JP2005119299A - 成形型及び成形加工品 - Google Patents
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Abstract
[解決手段]アニオン重合を利用したω−ラクタム系モノマーの開環重合による結晶化度の高い注型ポリアミド樹脂を主成分とした重合成形体にて構成された切削加工用型素材を高速切削加工叉は注型反転法により形状を形成し、目的の製品部を製造する。
Description
成形型の製作コスト、製作工期を削減する目的で金属及びプラスチック加工用簡易型(いわゆる簡易金型)材質として複合強化樹脂が多く利用されている。
このうち、成形圧力、温度ともに最も厳しい射出成形用簡易型用及び非常に大きな圧縮応力がかかるプレス加工用簡易型用には以下の素材が一般的に用いられている。
1:エポキシ樹脂、叉はウレタン樹脂にアルミニウム、ニッケル等の無機素材を多量に配合、強化したもの
2:ABS樹脂等、熱可塑性樹脂にアルミニウム、ニッケル等の無機素材を多量に配合、強化したもの
これらの素材、加工方法は目的に応じて使い分けられている。
近年、3Dソリッドモデリング技術の発達により、製品データーから型加工データーへの変換が容易になり1、超高速切削加工技術による切削樹脂型 2、RP法を用いたラピッドツーリング(造形型)が脚光をあびている。
特に取り扱いが容易な超高速切削加工による樹脂型は鉄、アルミ、低溶融合金の切削加工よりも切削加工速度が早い、深堀り形状等放電加工でしか加工出来ない形状や金属切削では困難な複雑形状も容易に切削加工が可能である、軽量のため取り扱いが簡単等の理由で製作上の優位点が大きい。
この点において従来のエポキシ、ウレタン系の素材では原素材(マトリックス材)の基本的な物性が劣っているためそのまま型素材としては使用出来ず、大量の(多くの場合重量比50%以上)強化充填材を配合して使用に供しているが多量の強化充填材を配合する事により切削加工性(切削速度及び加工用刃物の耐久)が大幅に損なわれ本来の目的の型加工コスト、工期の削減効果が少ない。
又、作られた成形型も温度勾配に耐え切れず割れてしまったり、繰り返しの大きな機械的負荷に弱く耐久性に非常に問題がある。
このため、汎用樹脂を中心に一部の試作用型として用いられているに留まっている。
[発明の開示]
本発明の課題は、充填材の配合を極力抑え、十分な切削加工性を維持したまま加工出来るにも関わらず射出成形時の高温高圧の繰り返し負荷及びプレス加工時の大きな繰り返し圧縮負荷に対し、十分な剛性、寸法安定性、耐久性を保持出来、エンジニアリングプラスチック等の高機能樹脂の成形をも可能にする成形加工用の型を提供する事である。
アニオン重合を利用したω−ラクタム系モノマーの開環重合による結晶化度の高い注型ポリアミド樹脂(いわゆるモノマーキャストナイロン)をベースにした素材をブロック状に重合成形しこれを高速切削加工等の加工用の型素材として使用する。
[発明の効果]
本発明はε−カプロラクタムに各種触媒、重合開始材を配合しアニオン重合反応を起こし、硬化させた高結晶化度を有するε−カプロラクタム重合体を含む事を特徴とした板状に成形された切削加工用の型素材プレートを切削加工する事によって得られる成形加工用の型、並びに上記成形型を用いて加工されたプラスチック射出成形品又はプレス加工品である。
これを切削加工して必要な製品として利用する事が一般的に行われている。
同素材は水重合法によって得られるポリアミド樹脂(いわゆる6ナイロン)よりも高い結晶化率(X線回折測定法による結晶化度で約50%)、均一な結晶構造(α形単斜昌系)を有しこれにより、いわゆる6ナイロンより低い吸湿性と優れた耐熱性、耐磨耗性、自己潤滑性を併せ持ち、車輪、歯車、カム、ベアリング等、耐久部品への用途に使用されている。
これにより、優れた切削加工性と熱、圧力に対する耐久性、寸法安定性のバランスの取れた簡易型を製作出来る技術的思想が成り立つ事を見出した。
すなわち、アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらの水酸化物酸化物、水素化物、炭酸塩、アルキル化物、叉はアルコキシド、グリニヤール化合物ソジウムナフタレン等が挙げられる。
また重合開始剤についても公知のラクタム類のアルカリ重合法に使用される化合物をすべて用いる事が出来る。すなわち、有機イソシアネート、酸塩化物、エステル、尿素誘導体、カルボジイミド等が挙げられる。
[発明を実施するための最良の形態]
素材調整としてε−カプロラクタム100重量部に対し、重合触媒として1〜50重量部、好ましくは1〜2重量部の間で適時調整された水酸化ナトリウム及び助触媒として2〜10重量部、好ましくは2〜3重量部の間で適時調整されたトリレンジイソシアネートを用意する。
ε−カプロラクタム重合体の結晶化度は出来るだけ高い方が好ましく上記諸条件により適時調整されるが本発明において必要とされる結晶化度は特に上限は無いが60%を超えると靭性が低下する恐れがある為それ以下にする事が好ましい。
具体的にはX線回折測定法による測定で37%〜75%好ましくは50%〜60%にて調整される。
結晶核材としては特に限定されないがタルク、マイカ、クレイ、シリカ、グラファイト等の無機微粒子、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化銅等の金属酸化物、金属塩、ナイロン6T、ナイロン66等の高融点ポリアミド等が挙げられる。
結晶核剤の配合比としてはε−カプロラクタム重合体100部に対し0.01〜10重量部好ましくは0.03〜5重量部である。
しかしながら、ポリアミド構造を持つ以上、若干の吸湿による強度、寸法変化の影響は避けられない。このため機械強度、耐久性の補強、線膨張係数の低減並びに吸水率の改善を目的として若干の強化充填材を配合する事が好ましい。
しかしながら他の樹脂型と同様ガラス繊維等の大きな充填物は表面仕上げに悪影響を及ぼす為、表面状態がきれいに仕上がる微細充填物を用いる。本発明において添加される微細充填物の配合は、切削加工性(快削性)の保持のため、重量比10%〜40%、好ましくは10%〜20%にて調整される。本発明においてはマトリックス素材の特性ゆえに他の樹脂型に比較して低配合比でも強化充填材配合の目的は十分に達せられる。
本実施例において微細無機充填材として重合時にほう酸アルミニウムを素材とした微細ウィスカーを重量比20%配合した。本発明における微細充填材としては特に限定されないが炭酸カルシウム、酸化チタンウィスカ、ワラストナイト、カオリン、黒鉛、カーボンブラック、クレイ、ガラスバルーン等が挙げられる。
特に針状、層状の超微細充填材を使用したいわゆるナノコンポジットは補強機能と共に結晶核剤の機能をも果し、微量の配合で大きな効果が得られる。
本発明者は通常の金型作製に必要な超硬工具、放電加工等特殊な設備、工程を必要としないで製品部のみを高速加工した樹脂製型を作製出来た。
本実施例の場合も型の機械的、熱的強度、耐久性は保持できても量産性に問題が残る。
尚、本冷却システムは本発明の例に限らず、他の樹脂素材を用いた射出成形型、プレス成形型、真空成形型、ブロー成形型にも有効である。
[実施例1]
発明者は前述の様にして作製された射出成形型を使用してポリプロピレン、ABS(アクリル、ブタジエン、スチレン共重合)樹脂、ポリアセタール樹脂等を図2のような形状にて成形し、成形物の寸法をチェックした。表1にその結果を示す。
表1に示す様に、射出圧600kgf/cm2以下の成形圧力においては全く寸法変化を起こさずに金型設計寸法通りの寸法安定性を示し、ポリアセタール樹脂の成形において同寸法安定性を維持したまま5000ショット以上の連続成形が可能である事を確認した。
これにより、従来困難であったセラミック類のインサート成形を容易に行う事が出来る。
本発明により、複雑形状を容易に高速切削加工でき、安価、短納期、軽量である樹脂型であるにも関わらず、強靭で連続した高温、高圧の樹脂成形負荷に耐えながら寸法安定性を保持しながら成形加工を行なう事が可能で、なおかつ他の樹脂よりも極めて高い耐久性を持った理想的な樹脂型を従来の専門業者で無くとも比較的簡単に得る事が出来るため型コストの大幅削減に寄与し得る事より少量多品種生産、試作など経済的理由で初期投資が困難な用途に広く利用できる。
[図2]成型品形状及び測定寸法
2 冷却配管(冷媒)
3 樹脂型部分
4 冷却棒
Claims (7)
- 結晶化率30%以上のポリアミド構造を含むω・ラクタム系モノマーの開環重合体で構成される事を特徴としたプラスチック射出成形型加工用又は金属、プラスチック板のプレス型加工用の樹脂素形材
- 結晶化率30%以上のポリアミド構造を含むω・ラクタム系モノマーの開環重合体で構成される事を特徴とした樹脂材料に微細充填材を添加したプラスチック射出成形型加工用又は金属、プラスチック板のプレス型加工用の樹脂素形材
- 結晶核剤を含んでなる事を特徴とした請求項1、叉は請求項2に記載された樹脂素形材
- 請求項1、叉は請求項2、叉は請求項3に記載された素形材を含む型素材にて製作された事を特徴としたプラスチック射出成形加工用又はプレス加工用の成形型
- 請求項4に記載されたプラスチック射出成形加工用の成形型において図1に示す金属製の冷却棒を埋め込み熱交換率を高めた事を特徴とするプラスチック射出成形加工用の成形型
- 請求項4、又は請求項5に記載された成形型により加工された事を特徴とするプラスチック射出成形加工品又は金属、プラスチックのプレス成形加工品
- 請求項4、又は請求項5に記載された成形型において硝子等セラミック類を挿入してインサート成形加工された事を特徴としたプラスチック及び硝子等セラミック類の複合射出成形加工品
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