開口を有するモールドと前記開口に挿入される加圧ピストンからなる重合装置であり、芯材に空洞部を設けるとともに芯材の下部においてモールド内のキャビティに連通させていることを特徴とする。
【００６６】
このような製造装置を用いることによって、空洞部に重合性ラクタム液が流れ込んでモールド内の気体が圧縮される。そして、重合中に収縮が始まっても圧縮された気体が膨張して重合性ラクタム液が押し戻されて逆流すると共に加圧されて、成形品にヒケなどの欠陥や外径の収縮などが生じなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって得られるポリアミド樹脂成形体の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の製造方法に用いる製造装置に芯材をセットしラクタムを注型したところの断面図である。
【図４】本発明の製造方法に用いる製造装置で重合しているところの断面図である。
【図５】本発明の製造方法に用いる製造装置から脱型しているところの断面図である。
【図６】芯材の底面図である。
【図７】芯材ガイドの平面図である。
【符号の説明】
１ ポリアミド樹脂成形体
２ 芯材
３ 外周面
４ ポリアミド樹脂部
１０ 製造装置
１１ 底部
１２ ジャケット部
１３ 加圧ピストン
１４ キャビティ
１５ パッキン
１６ 中間成形体
１７ 重合性ラクタム液
１８ 芯材ガイド
２０ 開口
２１ 通路
２２ 空洞部
２３ 突起
２４ 孔
２５ 孔
２６ 突起[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a polyamide resin molded article having a core material embedded therein, and more particularly, to a gear, a roller, a wheel used under a relatively high load and a high temperature, and has a core material. The present invention relates to a method and an apparatus for producing a polyamide resin molded body, which can prevent problems such as defects such as sink marks and shrinkage of an outer diameter due to shrinkage of the molded body during polymerization in a method of pressure molding a polyamide resin molded body.
[0002]
[Prior art]
Polyamide resin moldings are often used as substitutes for metal gears, rollers, wheels, etc. for the purpose of weight reduction, oil-free operation, noise reduction, and the like. However, when used under extremely high load conditions or when used under normal conditions for a long period of time, the limit is exceeded, and the keyway portion present at the boundary between the polyamide resin portion and the shaft may be broken.
[0003]
For this reason, a structure has been proposed in which only the boss portion is made of metal while taking advantage of the features that the polyamide resin is lightweight and maintenance-free and can be used for a long period of time. As a method of fixing the metal boss portion to the polyamide resin portion, a method of cold press-fitting, a method of press-fitting the heat-expanded polyamide resin portion into the metal boss portion (shrink fitting method), a method of mechanically fixing with a screw, etc. Was commonly done.
[0004]
However, each of these methods has problems. First, in the cold press-fitting method and the shrink-fitting method, the fixing force between the metal boss portion is weak, and a gap may occur between the metal boss portion and the polyamide resin portion in a short period of time.
[0005]
In addition, the holding power of the polyamide resin part is reduced by thermal expansion of the polyamide resin at high temperatures and stress relaxation due to long-term use, and the fixing force is further reduced. The resin part is easily broken. In some cases, screws cannot be attached depending on the product shape. To avoid this, if the press-fitting margin and shrink-fitting margin at the time of manufacturing are set to be large, excessive distortion will occur on the resin side, and when processing to a predetermined size or when using as a part, the distortion will cause Sometimes it was destroyed.
[0006]
Further, in the method of cold-pressing the polyamide resin portion into the metal, heating the metal and fusing and integrating the two, there is a problem that the number of processing steps is large and the product is expensive.
[0007]
For this reason, as a low-cost method, a metal reinforcing material that has been knurled in a mold is placed on a support, and then a polymerizable lactam liquid is cast and molded. A gap is generated between the united metal and the metal reinforcing material due to the displacement, and a sink occurs, which causes a problem that a good product cannot be obtained.
[0008]
Furthermore, when the molded article is released after the polymerization is completed, the mold is turned upside down. However, the molded article may be held on the support, and it takes time to release the molded article.
[0009]
Therefore, a method has been proposed in which a polymerizable lactam liquid is cast into a mold in which a core material is inserted and arranged as shown in Patent Documents 1 and 2, and the lactam liquid is polymerized while being pressed by a piston.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-11-127617 [Patent Document 2]
JP 2000-334750 A
[Problems to be solved by the invention]
However, by applying pressure, shrinkage during polymerization can be reduced and the occurrence of defects due to sink marks etc. can be suppressed, but in the case of molding long products, even with this method, pressurizing with a piston is still the opposite. There is a problem that sink is generated without being sufficiently pressed at the side end.
[0012]
The present invention solves these problems, and makes use of the advantages of polyamide resin, is lightweight, can be used for a long time without lubrication, facilitates demolding of a polyamide resin molded article, and causes insufficient polymerization and sink marks. It is an object of the present invention to provide a method for producing a polyamide resin molded article in which the bonding force between the polyamide resin and the reinforcing material is reduced while maintaining the bonding strength.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a core-containing polyamide resin molded article in which a core is embedded in a molded article according to claim 1, wherein a mold having an opening in at least one side and a mold inserted into the opening are provided. Using a polymerization device comprising a pressurized piston, with the core material set in the mold, a cavity is provided at the lower part of the mold, and at least an anionic polymerization catalyst is added to the substantially anhydrous lactam so that gas remains in the cavity. It is characterized in that a polymerizable lactam solution to which an anionic polymerization initiator is added is cast, a pressure piston is inserted into an opening, polymerization is performed by pressurizing and heating, and after the polymerization is completed, the mold is released.
[0014]
By pouring and pressurizing the polymerizable lactam liquid such that the gas remains in the lower portion of the mold, the polymerizable lactam liquid flows into the cavity and the gas in the mold is compressed. And even if the shrinkage starts during the polymerization, the compressed gas expands and the polymerizable lactam liquid is pushed back and flows backward and pressurized, so that defects such as sink marks and outer diameter shrinkage do not occur in the molded product .
[0015]
According to claim 2, a hollow portion communicating with the mold is provided in the core material, and the polyamide resin molded article containing the core material is formed such that a gas remains in the hollow portion when the polymerizable lactam liquid is cast. Manufacturing method.
[0016]
By providing a cavity in the core material, a lactam liquid can easily flow into the cavity, and a gas such as air can be retained and compressed.
[0017]
Claim 3 includes a step of cutting to a predetermined size after demolding, increasing the efficiency of production by forming a long molded body by pressure polymerization, and then cutting to a required size, thereby reducing costs. Can be reduced.
[0018]
Next, in claim 4, the core material is set using a core material guide that is fixed to the core material and abuts on the mold.
[0019]
By setting the core material in the mold using a guide, the exact position of the core material in the polyamide can be ensured.
[0020]
6. A manufacturing apparatus for a core-containing polyamide resin molded article in which a core material is embedded in a molded article according to claim 5, wherein the polymerization apparatus comprises a mold having an opening on at least one side and a pressure piston inserted into the opening. It is characterized in that a hollow portion is provided in the material and that the lower portion of the core material communicates with the cavity in the mold.
[0021]
By using such a manufacturing apparatus, the polymerizable lactam liquid flows into the cavity and the gas in the mold is compressed. And even if the shrinkage starts during the polymerization, the compressed gas expands and the polymerizable lactam liquid is pushed back and flows backward and pressurized, so that defects such as sink marks and outer diameter shrinkage do not occur in the molded product .
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a plan view of a polyamide resin molded article obtained by the production method of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
[0023]
The polyamide resin molded article 1 produced by the method of the present invention is a disc having a core material 2 disposed at the center of a polyamide resin portion 4 as shown in FIGS. 1 and 2, for example. The outer peripheral surface 3 may be provided with a structure such as knurling for preventing rotation between the core material and the resin. Further, the polyamide resin portion 4 has a tooth portion formed by machining later, and a through-hole (not shown) at the center of the metal core 2 to be used as a high-load gear.
[0024]
FIG. 3 is a cross-sectional view in which a core material is placed in a mold and cast in the manufacturing method of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view in which polymerization is performed under pressure in the manufacturing method of the present invention, and FIG. Shows a cross-sectional view of the molded article being removed from the mold.
[0025]
As shown in FIG. 3, a molding apparatus 10 used when manufacturing the polyamide resin molded body 1 has a high heat conductivity made of aluminum, iron, or the like, and has a cylindrical jacket portion 12 having substantially the same inner diameter as the jacket portion 12. And a pressurizing piston 13 also having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the jacket portion 12 and formed in the mold M with the bottom portion 11 and the jacket portion 12. Cavity 14 to be formed.
[0026]
A pressurizing piston 13 having the same outer diameter as the inner diameter of the jacket portion 12 is inserted from an upper opening, and the pressurizing piston 13 is connected to pressurizing means such as a hydraulic cylinder. 14 can be pressurized. A packing 15 is attached around the bottom 11 and the pressure piston 13 so that the polymerizable lactam liquid does not leak.
[0027]
The size of the cavity 14 of the molding apparatus 10 corresponding to the thickness direction of the molded body 1 is longer than the thickness of the molded body 1, and by cutting the intermediate molded body 16 obtained by polymerization, A plurality of compacts 1 can be obtained at one time.
[0028]
If the molding device is described in more detail, for example, the jacket portion has an inner diameter of 50 to 110 mm and a height of 1000 to 1300 mm, the bottom portion has an outer diameter of packing of 50 to 110 mm, and the pressure piston has an outer diameter of packing of 50 to 110 mm. A certain thing is used, and the inside of the wall of the jacket is hollow, and the temperature can be controlled by passing heated oil or steam.
[0029]
Subsequently, a core material having a length of 900 mm and a rod-shaped core material guide mounted near the upper end portion in a direction perpendicular to the core material was set in a cavity formed by a bottom portion and a jacket portion, and was mixed from the upper opening of the cavity. The lactam liquid is cast to a height of about 100 to 150 mm above the upper end of the core material.
[0030]
Next, the pressurizing piston was lowered and inserted into the cavity, pressurized, and held for 30 to 160 minutes until the completion of polymerization. By raising the jacket together with the pressurizing piston, the intermediate molded body inside is released from the mold and cut to a predetermined thickness to obtain 40 molded bodies serving as gears.
[0031]
A method for polymerizing a polyamide resin molded article of the present invention using the molding apparatus 10 will be described. Here, a procedure for molding a cylindrical molded body having a predetermined thickness used for gears will be described as an example.
[0032]
First, a long core material 2 is set at the center of the cavity 14 of the molding apparatus 10 in the thickness direction. After preheating the jacket portion 12 and adjusting the temperature to 100 to 180 ° C., a polymerizable lactam liquid 17 obtained by adding at least an anionic polymerization catalyst and an anionic polymerization initiator to a substantially anhydrous lactam is cast from the upper opening ( (Fig. 3).
[0033]
The core material 2 has a cavity portion 22 that communicates with the cavity 14 through a passage 21 having an opening 20 at a portion located below when the polymerizable lactam liquid 17 is cast. When the polymerizable lactam liquid 17 is cast, the polymerizable lactam liquid is poured into the cavity 14 while the air remains in the cavity 22.
[0034]
Here, the ω-lactam is dehydrated in a dehydration tank under reduced pressure to make it substantially anhydrous, and then replaced with an inert gas such as nitrogen. The ω-lactam in the dehydration tank is weighed and put into two casting tanks, and then a predetermined amount of the anionic polymerization catalyst is added to one casting tank containing the ω-lactam, and a predetermined amount of the anionic polymerization initiator. May be supplied to the other casting tank containing the ω-lactam.
[0035]
Subsequently, the pressurizing piston 13 is lowered from the upper opening, inserted into the cavity 14, reaches the surface of the lactam liquid 17, and then further lowers slightly to bring the lactam liquid 17 into a pressurized state. The pressurization at this time is preferably performed at 2 MPa or more (FIG. 4). Further, when the lactam liquid is pressurized by the pressurizing piston 13 during the polymerization, the air remaining in the cavity 22 is also pressurized, so that the polymerizable lactam liquid 17 partially flows into the cavity 22.
[0036]
The polymerization is completed after 30 to 160 minutes have elapsed under the pressure. As the polymerization proceeds in the cavity 14, the compact in the cavity 14 starts to shrink. In particular, when the pressure is applied from above by the pressure piston 13, the pressure is often insufficient at the lower side, which is the opposite side, and the amount of shrinkage of the molded body increases, causing a problem such as sink marks. Easy to happen.
[0037]
In the present invention, the hollow part 22 is formed in the core material, and the polymerizable lactam liquid is configured to flow in a state where the gas remains in the hollow part 22, and the polymerizable lactam liquid is compressed by flowing the polymerizable lactam liquid. Conversely, the polymerizable lactam liquid is pushed back by the generated gas and flows back into the cavity 14 to fill the voids generated by the shrinkage during polymerization, so that problems such as sink marks and shrinkage of the outer diameter occur. It can be eliminated.
[0038]
After the polymerization is completed and cooled, the fixing of the bottom portion 11 and the jacket portion 12 is released and only the jacket portion 12 is raised or the pressure piston 13 is further depressed to release the intermediate molded body 16 after the polymerization is completed (FIG. 5). ).
[0039]
The molded body 1 for gears can be obtained by cutting the intermediate molded body 16 to a predetermined size after demolding. In order to actually make a gear, the polyamide resin portion around the core material 2 is processed into a gear shape.
[0040]
Pressurization of the polymerized lactam liquid by the pressurizing piston 13 is less than 2 MPa, which is not preferable because the pressurization is insufficient and shrinkage such as sink marks is liable to occur in the molded product.
[0041]
The volume of the hollow portion 22 provided in the core material 2 is preferably in the range of 0.5 to 10% of the amount of the polymerizable lactam liquid cast. If it is less than 0.5%, the pressure of the air stored by pressurization and However, the amount of the lactam flowing into the cavity is too small to sufficiently compensate for the shrinkage. On the other hand, if it exceeds 10%, the amount of the lactam liquid remaining in the cavities becomes too large, which is not economical.
[0042]
The position of the opening 20 of the cavity 22 is preferably provided below the cavity 14. However, the object of the present invention can be achieved by providing the position from the bottom to about 20% of the total height. Can be. It is preferable that the size of the opening 20 be 0.25 cm 2 or more. If it is less than 0.25 cm 2 , the opening is solidified in the early stage of the polymerization, and the lactam liquid in the cavity may not flow backward even if the pressure in the cavity decreases, which is not preferable.
[0043]
Further, in the above description, the hollow portion 22 is provided inside the core material 2, but is not limited thereto, and may be provided in the jacket portion 12.
[0044]
The core 2 is set in the cavity 14. The conical protrusion 23 is provided at the center of the bottom 11, and the cylindrical hole 24 is provided on the bottom of the long core 2 as shown in FIG. 6. Accordingly, the core material 2 can be disposed around the center by fitting the two. Further, a rod-shaped core guide 18 having an end portion having a curved surface along the wall surface of the jacket portion 12 and having a hole 25 at the center as shown in FIG. 7 is prepared, and a columnar guide provided at the top of the core material is prepared. The position can be fixed by providing the projection 26 and fitting the hole 25 and the projection 26.
[0045]
By adopting such a form, concentricity of the core material 2 with respect to the polyamide resin can be ensured. The core material guide 18 is not limited to this form. For example, a method may be adopted in which a concave portion provided in the bottom portion 11 is used as a core material guide, and the core material is fixed by mounting the core material in the concave portion. It is also possible to use both the method of mounting in the concave portion and the method of using a rod-shaped core material guide.
[0046]
The lactam used in the present invention is substantially anhydrous α-piperidone, ε-caprolactam, ω-laurolactam, ω-enantholactam, caprylactam, ω-decanolactam, ω-undecanolactam, or two or more thereof. The industrially advantageous lactams are ε-caprolactam and ω-laurolactam.
[0047]
Further, as the anionic polymerization catalyst used in the present invention, a known lactam polymerization catalyst such as sodium hydride, lithium hydride, sodium, potassium or the like can be used. 0.0 mol%.
[0048]
Examples of the anionic polymerization initiator include N-acetyl-ε-caprolactam, isocyanate, diisocyanate, urea derivative, urethane, and isocyanurate derivative, and the amount of the additive is 0.05 to 1.0 mol% based on the lactam. Is preferable.
[0049]
In the above production method, after adding and dissolving the anionic polymerization catalyst to the lactam, a method of adding and mixing the anionic polymerization initiator at the time of casting or after casting, or a lactam containing the anionic polymerization catalyst and a lactam containing the anionic polymerization initiator. Is adjusted by adding and mixing at the time of casting or after casting.
[0050]
The lactam polymerization can be carried out at a temperature of from 100 to 210 ° C, but preferably from 130 to 180 ° C.
[0051]
In carrying out the method of the present invention, it is also possible to add, besides the above components, lubricants such as oils, waxes, calcium stearate and the like, which do not inhibit polymerization, and reinforcing materials such as carbon fiber and glass fiber.
[0052]
Hereinafter, the effect of the present invention was confirmed by an example of the method of the present invention using a core material having a hollow portion and a comparative example using a core material having no hollow portion.
[0053]
【Example】
(Example)
An example is an apparatus as shown in FIG. 5, in which the inner diameter of the jacket portion is 90 mm, the outer diameter of the iron core is 60 mm, the length is 900 mm, the inner diameter of the hollow portion is 20 mm, and the length is 150 mm. As the passage, a groove having a width of 10 mm and a depth of 5 mm provided at two positions on a diagonal line on the bottom surface of the core material was used. The amount of the castable polymerizable lactam liquid was 4 L, and molding was performed at a pressurized surface pressure of 20 MPa with a piston.
[0054]
As a raw material, after dehydrating ε-caprolactam, ε-caprolactam in the dehydration tank is weighed and put into two casting tanks, and 1.250 g is added to one casting tank and 1.250 g to the other casting tank. After adding 250 g, 4.0 g of sodium hydride (63% oil) was added to one casting tank to dissolve it, and 5.6 g of triphenylisocyanurate was added to the other casting tank. During this time, a mixture obtained by mixing the polymerizable lactam liquid while raising the temperature to 125 ° C. while flowing nitrogen under atmospheric pressure in the casting tank was used.
[0055]
(Comparative example)
As a comparative example, molding was performed in the same manner as in the example except that a core material having no hollow portion was used.
[0056]
As a result, in the example, the outer diameter was 88.15 mm in the upper part and the outer diameter was 87.80 mm in the lower part, and a molded article free from defects in the monomer casting nylon could be obtained. A molded product having an outer diameter of φ88.15 mm at the upper part and an outer diameter of 87.15 mm at the lower part, having one defect in the monomer casting nylon and having fine irregularities on the lower surface was obtained.
[0057]
In the embodiment of the present invention, by providing the cavity, the polymerizable lactam flowing into the cavity is configured to be pushed back by the compressed air, and it is possible to reduce problems such as sink in the lower part of the molded article. We can see that we can do it.
[0058]
【The invention's effect】
In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a core-containing polyamide resin molded article in which a core is embedded in a molded article according to claim 1, wherein a mold having an opening in at least one side and a mold inserted into the opening are provided. Using a polymerization device comprising a pressurized piston, with the core material set in the mold, a cavity is provided at the lower part of the mold, and at least an anionic polymerization catalyst is added to the substantially anhydrous lactam so that gas remains in the cavity. It is characterized in that a polymerizable lactam solution to which an anionic polymerization initiator is added is cast, a pressure piston is inserted into an opening, polymerization is performed by pressurizing and heating, and after the polymerization is completed, the mold is released.
[0059]
By pouring and pressurizing the polymerizable lactam liquid such that the gas remains in the lower portion of the mold, the polymerizable lactam liquid flows into the cavity and the gas in the mold is compressed. And even if the shrinkage starts during the polymerization, the compressed gas expands and the polymerizable lactam liquid is pushed back and flows backward and pressurized, so that defects such as sink marks and outer diameter shrinkage do not occur in the molded product .
[0060]
According to claim 2, a hollow portion communicating with the mold is provided in the core material, and a core material-containing polyamide resin molded article in which a gas remains in the hollow portion when the polymerizable lactam liquid is cast. Manufacturing method.
[0061]
By providing a cavity in the core material, a lactam liquid can easily flow into the cavity, and a gas such as air can be retained and compressed.
[0062]
Claim 3 includes a step of cutting to a predetermined size after demolding, increasing the efficiency of production by forming a long molded body by pressure polymerization, and then cutting to a required size, thereby reducing costs. Can be reduced.
[0063]
Next, in claim 4, the core material is set using a core material guide that is fixed to the core material and abuts on the mold.
[0064]
By setting the core material in the mold using a guide, the exact position of the core material in the polyamide can be ensured.
[0065]
6. A manufacturing apparatus for a core-containing polyamide resin molded article in which a core material is embedded in a molded article according to claim 5, wherein the polymerization apparatus comprises a mold having an opening on at least one side and a pressure piston inserted into the opening. It is characterized in that a hollow portion is provided in the material and that the lower portion of the core material communicates with the cavity in the mold.
[0066]
By using such a manufacturing apparatus, the polymerizable lactam liquid flows into the cavity and the gas in the mold is compressed. Then, even if shrinkage starts during polymerization, the compressed gas expands and the polymerizable lactam liquid is pushed back and flows back and is pressurized, so that defects such as sink marks and shrinkage of the outer diameter do not occur in the molded product .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a polyamide resin molded article obtained by a production method of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a production apparatus used in the production method of the present invention in which a core material is set and a lactam is cast.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where polymerization is performed by a manufacturing apparatus used in the manufacturing method of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the mold is removed from a manufacturing apparatus used in the manufacturing method of the present invention.
FIG. 6 is a bottom view of the core material.
FIG. 7 is a plan view of a core material guide.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polyamide resin molded body 2 Core material 3 Outer peripheral surface 4 Polyamide resin part 10 Manufacturing apparatus 11 Bottom part 12 Jacket part 13 Pressurized piston 14 Cavity 15 Packing 16 Intermediate molded body 17 Polymerizable lactam liquid 18 Core material guide 20 Opening 21 Passage 22 Cavity Part 23 protrusion 24 hole 25 hole 26 protrusion
