JP2005238716A - Manufacturing method and apparatus of polyamide resin molded body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は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型内に注型して加圧状態で重合させることによってポリアミド樹脂成形体を製造する製造方法及び製造装置において、特に棒状体を成形する際に温度低下によるポリアミド樹脂の結晶化の不均一をなくし外観不良をなくすことができる製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a production method for producing a polyamide resin molded article by casting a polymerizable lactam solution obtained by adding at least an anionic polymerization catalyst and an anionic polymerization initiator into anhydrous lactam into a mold and polymerizing in a pressurized state, and More particularly, the present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of eliminating non-uniformity of crystallization of a polyamide resin due to a decrease in temperature when molding a rod-shaped body and eliminating appearance defects.
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おり、丸棒などの棒状体が成形される。その製造方法としては、例えば特許文献1に記載するように金型内に無水ラクタムに重合触媒と重合開始剤を加えた重合性ラクタム液を注型して、加熱することによって重合させて所望の成形体を得る方法がある。
Polyamide resin molded bodies 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, and rod-shaped bodies such as round bars are molded. As a manufacturing method thereof, for example, as described in
しかし、このような方法で成形する場合に、成形体の頂部が重合収縮によりひけを生じてしまうことがあり、ひけの生じた部分は不良となるために除去しなければならず原料のロスとなっていた。また、成形体の中心部においてボイドを生じる問題もあった。 However, in the case of molding by such a method, the top of the molded body may cause sink due to polymerization shrinkage, and the portion where the sink occurs is defective and must be removed. It was. There is also a problem that a void is generated in the center of the molded body.
そこで、ひけやボイドの問題を解消するために特許文献2に示すように重合中に加圧部材により加圧ながら重合を行うといった技術がある。加圧しながら重合そして成形を行うことで重合収縮によるひけやボイドの発生を防止することができ、不良の少ない成形品を得ることができるようになった。
In order to solve the problem of sink marks and voids, there is a technique of performing polymerization while applying pressure by a pressure member during polymerization as shown in
しかし、ひけやボイドといった問題は発生しにくくなったが、成形品の頂部において白い米粒状の白結晶の発生が見られる場合があり、その部分が外観不良となってしまうという問題があった。 However, although problems such as sink marks and voids are less likely to occur, white rice-like white crystals are sometimes generated at the top of the molded product, and there is a problem in that the appearance is poor.
その白結晶が発生する原因としては、原料である重合性ラクタム液を注型して重合時にラクタム液と接する加圧部材の温度が低下することにより、重合時の結晶化が不均一になってしまうことが考えられる。 The cause of the generation of the white crystals is that the temperature of the pressure member in contact with the lactam liquid at the time of polymerization is reduced by casting the polymerizable lactam liquid as a raw material, resulting in non-uniform crystallization at the time of polymerization. It is possible to end up.
そこで、本発明は加圧部材が温度低下になることを防止することによって、重合時の結晶化の不均一を解消し、加圧部材が接する成形体の頂部付近において白結晶が発生するといった不具合が発声するのを防止することを課題とする。 Therefore, the present invention prevents the pressure member from lowering in temperature, thereby eliminating the non-uniformity of crystallization during polymerization and generating white crystals in the vicinity of the top of the molded body that the pressure member contacts. It is a problem to prevent the utterance.
以上のような課題を解決するために本発明の請求項1では、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型内に注型し、加圧部材を開口に挿入するとともに加圧・加熱して重合するポリアミド樹脂成形体の製造方法において、加圧部材は型内で重合性ラクタムに接する下部と型外の上部との間に断熱部を設けたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, in
請求項2では、加圧部材の上部と下部との間の内部に空洞を設けたポリアミド樹脂成形体の製造方法としている。
In
請求項3では、加圧部材の上部と下部との間に断熱材を介在させたポリアミド樹脂成形体の製造方法としている。 In Claim 3, it is set as the manufacturing method of the polyamide resin molded object which interposed the heat insulating material between the upper part and the lower part of a pressurization member.
請求項4では、断熱材がポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、アスベストから選ばれてなる少なくとも一つの素材であるポリアミド樹脂成形体の製造方法としている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a polyamide resin molded body, wherein the heat insulating material is at least one material selected from polytetrafluoroethylene, polyetheretherketone, and asbestos.
請求項5では、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する型と、該型に挿入して重合性ラクタム液を加圧するための加圧部材を有するポリアミド樹脂成形体の製造装置において、加圧部材は型内で重合性ラクタムに接する下部と型外の上部との間に断熱部を設けたことを特徴とする。 In claim 5, a mold for casting a polymerizable lactam solution obtained by adding at least an anionic polymerization catalyst and an anionic polymerization initiator to substantially anhydrous lactam, and pressurizing the polymerizable lactam liquid by inserting into the mold An apparatus for producing a polyamide resin molded body having a pressurizing member is characterized in that the pressurizing member is provided with a heat insulating portion between a lower part in contact with the polymerizable lactam in the mold and an upper part outside the mold.
請求項6では、加圧部材の上部と下部との間の内部に空洞を設けたポリアミド樹脂成形体の製造装置としている。 According to a sixth aspect of the present invention, a polyamide resin molded body manufacturing apparatus is provided in which a cavity is provided in the interior between the upper portion and the lower portion of the pressure member.
請求項7では、加圧部材の上部と下部との間に断熱材を介在させたポリアミド樹脂成形体の製造装置としている。 According to a seventh aspect of the present invention, a polyamide resin molded body manufacturing apparatus is provided in which a heat insulating material is interposed between an upper portion and a lower portion of a pressure member.
請求項8では、断熱材がポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、アスベストから選ばれてなる少なくとも一つの素材であるポリアミド樹脂成形体の製造装置としている。 In Claim 8, it is set as the manufacturing apparatus of the polyamide resin molding which is at least 1 raw material in which a heat insulating material is chosen from polytetrafluoroethylene, polyetheretherketone, and asbestos.
請求項1及び6では、加圧部材の上部と下部との間に断熱部を設けたものとしていることから、金型内部の重合性ラクタム液の温度が加圧部材を伝って外部へ逃げ出すことがなく、原料の温度低下を招くことがないので、温度の低下が原因である結晶化の不均一をなくすことができ、白結晶を生じたりする問題を解決することができる。
In
請求項2及び7では、加圧部材に設ける断熱部は加圧部材の内部に設けた空洞部としており、該空洞部によって熱が加圧部材を伝って外部に逃げるのを防止することができる。
In
請求項3及び8では、加圧部材の上部と下部との間に断熱材を介在させたものとしていることから、該断熱材により熱伝導が遮られ型内の原料の温度低下を防止することができる。 In Claims 3 and 8, since a heat insulating material is interposed between the upper part and the lower part of the pressure member, the heat conduction is blocked by the heat insulating material to prevent a temperature drop of the raw material in the mold. Can do.
請求項4及び9では、断熱材の素材がポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、アスベストであると限定している。耐熱性に優れた素材であり、加圧部材の温度が上昇しても融け出したりすることがなく、断熱の効果を保持することができる。 In claims 4 and 9, the material of the heat insulating material is limited to polytetrafluoroethylene, polyether ether ketone, and asbestos. It is a material excellent in heat resistance, and even if the temperature of the pressurizing member rises, it does not melt and can retain the heat insulating effect.
図1及び図2は本発明に係るポリアミド樹脂成形体の製造方法に用いられる製造装置の正面図及び側面図であり、図3は図2におけるA−A断面図、図4は筒状金型と移動可能な原料押圧部の組合せ状態を示す図であり、図5は注型ポリアミド樹脂成形体を筒状金型から脱型するときの製造装置の側面図であり、図6は加圧部材の正面図であり、図7は図4のC部拡大図である。 1 and 2 are a front view and a side view of a manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a polyamide resin molded body according to the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, and FIG. FIG. 5 is a side view of the manufacturing apparatus when the cast polyamide resin molded body is removed from the cylindrical mold, and FIG. 6 is a pressure member. FIG. 7 is an enlarged view of part C in FIG.
本発明のポリアミド樹脂成形体の製造方法にて得られる成形体の形状は限定されるものではないが、断面が円形の丸棒や正方形、長方形の角柱などの棒状体などが挙げられる。 The shape of the molded body obtained by the method for producing a polyamide resin molded body of the present invention is not limited, and examples thereof include a rod-shaped body such as a round bar having a circular cross section, a square, or a rectangular prism.
図1のように筒状の金型1と筒状金型1内に注入される重合性ラクタム液を重合中に常時加圧する原料押圧部2、そして重合完了後にポリアミド樹脂成形体を筒状金型から容易に取り出せるように金型を上昇させる金型移動部3から構成されている。
As shown in FIG. 1, a
まず、上記筒状金型1は上端部に重合性ラクタム液を注入する原料注型口11を持った平板状の支持板12と重合性ラクタム液を重合成形する細長い筒状のキャビティ13を有し、他方下端部には重合反応したポリアミド樹脂成形体の抜き取り口となる開閉可能な底蓋14を装着している。また、重合性ラクタム液の重合を促進させるために上記キャビティ13の外周部には熱媒体導入部15があり、金型温度を一定に保持するようになっている。
First, the
上記熱媒体導入部15には通常スチームあるいはオイル等の熱媒体を導入して循環させることが好ましく、熱媒体の導入口16及び排出口17がある。
It is usually preferable to introduce and circulate a heat medium such as steam or oil in the heat
本発明において用いる筒状金型1の材質は通常注型して得られるポリアミド樹脂成形体を製造する際に用いるアルミニウム、鉄などの熱伝導率の良い金属が適切である。但し、銅の合金はラクタムのアニオン重合を妨害するのでラクタムと接触する部分に使用すべきではない。また、上記金型のキャビティ13の内面には特別に離型剤をコーティングする必要はないが、取り出し性をよくするために製品表面を平滑に成形するためにできる限り平滑に仕上げをし、更にメッキ処理をすることが望ましい。
The material of the
また、原料押圧部2は前記筒状金型1の支持板12の上方に配置されているが、これを構成しているシリンダー22は支持板12上に固定された支持台23の上面に固着され、更に筒状金型1のキャビティ13の入り口付近へ嵌入される加圧部材24が上記シリンダー22のロッド25に取り外しできるように固着されている。従って、該シリンダー22の作動によって加圧部材24は上記キャビティ13の入り口を上下方向に移動し、キャビティ13内に注入した重合性ラクタム液が重合反応している間、該ラクタム液を常時加圧するようになっている。
The raw
このような製造装置を用いてポリアミド樹脂成形体を加圧成形することができるが、加圧部材にて加圧する過程において従来は加圧部材を伝って熱が逃げてしまい、結晶化が不均一になってしまい成形体の上部付近において米粒状の白結晶が生じる問題があった。そこで本発明では図6に示すように加圧部材24の型外に位置する上部24aと原料に接する下部24bとの間に断熱部26を設けることによって熱が逃げないようにして、結晶化が均一になるようにし、白結晶などの不具合が生じるのを防止している。
A polyamide resin molded body can be pressure-molded using such a manufacturing apparatus, but in the process of pressurizing with a pressurizing member, heat has conventionally escaped through the pressurizing member and crystallization is uneven. As a result, there was a problem that white granular crystals of rice were formed in the vicinity of the upper portion of the molded body. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 6, by providing a
加圧部材24はアルミニウムやアルミニウム合金などからなることが好ましい。断熱部26としては加圧部材の内部に空洞部26aを設けることによって断熱部26としたり、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、アスベストなどからなる断熱材26bを仕切りとして配置することによって断熱部26として熱を遮断したりしている。もちろん両方を併用することも加納である。
The
加圧部材24はアルミニウムやアルミニウム合金、鉄などからなっており、空洞部を設けて断熱部26とする場合には、肉厚を5〜10mmとすることが好ましい。5mm未満であると十分な機械的強度を確保することができなくなるので好ましくない。また、断熱材を仕切りとして配置する場合には、5〜15mmの厚みとすることが好ましい。5mm未満であると十分な断熱効果を得ることができず、15mmを超えても結晶化を不均一にするのを防止する効果としてはあまり変わらない。
The pressurizing
上記加圧部材24は本実施例の場合には円筒形の棒状体であり、特に注入したラクタム液と接する先端部は図7に示すように円錐形のくぼみ部27とこのくぼみ部27に連通した少なくとも一つの溝部28を有し、該くぼみ部27は成形体頂部の未反応物及びひけを阻止し、溝部28で該くぼみ部27の空気を外部へ排出している。更に、この先端部付近に嵌入されたリング状のシーリング材29はラクタム液が金型外部へ流出するのを防止している。更に、本発明に係る製造装置を構成している金型移動部3においては、基板31に固定された相対向する一対の垂直フレーム32と該垂直フレーム32の頂部に固定された水平フレーム33が配置され、また、ガイド棒34が垂直フレーム32の中間部に位置し、水平フレーム33に取り付けられている。
In the case of this embodiment, the
このガイド棒34に挿入されたブラケット35はその一端が筒状金型の支持板12に、他端が垂直フレーム32の側壁に取り付けられたシリンダー36のロッドに固定され、また該ガイド棒34に挿入されたブラケット35はその一端が筒状金型の支持板12に、他端が垂直フレーム32の側壁に取り付けられたシリンダー36のロッドに固定され、また該ガイド棒34に挿入された下位のブラケットは筒状金型1のほぼ中央部を固定している。
One end of the
従って、上記シリンダー36を作動させると図5に示されるように筒状金型1とこれに連結した加圧部材14は上方へ移動する。これによって筒状金型1の底蓋14が開けやすくなり、注型ポリアミド成形体の脱型を容易にしている。
Therefore, when the
次に、本発明に係る注型ポリアミド成形体を成形する方法について説明する。まず、筒状金型1を最下位の位置に設置して、該金型の熱媒体導入部15にスチームを導入して金型温度130℃〜150℃に保持した後、所定の配合からなる液温130℃程度のε−カプロラクタムを原料注型口11よりキャビティ13内へ注入する。この場合、加圧部材24は原料注型口11よりやや上方に位置している。
Next, a method for molding the cast polyamide molded body according to the present invention will be described. First, the
その後、原料押圧部2を作動させて加圧部材24を下降させてラクタム液と接触させると同時に、約120kg/cm2以上の圧力で加圧し、その後ラクタム液の重合及び結晶化によって長さ方向の収縮が発生するが、この収縮速度を下回らない速度で連続的に加圧する。加圧時間が約20〜25分になるとほぼ重合が完了する。
Thereafter, the raw
その後金型移動部3を作動させるが、この場合シリンダー36の作動によって筒状金型1を所定の高さまで上昇させる。この場合、該金型の温度を130〜150℃に保持する。これにより、筒状金型の底蓋14を開放し、続いて上記加圧部材24を下降させることによって注型ポリアミド成形体の一部を金型より露出させた後、リング体を成形体に嵌め込んで締め付けた後、該成形体の頂部と加圧部材24の離型を行って該成形体を筒状金型から抜き出す。
Thereafter, the mold moving unit 3 is operated. In this case, the
上部と下部をアスベストからなる断熱材で仕切るとともに内部に空洞部を設けたアルミニウム製の加圧部材を用いた155℃余熱の加圧成形用蒸気ジャケット付き金型(内寸:内径53mm×長さ1220mm、金型余熱時加圧部材は金型内部に挿入した状態で余熱)に、熱溶融させたε−カプロラクタムに水素化ナトリウム及びイソシアネートを添加した原料液を注型し、加圧部材で面圧20MPaをかけてφ50mm×1000mmのポリアミド樹脂製丸棒を成形(アニオン重合)した。 Mold with steam jacket for pressure molding of 155 ° C residual heat using an aluminum pressure member with upper and lower parts separated by a heat insulating material made of asbestos and having a cavity inside (inside dimension: inner diameter 53 mm x length 1220 mm, pressurizing member at the time of mold preheating is preheated in the state of being inserted into the mold), and a raw material liquid obtained by adding sodium hydride and isocyanate to heat-melted ε-caprolactam is cast, A polyamide resin round bar having a diameter of 50 mm × 1000 mm was molded (anionic polymerization) under a pressure of 20 MPa.
加圧部材の余熱時間を5分として、加圧部材先端の温度及び米粒状の白結晶の発生深さを測定した。その結果を表1に示す。 The preheating time of the pressure member was set to 5 minutes, and the temperature at the tip of the pressure member and the generation depth of the white granular crystals of rice were measured. The results are shown in Table 1.
加圧部材の余熱時間を10分とした以外は実施例1とまったく同様にしてポリアミド樹脂製丸棒を成形し、加圧部材先端の温度及び米粒状の白結晶の発生深さを測定した。その結果を表1に示す。 A polyamide resin round bar was molded in exactly the same manner as in Example 1 except that the preheating time of the pressurizing member was 10 minutes, and the temperature at the tip of the pressurizing member and the generation depth of white granular crystals of rice were measured. The results are shown in Table 1.
加圧部材の余熱時間を15分とした以外は実施例1とまったく同様にしてポリアミド樹脂製丸棒を成形し、加圧部材先端の温度及び米粒状の白結晶の発生深さを測定した。その結果を表1に示す。 A polyamide resin round bar was molded in exactly the same manner as in Example 1 except that the remaining heat time of the pressure member was 15 minutes, and the temperature of the tip of the pressure member and the generation depth of white granular crystals of rice were measured. The results are shown in Table 1.
加圧部材として断熱材の仕切り及び空洞部を設けていないものを用いた以外は実施例3と同じ条件でポリアミド樹脂製丸棒を成形し、加圧部材先端の温度及び米粒状の白結晶の発生深さを測定した。その結果を表1に示す。 A polyamide resin round bar was molded under the same conditions as in Example 3 except that the pressurizing member was not provided with a partition of a heat insulating material and a cavity, and the temperature of the tip of the pressurizing member and the rice granular white crystals The generation depth was measured. The results are shown in Table 1.
表1の結果から実施例1〜3においては米粒状白結晶の発生深さが最も大きい実施例1でも8mmの寸法におさまっているのに対して、断熱材の仕切り及び空洞部も設けていない比較例1では20mmの範囲にまで米粒状白結晶が発生しており、本発明の効果を確認することができる。 From the results of Table 1, in Examples 1 to 3, the generation depth of rice granular white crystals is the largest in Example 1, but the size is 8 mm, but there is no insulation partition or cavity. In the comparative example 1, the rice granular white crystal | crystallization has generate | occur | produced to the range of 20 mm, and can confirm the effect of this invention.
本発明は、重合性ラクタム液を金型内で重合させて成形を行う注型ポリアミド樹脂成形体の製造に関して、重合収縮によるひけを防止するために重合中に加圧部材で加圧しながら成形する方法で、加圧部材から熱が逃げるのを防止し、成形体の結晶化の不均一による不良の発生を解消したポリアミド樹脂成形体の製造方法及び製造装置に適用することができる。 The present invention relates to the production of a cast polyamide resin molded body in which a polymerizable lactam solution is polymerized in a mold and molded while being pressurized with a pressure member during polymerization in order to prevent sink due to polymerization shrinkage. The method can be applied to a method and an apparatus for producing a polyamide resin molded body in which heat is prevented from escaping from the pressure member and generation of defects due to non-uniform crystallization of the molded body is eliminated.
1 筒状金型
2 原料押圧部
3 金型移動部
11 原料注型部
14 底蓋
22 シリンダー
23 支持台
24 加圧部材
24a 上部
24b 下部
26 断熱部
26a 空洞部
26b 断熱材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
9. The apparatus for producing a polyamide resin molded body according to claim 7, wherein the heat insulating material is at least one material selected from polytetrafluoroethylene, polyetheretherketone, and asbestos.
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JP2004053346A JP2005238716A (en) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Manufacturing method and apparatus of polyamide resin molded body |
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