JP2005504658A - インモールドコーティング射出成型された熱可塑性基体の最適化 - Google Patents

Abstract

本発明は、それらに結合された熱硬化性コーティングを有する、射出成型された熱可塑性ワークピースを生産するプロセスであって、密閉された型内に、融点以上に加熱された、たとえばポリオレフィンのような熱可塑性材料を導入し、該材料を成型してワークピースを形成し；ワークピースをその溶融温度未満に冷却し、閉じられた型内に熱硬化性コーティングを導入し、ワークピースの表面の少なくとも一部を被覆する工程を有する。型は開かれ、コーティング組成物が少なくとも部分的に硬化した後、ワークピースが回収される。本発明は上記方法により形成された物品にも関する。

Description

【技術分野】
【０００１】
この出願は、ポリオレフィン物品のインモールドコーティング方法として、２０００年７月１２日に出願された、米国特許出願番号０９／６１４、９５３の一部継続出願である。
【０００２】
技術分野
本発明は、インモールドコーティングされた熱可塑性のワークピースを生産する方法に関する。
より詳細には、本発明のプロセスは、熱可塑性ポリマー物質を射出成形して基体を形成し、その後、基体がその融点以下になったら直ちに、コーティング物質を一定のクランプ圧に維持された基体を保持する密閉モールド中に射出し、基体表面の少なくとも一部をコーティング物質で被覆することを含む。基体およびインモールドコーティングは既知の射出成形技術を使用して、型内へ導入される。
【０００３】
本発明の背景
成型されたプラスチック部品、特に自動車およびトラック車体パネルのインモールドコーティング（それは時々「ＩＭＣ」と呼ばれる）は、広く用いられている、商業的に受け入れられた生産様式である。現在まで、商業的に受け入れられたアイテムはほとんどすべて、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）基体を使用して、圧縮成形によって作られていた。最も広く使用されていたプロセスは米国特許４，０７６、７８８に記述されたものである。一般にそれらに使用されるインモールドコーティング物質は米国特許５，６５８、６７２； ５、６１４，５８１； および５，７７７、０５３に記述されたタイプのものである。
【０００４】
上記のプロセスおよび材料を使用して製造された部品は一般に比較的大きく、比較的平らである。これは、圧縮成形部品にコーティングを適用する際の固有の制約によるものであり、有用な場合を比較的わずかな部品に制限していた。
【０００５】
比較的最近まで、商業的に受け入れ可能なインモールドコーティング射出成形技術がなかった。しかしながら、最近、係属中の米国特許出願０９／６１４，９５３に、本発明の発明者のうちの数人によって開発された射出成形技術およびこのプロセス中で使用されるインモールドコーティングについて十分に記述されている。
【０００６】
射出成形に関する別のインモールドコーティングプロセスが米国特許６，１８０，０４３Ｂ１に記述されている。このインモールドコーティング法は多段階に変化するクランプ圧を用いる。このプロセスでの圧力の変化のシナリオは時間を消費し、従って、それが実行されている成型機のスループットを減少させる。
言いかえれば機械スループット、すなわち、単位時間あたりに生産される物品の数を最大限にできない。
【０００７】
発明の要約
本発明は、それらに結合されたコーティングを有する熱可塑性ワークピースを生産するプロセスであって、充填圧力を用いて、一定のクランプ圧に維持された密閉された型内に、融点以上に加熱された、たとえば、ポリオレフィンのような熱可塑性材料を、型が実質的に満たされるまで射出し、充填圧力を用い、型を完全に該材料で満たしてワークピースを形成し、前記熱可塑性プラスチック材料を成型圧力下に維持して冷却し；ワークピースがその溶融温度（これはしばしば融点とも呼ばれる）に冷えた直後、コーティング組成物を密閉型内に射出し、ワークピースの表面の少なくとも１部と接触させる。型は開かれ、コーティング組成物が少なくとも部分的に硬化した後、ワークピースが回収される。
【０００８】
その上にインモールドコーティングされた熱可塑性の基体の製造方法が開発された。本発明の方法により、基体またはワークピースのインモールドコーティングであって、コーティング組成物が成形中によいフローおよび隠蔽性を有し、良好な接着、均一な色、よい表面品質を有し、また、必要ならば、よいペインタビリティを有するものを得ることができる。
【０００９】
そのままで最終用途での使用にふさわしいか、または最小の表面後処理しか必要としない、完成されたワークピースを形成するための、基体がインモールド組成物でコーティングされることができる射出成形プロセスを提供することが本発明の目的である。
別の目的は高価な射出成形設備の生産量を最大限にすることである。
ペンキあるいは他のコーティングをその上に施すためにワークピースを前処理する時間およびコストを排除することが本発明のさらなる目的である。
本発明のさらなる目的は、たとえば、高光沢、硬さ、良好な接着および良好な耐候性のような、塗料特性を有する、インモールドコーティングされた外観を有するワークピースを提供することである。
本発明のさらなる目的は、成型中に良好なフローおよび隠蔽性を有し、良好な接着、均一な色、耐久性、耐候性、良好な表面の特質および良好なペインタビリティを有する、インモールドコーティングを有するワークピースを提供することである。
【００１０】
射出成形
射出成形は、既知の、恐らくプラスチック成形品を生産する最も広く用いられている方法である。典型的なプロセスでは、ペレット、顆粒または粉末のプラスチックがホッパーから加熱シリンダーに供給される。そこで、それは、通常スクリューによって熱したシリンダー内を強制的に通過させることにより柔らかくされる。その後、柔らかくなったプラスチックは、多くの場合ラムとしてスクリューを使用することにより密閉された型に射出される。プラスチックが、歪みなしに型から取り除くことができる状態になるまで、圧力は型とプラスチックに対して維持される。
【００１１】
プラスチックが射出される型は２つの部分からなる；１つは静止され、もう１方は可動である。キャビティーは、一般に第１の半型（ｍｏｌｄ ｈａｌｆ）の上に第１の表面を持っており、その上に成形品の外面または仕上面が形成される。そして対応する、あるいは相対する第２の表面が第２の半型で形成される。型は、通常あらかじめ決定されたタイミングサイクルを使用して、機械的にあるいは油圧で開閉される。静止している半分は、通常キャビティーセクションを収容し、射出機械のシリンダーの射出セクションに接する固定盤にマウントされる。可動な半型が通常、コアとエジェクタ機構を保持する。型が閉じた位置にある時、プラスチック材料の射出が圧力下で行われる。プラスチックの射出中に型を閉じておくために用いられるクランプ圧力は、プラスチックを射出する圧力よりも大きくなければならない。
【００１２】
射出成形機は、射出ラムの完全な１ストロークで型に注入することができる、均一に加熱されたプラスチックの最大オンスによってしばしば評価される。ショットは、典型的には約１０から２６０オンスまでの範囲であるが、より小さいか、より大きくてもよい。機械能力測定の別の方法は、通常トンにおける、高圧射出中に型を閉じたままに保持するのに利用可能なクランプ力によるものである。通常の射出成形圧力は１０，０００〜３０，０００ｐｓｉの範囲である。
ほとんどの射出成形機は水平である。しかし、いくらかは垂直のタイプである。別の機械の態様は、いわゆる２段階射出ユニットである。
【００１３】
機械の別の本質的な部品は、型を開閉し、完成部品をエジェクトし、さらに成型される物質のキャビティーへの射出により生ずる圧力の増加の間に型が開かないようにするためのクランプアセンブリーである。現在使用されているクランプ装置は機械式、油圧式、またはハイドロメカニカルである。最もしばしば使用されるタイプはトグルクランプである。このセットアップにおいては、射出に先立って、クランプ中の機械的なリンクが破られるかまたはアントグルされ、型が開かれる。その後、圧力が加えられ、リンクを有効にし、型を閉じ、最も伸びた箇所で、リンクは純粋な機械的な圧力が型を閉じた状態に保持する位置になる。ハイドロエレクトリッククランプおよびハイドロメカニカルクランプも使用されてもよい。
インモールドコーティングを射出することができれば、任意のタイプの射出成形機を使用して本発明を行うことができる。
【００１４】
本発明の実施は、上記のように成型された基体の少なくとも１つの部分上に、一般にインモールドコーティング（ＩＭＣ）と呼ばれる別の高分子材料の適用を必要とする。それを適用するために必要とされる付加装置は、第２のインジェクターであり、そのＩＭＣ射出ノズルは好ましくはツールパーティングライン内および半型のどちらかに好ましく位置し、および好ましくは、エジェクタシステムおよび熱可塑性物質射出ゲート、あるいはスプルーと相対する半型に位置する。キャビティーは、さらに第１と第２組成物インジェクターが型にそれらのアウトプットを射出することを可能にするために個別のオリフィスを含んでいる。インジェクターは可動な半型に位置してもよいし、または静止している半型に位置してもよい。ＩＭＣは、ノズルを通して、キャビティーに、および基体の表面上に直接射出される。いくつかの例では、基体の複雑さのために１より多くのノズルが、基体ポリマーおよびＩＭＣのどちらかあるいは両方を射出するために必要とされる場合がある。全成形作業中に、型がしっかりと閉じた状態、すなわち、ロック位置に維持され、基体またはＩＭＣのどらも漏出がないようにすることが必須である。
【００１５】
加工変数の精密制御は好結果の成形にとって不可欠である。機械制御は、たとえば、温度、時間、速度、油圧と溶融圧力および要素の位置のような関数を正確に管理する。これは様々な機械関数を統合することができ、クランプ、射出ユニット、インジェクターメカニズム、および付随的な設備のすべての操作を扱うセットアップを制御し、モニタリングする単一のシステムとすることができるマイクロプロセッサーおよびマイクロコンピュータを使用して通常遂行され、それらは詳細に以下で議論される。
以下においてより詳細に議論されるように、射出成形は事実上すべての熱可塑性樹脂について実行することができる。
【００１６】
ＩＭＣ
本発明のプロセスはインモールドコーティングを利用する。それらの多くは商業的に利用可能である。そのようなコーティングとしてはＧｅｎＧｌａｚｅ（登録商標）、およびＳｔｙｌｅｃｏａｔ（登録商標）（オムノバソリューションズ社から利用可能な外観用インモールド塗料）などがあげられる。これらおよび他のコーティングは当該技術分野においてよく知られている。アクリル樹脂塗料の主な利点は、熱、光酸化および加水分解に対する高度の抵抗性であり、優れた保色性、脆化に対する抵抗および外部耐久性を有するコーティングを与える。２〜３の平均官能基を有する低分子量アクリル樹脂であって、官能基を持たないかただ一つの官能基を有する分子をほとんど含んでいないものが、本発明において有用である。
【００１７】
さらに、エポキシ樹脂は本発明に有用である。エポキシ樹脂の主要な用途は、２パッケージの下塗中の成分としてのものである。１方はエポキシ樹脂を含み、他方は多官能性アミンを含んでいる。アミン末端ポリアミドは、しばしばアミド−アミンと呼ばれ、広く使用される。好ましいエポキシ樹脂は、少なくとも２つのアクリレート基および少なくとも１つの共重合可能なエチレン性不飽和モノマーを有するエポキシベースのオリゴマーと、−ＣＯ−、−ＮＨ２−、ＮＨ、および／または−ＯＨ基を有する少なくとも１つの共重合可能なモノエチレン性不飽和化合物である。
【００１８】
本発明は、さらにたとえば、アルキド樹脂、ポリエステル、ウレタンシステム、アミノ樹脂、フェノール樹脂およびシリコーン樹脂のような他の樹脂コーティングの使用も企図する。たとえば、Ｋｉｒｋ Ｏｔｈｍｅｒ、化学技術辞典（１９９３年、第４版）、ｐｐ．６７６−６９０を参照。
【００１９】
５つの成分、すなわち、
１） 飽和脂肪族ポリエステル中間体ウレタン
２） 脂肪族のポリエーテル
３） 脂肪族または脂環式の部分（メタ）アクリレート
４） ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート
５） ビニル置換芳香族
を含むインモールドコーティングが、本発明の実施において特段の有用性を有することが見い出された。
【００２０】
本発明の実施に有用なインモールドコーティング組成物は以下のように調製される。ポリエステルウレタンアクリレートはスチレンのようなビニル置換芳香族モノマー、たとえばイソボルニルアクリレートのような飽和脂肪族または脂環式（メタ）アクリレート、およびたとえばヒドロキシプロピルメタクリレートのようなヒドロキシアルキルメタクリレートと混合される。これらの化合物が混合された後、フィラーおよび、たとえば、硬化インヒビター、光安定剤、潤滑剤などの添加剤が加えられ混合される。フリーラジカル生成開始剤は最後に加えられる。ポリオールのポリアクリレートエステルは、サプライヤーからのポリエステルウレタンアクリレート中に存在することができる。このインモールドコーティング組成物は硬化の後に透明である。
【００２１】
本発明で使用することが企図されたコーティングはすべて、所望の色、色調、色相あるいは不透明度を得るために、所望のまたは有効な量の、ピグメント、着色剤などの利用により着色することができる。ピグメント、ピグメント分散液、着色剤などは当該技術分野においてよく知られており、例えば、グラファイト、二酸化チタン、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、フタロシアニンレッド、クロムおよび酸化鉄（ＩＩＩ）、アルミニウムあるいは他の金属フレークなどがあげられる。
【００２２】
特定の色のインモールドコーティングが所望の場合、１つ以上のピグメント、着色剤などを適当な量で利用することができる。公知のように、しばしば、それらが容易にブレンドすることができるように、様々なピグメントあるいは着色剤がキャリヤー（例えばポリエステル）に加えられる。任意の適当な混合容器を利用することができ、また、種々の成分および添加剤が、化合物がブレンドされるまで混合される。ピグメントが混合物に含まれていなくても、この時点での混合物は透明ではない。
【００２３】
本発明中で利用されることのある上記のインモールドコーティング組成物のすべては、当該技術分野において公知の量において、他の添加剤およびフィラーなどを含んでもよい。例えば、様々な硬化インヒビター、たとえば、ベンゾキノン、ヒドロキノン、メトキシヒドロキノン、ｐ−ｔ−ブチルカテコールなども使用することができる。他の添加剤としては、たとえばコバルトオクトエートなどの促進剤を含んでもよい。促進剤の他のクラスとしては亜鉛、あるいは他の金属のカルボン酸塩があげられる。様々な光安定剤、たとえば様々なヒンダードアミン（ＨＡＬＳ）、置換ベンゾフェノン、および置換ベンズトリアゾールなども使用できる。潤滑剤と離型剤は一般に使用され、具体例としては、ステアリン酸亜鉛あるいはステアリン酸カルシウムなどの種々のステアリン酸金属塩、およびホスホン酸エステルがあげられる。たとえば、タルクのような強化フィラーを利用することができる。他の添加剤としては硬化剤、たとえばシリカのようなチキソトロープ、およびたとえばポリ酢酸ビニルのような接着剤があげられる。
【００２４】
本発明によって企図されたインモールドコーティングのうちのいくつかは、たとえば過酸化物のようなフリーラジカル開始剤の利用により鎖伸張される。適当なフリーラジカル開始剤の例としては、ターシャリーブチルペルベンゾエート、ジアリルフタレート中のターシャリーブチルペルオクトエート、ジメチルフタレート中の過酸化ジアセチル、過酸化ジベンゾイル、ジブチルフタレート中のジ（ｐ−クロロベンゾイル）ペルオキサイド、ジブチルフタレート中のジ（２，４−ジクロロベンゾイル）ペルオキサイド、ジラウロイルペルオキサイド、メチルエチルケトンペルオキサイド、ジブチルフタレート中のシクロヘキサノンペルオキサイド、３，５−ジヒドロキシ−３，４−ジメチル−１，２−ジオキサシルシクロペンタン、ｔ−ブチルペルオキシ（２−エチルヘキサノエート）、カプリリルペルオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルペルオキシ）ヘキサン、１−ヒドロキシシクロヘキシル ヒドロペルオキシド−１、ｔ−ブチルペルオキシ（２−エチルブチレート）、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、クミルヒドロペルオキシド、過酸化ジアセチル、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、ジ−ｔ−ブチル ペルオキサイド、３，５−ジヒドロキシ−３，５−ジメチル−１，２−オキサシクロペンタン、および１，１−ビス（ｔ−ブチル−ペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサンなど、並びにそれらの混合物があげられる。異なる温度でそれらの異なる分解速度および分解時間の利点を得ために開始剤の混合物を使用することは時々望ましい。使用される好ましい開始剤はターシャリーブチルペルベンゾエートである。
【００２５】
本発明の非水性用途に有用なアゾ開始剤としては、次のものがあげられる：
２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルペンタンニトリル）；２，２’−アゾビス（２−メチルプロパンニトリル）；２，２’−アゾビス（２−メチルブタンニトリル）；１，１’−アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）；２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２、４−ジメチル−バレロニトリル）；ジメチル−２，２’−アゾビスイソブチレート；２−（カルバモイルアゾ）−イソブチロニトリル；２，２’−アゾビス（２，４，４−トリメチルペンタン）；２−フェニルアゾ−２，４−ジメチル−４−メトキシ−バレロニトリル；および２、２’アゾビス（２−メチルプロパン）。
【００２６】
開始剤は、使用される任意のインヒビターのすべての影響を克服し、エチレン性不飽和化合物の硬化を引き起こすに十分な量で使用されるべきである。一般に、過酸化物開始剤は、インモールドコーティング組成物中に使用されるすべてのエチレン性不飽和成分の合計重量に基づいて、最大約５％、または約０．２５から約５％まで、望ましくは約０．５％から約２％まで、好ましくは約０．５％から約１％までの量で使用される。
【００２７】
本発明のプロセスは、開始剤の存在下での、インモールドコーティング組成物の反応を企図する。本発明のプロセスでは、使用される開始剤の活性化温度は基体の溶融温度未満である。これらの開始剤は、形成された基体を含む密閉された型内にＩＭＣが射出されるまで、フリーラジカル開始剤を「キックオフ」しない。その時に、基体はその溶融温度以下の温度に冷却されている。
【００２８】
基体として使用される熱可塑性物質の溶融温度と、インモールドコーティングの中で使用される開始剤の半減期の間には関係がある。開始剤の特定の温度での半減期は、基体熱可塑性物質の溶融温度より下の温度でそれがインモールドコーティングの反応を行い、コーティングされたワークピースが型から取り除かれる前に、反応が実質的に完了することを可能にするものでなければならない。
【００２９】
基体
本発明の実施における基体として有用な樹脂は多種多様であるが、熱可塑性でなければならない。ただ一つの要求は、基体樹脂が、市販装置での射出成型になじむことである。本発明の実施に有用な樹脂としては、ＰＥＴまたはポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ＰＢＴまたはポリブチレンテレフタレート、およびＰＢＴのアロイ、ポリプロピレン、ポリウレタン、ＡＢＳまたはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、ＰＶＣまたはポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリカーボネート、ＰＰ／ＰＳまたはポリプロピレン・ポリスチレンアロイ、ポリエチレン、ナイロン、ポリアセタール、ＳＡＮまたはスチレン・アクリロニトリル、アクリル、セルロース化合物、ポリカーボネートアロイ、およびＰＰまたはプロピレンのアロイがあげられる。これらの材料の他のコンビネーションが使用されてもよい。先のリストは、網羅的なものではなく、本発明の実施に有用な様々な材料の単なる例示である。
【００３０】
以下の表１に明記したものは、本発明の実施に有用な多くの熱可塑性物質の溶融温度（プラスチックダイジェスト、２０版、第１巻）である。混合物が使用される場合、あるいは具体的なポリマーの溶融温度が利用可能でない場合、それはＡＳＴＭ Ｄ３４１８を使用して決定されることができる。
【００３１】
【表１】

【００３２】
発明の詳細な説明
本発明の実施に有用な典型的な成型装置は、詳細に以下に記述される。図面を参照するに際し、すべての図面について同様の数字は同様の又は対応する部分を示し、成型装置は図１の中に示され、一般に１０のように設計される。成型装置１０は静止または固定した位置にとどまる第１の半型２０、および可動な第２の半型３０を有する。
図１は開いた位置での２つの半型を示す。第１の半型と第２の半型が適合され、キャビティー４０とすべり噛み合いまたは入れ子にされる。２つの半型が、表面２４および３４に沿って噛み合い、２つの半型が閉じた位置にある時、パーティングライン４２を形成する。クランプメカニズム７０とクランプアクチュエーター７２の運動、たとえば、公知のような油圧または機械的なアクチュエーターを介する運動により、可動の半型３０は、第１または固定した半型２０に対して水平な軸に沿ってほぼ往復運動する。クランプメカニズム７０によって加えられるクランプ圧力は、成形中に生成された圧力より大きい作動圧力を持っている。
【００３３】
図２では、２つの半型２０と３０は近接した位置で示され、ワークピース３５をパーティングライン４２に沿って、接するかまたは噛み合って含む。図示されるように、キャビティは断面を示す。キャビティのデザインは、成型される最終生成物により、サイズおよび形が非常に異なることができる。キャビティは第１の半型の上に第１の表面４４を有し、その上に物品のショー表面（ｓｈｏｗ ｓｕｒｆａｃｅ）が形成される。そして１つの、対応するまたは反対側の第２のまたはノンショー（ｎｏｎ ｓｈｏｗ）表面が、第２の半型の上の表面４６に形成される。キャビティは、さらに１より多いインジェクターを通って射出を許容する別個のオリフィスを含むことができる。
【００３４】
図１に示されるように、第１の組成物インジェクター５０は、当該技術分野における当業者に公知の典型的な射出成型装置であり、それはキャビティの中へ熱可塑性または熱硬化性組成物を射出することができる。第１の組成物インジェクターは「バックオフ」位置で示される。しかし、これは水平方向に動くことができ、ノズルまたは樹脂出口５８が半型２０と噛み合い、キャビティ４０内へ射出することができることが容易に理解できる。例示のみの目的のために、図１の中の第１の組成物インジェクターはレシプロケーティングスクリュー機械であり、ここで第１の組成物はホッパー５２に置かれることができ、回転するスクリュー５６は組成物を加熱された押し出しバレル５４を通して動かし、ここで物質はその融点以上に加熱される。材料がバレルの端に集まると、スクリューは射出ラムの役割をし、ノズル５８を通して押し出し物を型内へ入れる。ノズルは、一般にスクリューへの逆流を防ぐためにノズルかスクリューチップに逆止弁を有する。ノズルは、さらに温度を良好に制御し、それにより押し出し物の流動特性を制御するために、加熱又は冷却手段を有することができる。
【００３５】
形成される部分のサイズおよび／または複雑さのために、いくつかの例では、押出物は２つ以上の位置から型に射出される場合がある。このマニホールドを通る押出物の流動をコントロールするために、それをより容易、あるいは急速に流れさせるために押出物を熱することが必要な場合がある。これらのマニホールド通路はホットランナーあるいはマニホールドシステムと呼ばれる場合があり、図３に詳細に示される。
【００３６】
第１の組成物インジェクターは、図１の中で示される実施態様に制限されることは意図されず、キャビティに熱可塑性または熱硬化性の組成物を射出することができる任意の装置でありえる。適当な射出成形機はＣｉｎｃｉｎｎａｔｉ Ｍｉｌａｃｒｏｎ、Ｂａｔｔｅｎｆｅｌｄ、東芝、Ｅｎｇｅｌ、Ｈｕｓｋｙその他から利用可能である。
【００３７】
操作においては、第１の組成物８０の前もって決定された量が、第１の組成物インジェクター５０からキャビティに射出され、基体またはワークピースを形成する。
【００３８】
キャビティの中で第１の組成物から形成された基体は、少なくとも１つのショー表面８２および反対の表面８４を持っている。その後、インモールドコーティング組成物である第２の組成物９０が、第２のインジェクター６０からキャビティへ導入される。この射出は本発明の実施の範囲であり、先に射出された材料が冷却し始めた後に始められる。この時間は、以下においてより詳細に記述されるように、あらかじめ決定されている。図２の中で示されるように、第２のインジェクター６０は、第１の組成物インジェクター５０を含んでいない半型内に位置する。より詳細には、第１の組成物インジェクター５０は固定された半型２０に位置し、第２の組成物インジェクターは可動の半型３０に位置する。
【００３９】
図２の中で示されるように、インモールドコーティング組成物９０はノズル６２を通してキャビティ４０内に射出される。インモールドコーティングが適用される前に型が開かれず、クランプが緩められないことを銘記することは重要である。すなわち、２つの半型はパーティングラインを維持し、両方の組成物の射出中に閉じた位置に保持される。
インモールドコーティング組成物は広がり、基体のショー表面８２の前もって決定された部分または領域をコーティングする。
【００４０】
図３は、図１に示される一般的な設計の仮想の第１または静止している半型を示す。図面は型の内部の典型的なランナーシステムを描き、これはキャビティ内へのプラスチックのデリバリーに使用され、本発明の実施においてどちらも使用できる２つのタイプのゲート（すなわちホットチップおよびバルブゲートと呼ばれるもの）を示す。図１では、１００は半型である。製造されたポリマーは、射出ユニットからブッシング１１２を介してデリバリーされる。ホットチップシステムは１６０により示され、およびバルブゲートシステムは１７０により示される。キャビティープレート１１０は形成される部品に隣接する型の部分である。ノズルチップ絶縁体は、１１４により示され、その機能はキャビティープレートがヒートシンクの役割をするのを防ぐことである。さらに、ノズルヒーター１１５は、射出されるプラスチックの正確な温度を維持するシステムの一部である。
【００４１】
マニホールドヒーター１１８は、マニホールドを熱く維持する機能を有する。スプルー絶縁体１２０は、温度メンテナンスシステムの一部として機能する。ノズルチップ１２２は型内へプラスチックがデリバリーされる実際の場所であり、ノズルハウジング１２４内に位置する。使用されているポリマーによって要求されるように、加熱または冷却のために水または油が循環される冷却管は１２６および１２８により示される。マニホールドヒーター１３０、ノズル絶縁体１３２およびエアギャップ１３４はすべて、温度メンテナンスシステムの一部である。ロケーティングリング１３６は射出ノズルに対して型を所定位置にするために使用される。スプルーヒーター１３８はスプルーブッシング１４２の上に置かれる。マニホールド１４０は一般に全体のシステムの主要素または基礎である。バルブゲート１４４はノズルチップ１２２のためのデリバリーシステムの一部である。空気開放配管１５０および空閉止配管１４８によりそれは動かされる。圧力変換器１８０は型内の圧力を測定し、１よりも多いそのような変換器が一般に使用される。温度変換器１８２は型の中の温度を決定するために使用される。１よりも多いそのような変換器が一般に使用される。
【００４２】
発明の実施は、特別のタイプの樹脂デリバリーシステムに依存せず、現在商業的に使用されているシステムのうちのすべてを使用することができる。
【００４３】
本発明の実施において、基体を作るために使用されるプラスチックの型内への射出は、３段階のプロセスとしてとらえることができる。第１段階は初期は通常高圧射出と呼ばれる。型の中への射出機械からのプラスチックの射出に使用される最適の圧力は実験的に決定されるが、型がそのキャパシティーの少なくとも約７５パーセントまで充填されるように、十分に大きくなければならない。加圧時間、プラスチック用金型サイズおよび配置はすべて決定できる要因である。一般に、フラッシュが型のパーティングラインで認められるまで、圧力は増加させられる；その後、それはわずかに減少される。
射出の次の段階は充填射出と呼ばれる。それも一連の実験により決定しなければならず、その終了時に、キャビティがそのキャパシティーの少なくとも９９パーセントが充填される大きさでなければならない。
【００４４】
その後、射出圧力は減少される。この段階は射出ホールドと呼ばれ、他の２つの段階でのように実験によって決定される。機能はワークピースを歪まないようにすることである。
【００４５】
発明の実施では、特定の型、特定の基体材料および特定のＩＭＣを使用して、与えられた機械で、使用される最高のマシンコンディションを決定することは重要である。機械のセットアップにおいて、最小の時間で許容可能な部品を生産するために多くの変数を相互に関連づけなければならない。
【００４６】
圧力、時間および射出機械の他のセッティングは型の配置、すなわち．製造される部品の形状および使用される高分子材料に応じて変わる。これらおよび射出プロセスの他の重要な運転変数を最適化するために、型および具体的な高分子材料について一連の実験を実行することが必要である。すべての任意の型の容積は計算することができる。この計算およびポリマーの密度に基づいて、チャージのサイズは決定することができる。異なる機械変数は、最小の時間で型を完全に充填する最適値が決定されるまで試験される。好ましくは、これらの実験では、様々な機械変数、たとえば射出速度および圧力を変更しつつ、圧力および／または温度を測定する変換器が型に取り付けられる。
【００４７】
射出された樹脂の量における変化が、チャージの全重量の１．５％まで許容できることは当該技術分野において公知である。ひとつには樹脂が圧縮することができるのでそのような変化が生じ、許容可能な部品がこの範囲内で生産される。当該技術分野の中で知られているように、新しい部品の射出成形において最適の運転変数の決定は、基本的に試行錯誤である。熟練技能者が、何が必要かに関してある考えを持っているかもしれない一方、彼／彼女は、それにもかかわらず新たなセットアップについてある量のスクラップを生成する覚悟をしていなければならない。選択はこれらの変数、例えばバレル温度、成型温度、射出圧最大限界、射出保持圧力、射出速度、充填時間および保持時間について行なわれる。最高の調節は、微妙に調整されることができる操作可能な条件を一括して扱う努力により行われる。
【００４８】
多くの基体材料に関して最適のマシンセッティングを決定するために、一連の実験が、８５０トン油圧クランプのＣｉｎｃｉｎｎａｔｉ Ｍｉｌａｃｒｏｎの射出成形機を用いて行われた。最適の結果を生ずると分かった基体材料およびマシンセッティングは、以下の表２に示される。上記のように、これらのセッティングは、一括された方法を使用する試行錯誤により得られた。
【００４９】
この方法の中で使用される型は、自動車エンジン用のバルブカバーに類似している。本質的に、それは折り返された側面を有する開いた箱の形である。
【００５０】
【表２−１】

【００５１】
【表２−２】

１：Ｔｉｃｏｎａ社製の３０％ガラス充填されたポリエステル
２：Ｔｉｃｏｎａ社製のＰＰＳ
【００５２】
【表３−１】

【００５３】
【表３−２】

１：Ｔｉｃｏｎａ社製のＰＰＳ
２：ゼネラルエレクトリック社製のＰＣ／ＰＢＴアロイ
３：ノバケミカル社製のポリスチレン
【００５４】
必ずしも別の機械でこれらの結果を使用することができるとは限らない。むしろ、新しい一連のテストが必要であろう。さらに、これは、異なる型あるいは異なる基体の場合にも真実であり、類似の試験が、最適条件を見つけるために実行されることが必要であろう。
【００５５】
その後、基体の生産のための運転パラメーターを決定して、適当な表を参照するかまたは測定により基体の溶融温度を決定し、その結果、ＩＭＣが適当な時間に射出されるようにしなければならない。図３に関して上述された変換器の使用によって、成型された基体が溶融温度にいつ到達するか決めることが可能である。
これは、基体の温度が基体の溶融温度にいつ達するか示すために変換器を使用することにより遂行される。あるいは、圧力についての観察により、溶融温度を間接的に決定することができる。すなわち、成形品がその溶融温度に達する時、それが多少収縮し始め、それにより圧力が減少する。上記のように、溶融温度は個々の異なる高分子材料について異なる。
【００５６】
変換器が生産の中で日常的に使用されないので、溶融温度に到達し、ＩＭＣの射出が始まる時は、時間によりコントロールされる。すなわち、型が閉じられてから基体がその溶融温度に達するまでの時間が決定され、ＩＭＣの射出のスタートをコントロールするために使用される。
【００５７】
実施例
基体としてＩｍｐｅｔ ４３０、およびＩＭＣとしてＳｔｙｌｅｃｏａｔ Ｘプライマーを使用して一連の実験が実行された。型が閉じられた後５０秒後には、Ｉｍｐｅｔ基体樹脂が十分に冷却されることが温度測定により決定された。９０秒のＩＭＣのための硬化時間を使用して３つの部品が作られた。これらの部品はよいコーティングおよびフローを示した。ＩＭＣのための時間は９０秒であった。これらの部品はよいコーティングおよびフローを示した。さらに、これらのマシンセッティングを確認するため、３３の部品が作られ、部品のすべてが許容可能だった。すなわち、すべてが良好な外観および良好な接着を有していた。型が閉じられた３０秒後にＩＭＣを射出し、６０秒だけの硬化時間を使用して、さらなるサンプルが製造された。コーティングが少ないエリアを持ったので、この部品は許容されなかった。この実施例は、前のマシンセッティングの正確さを確認する結果につながる。
【００５８】
別の一連の部品が基体樹脂としてＶａｎｄａｒ ９１１４を使用して作られた。型が閉じた後、基体樹脂は３０秒後には冷えた。これらの部品はすべてよい外観を示した。すなわち良好な均一な被覆および良好な接着を示した。
【００５９】
比較例
早すぎるかまたは遅すぎる射出と比較して、基体樹脂の表面がその溶融温度に冷却した後すぐに、適切な時間にＩＭＣを射出する必要をより明白に示すために、油圧クランプを使用して、東芝９５０射出成形機で一連の実験が行われた。基体樹脂はＶａｎｄａｒ ＡＢ７００だった。また、ＩＭＣはＳｔｙｌｅｃｏａｔだった。上に記述されるように、マシンセッティングが決定され、ＩＭＣが射出される時間、すなわち、型の閉鎖と、ＩＭＣの射出開始の間の時間（秒）を除いては同じであった。
【００６０】
【表４】

【００６１】
上記の実施例は、基体の表面温度がその溶融温度に下がる正確な時にＩＭＣを射出する必要を明白に実証する。
本発明が詳細に説明され、上記の実施例により例示されたが、これは例示の目的のためにのみ記載され、本発明の範囲を何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の成型装置の１つの実施態様の側面図である。
【図２】図２は、成型された基体を含んでおり、成型装置中での第２の組成物インジェクターの位置を示すキャビティーの断面図である。
【図３】図３は、図１の中で示されるタイプの第１または静止している型半分の仮想の断面図である。

Claims (35)

1. （ａ）射出高圧（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を用いて型内に射出する工程であって、該型は固定された半型と可動の半型を有し、該型は前記射出高圧よりも大きな一定のクランプ圧下に密閉位置に維持され、その融点以上の温度で熱可塑性物質を射出し、該型の少なくとも約７５％を満たす工程、
   （ｂ）前記射出高圧よりも低い充填射出圧（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｐａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）で、その融点または融点よりも高い温度で熱可塑性物質の型内への射出を継続し、該型は該型のキャパシティーの少なくとも９９％が満たされるまで前記クランプ圧下に密閉位置に維持される工程、
   （ｃ）熱可塑性物質を冷却しつつ保持圧力において密閉された型内に維持し、該保持圧力は前記充填射出圧よりも低く、該型は前記の一定のクランプ圧下に維持され、ワークピースを形成する工程、
   （ｄ）前記の一定のクランプ圧下に維持されている密閉された型内に、該ワークピースを形成する熱可塑性物質の表面温度がその溶融温度以下に低下した直後に所定量のインモールドコーティング物質を射出し、該ワークピースの表面の少なくとも一部を被覆する工程、
   （ｅ）前記インモールドコーティング物質が少なくとも部分的に硬化された後に、前記クランプ圧を開放し、該型を開き、前記インモールドコーティングされたワークピースを取り出す工程、
   を含む、インモールドコーティングされた熱可塑性ワークピースの形成方法。
2. 熱可塑性物質がポリエステル、ポリスチレン、ＰＢＴコポリマー、ポリプロピレン、ＴＰＵ’ｓ、ＡＢＳ、ＰＶＣ、ポリカーボネート、ＰＰ／ＰＳアロイ、ポリエチレン、ナイロン、ポリアセタール、ＳＡＮ、アクリル、ＰＣアロイ、およびＰＰアロイからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
3. インモールドコーティング物質が、熱可塑性物質の溶融温度以下の温度でフリーラジカル開始剤により硬化されることのできる熱硬化性組成物である、請求項１記載の方法。
4. インモールドコーティング物質が、熱可塑性物質の溶融温度以下の温度でフリーラジカル開始剤により硬化されることのできる熱硬化性組成物である、請求項２記載の方法。
5. 請求項１記載の方法により作られた成型物品。
6. 請求項２記載の方法により作られた成型物品。
7. 請求項３記載の方法により作られた成型物品。
8. インモールドコーティング物質がポリウレタン、エポキシアミン、およびアクリルからなる群から選択される、請求項２記載の方法。
9. 前記インモールドコーティング物質が少なくとも２つのアクリレート基および少なくとも１つの共重合可能なエチレン性不飽和モノマーを有するエボキシベースのオリゴマー、および少なくとも１つの共重合可能なモノエチレン性不飽和化合物であって、−ＣＯ−基、および−ＮＨ２−、−ＮＨ−または−ＯＨ−基を有するものをさらに含むエポキシ樹脂を含む、請求項４記載の方法。
10. 前記インモールドコーティング物質が、飽和脂肪族ポリエステルウレタン中間体、飽和（シクロ）脂肪族（メタ）アクリレート、１以上のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、アルキレンポリオールのポリアクリレートエステル、１以上のビニル置換芳香族からの少なくとも１つのアクリルオリゴマー、および該コーティング組成物中でフリーラジカルを生成することのできる開始剤を含む、請求項４記載の方法。
11. 前記飽和（シクロ）脂肪族（メタ）アクリレートが、前記インモールドコーティング物質中に、該ポリエステルウレタンアクリレートの合計１００重量部あたり約２０から約１００重量部の量で存在する、請求項１０記載の方法。
12. 前記飽和（シクロ）脂肪族（メタ）アクリレートが、前記インモールドコーティング物質中に、該ポリエステルウレタンアクリレートの合計１００重量部あたり約５０から約８０重量部の量で存在する、請求項１０記載の方法。
13. 前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートが、前記インモールドコーティング物質中に、該ポリエステルウレタンアクリレートの１００重量部あたり約２から約２０重量部の量で存在する、請求項１０記載の方法。
14. 前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートが、前記インモールドコーティング物質中に、該ポリエステルウレタンアクリレートの１００重量部あたり約８から約１２重量部の量で存在する、請求項１０記載の方法。
15. 前記ビニル置換芳香族が、前記インモールドコーティング物質中に、該ポリエステルウレタンアクリレートの１００重量部あたり約１０から約７０重量部の量で存在する、請求項１０記載の方法。
16. 前記アルキレンポリオールのポリアクリレートエステルが、前記インモールドコーティング物質中に、該ポリエステルウレタンアクリレートの１００重量部あたり約１０から約４０重量部の量で存在する、請求項１０記載の方法。
17. 前記アルキレンポリオールのポリアクリレートエステルが、前記インモールドコーティング物質中に、該ポリエステルウレタンアクリレートの１００重量部あたり約２０から約３０重量部の量で存在する、請求項１０記載の方法。
18. 前記インモールドコーティング物質組成物がグラファイト、二酸化チタン、カーボンブラックおよびタルクを含む、請求項１０記載の方法。
19. 前記飽和（シクロ）脂肪族（メタ）アクリレートがイソボルニルアクリレートである、請求項１０記載の方法。
20. 前記ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートがヒドロキシプロピルメタクリレートである、請求項１０記載の方法。
21. 前記アルキレンポリオールのポリアクリレートエステルが、ヘキサンジオールアクリレートである、請求項１０記載の方法。
22. 前記開始剤が、ターシャリーブチルペルベンゾエート、ターシャリーブチルペルオクトエートおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１０記載の方法。
23. 前記開始剤が、ターシャリーブチルペルベンゾエートである、請求項２２記載の方法。
24. 前記開始剤が、ペルオキサイド化合物を含む、請求項１０記載の方法。
25. 前記開始剤が、アゾ−開始剤を含む、請求項１０記載の方法。
26. 前記ペルオキサイド化合物が、ジメチルフタレート中の過酸化ジアセチル、過酸化ジベンゾイル、ジブチルフタレート中のジ（ｐ−クロロベンゾイル）ペルオキサイド、ジブチルフタレート中のジ（２，４−ジクロロベンゾイル）ペルオキサイド、ジラウロイルペルオキサイド、メチルエチルケトンペルオキサイド、ジブチルフタレート中のシクロヘキサノンペルオキサイド、３，５−ジヒドロキシ−３，４−ジメチル−１，２−ジオキサシルシクロペンタン、ｔ−ブチルペルオキシ（２−エチルヘキサノエート）、カプリリルペルオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルペルオキシ）ヘキサン、１−ヒドロキシシクロヘキシル ヒドロペルオキシド−１、ｔ−ブチルペルオキシ（２−エチルブチレート）、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、クミルヒドロペルオキシド、過酸化ジアセチル、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、ジ−ｔ−ブチル ペルオキサイド、３，５−ジヒドロキシ−３，５−ジメチル−１，２−オキサシクロペンタン、および１，１−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２４記載の方法。
27. 前記のコーティングされた熱可塑性ワークピースが、最終用途においてそのままの使用に適する、請求項３記載の方法。
28. 前記開始剤が、前記インモールドコーティング物質を含む成分の合計重量に基づいて、約０．２５から５重量％の量で存在する、請求項１０記載の方法。
29. 前記開始剤が、前記インモールドコーティング物質を含む成分の合計重量に基づいて、約１から２重量％の量で存在する、請求項１０記載の方法。
30. 前記熱可塑性基体がポリカーボネートアロイである、請求項３記載の方法。
31. 前記熱可塑性基体がポリエステルである、請求項３記載の方法。
32. 被覆されたポリプロピレンワークピースを含む、請求項３の方法による成型物品。
33. 結合された熱硬化性コーティングを有する成型されたポリカーボネートアロイのワークピースであって、該コーティングがさらにフリーラジカルを生成することのできる成分を含む、成型されたポリカーボネートアロイのワークピース。
34. フリーラジカルを生成することのできる成分がペルオキサイド開始剤である、請求項３３記載の成型されたワークピース。
35. 結合された熱硬化性コーティングを有する成型されたポリエステルのワークピースであって、該コーティングがさらに飽和脂肪族ポリエステルウレタン中間体、飽和（シクロ）脂肪族（メタ）アクリレート、１以上のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、アルキレンポリオールのポリアクリレートエステル、１以上のビニル置換芳香族からの少なくとも１つのアクリルオリゴマー、および該コーティング組成物中でフリーラジカルを生成することのできる開始剤を含む、成型されたポリエステルのワークピース。