JP2006224332A - 熱可塑性樹脂プレス成形型物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性の低下を最小限にできるとともに、転写性に優れ、高品質外観を有する熱可塑性樹脂プレス成形型物が得られる成型方法を提供する。
【解決手段】 熱可塑性樹脂シートをプレス成型する際に、加熱時の金型温度(T_h)をプレスする熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃高くなるように設定し、冷却後の取出し時の金型温度(T_c)を熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃低くなるように設定する（ただしT_h>T_c）ことを特徴とする、
高品質外観を有する熱可塑性樹脂プレス成形型物の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂シートのプレス成型物を製造する方法に関するものである。さらに詳しくは、外観不良が改良されたプレス成形型物の製造方法に関する。

従来、合成樹脂、特に高機能樹脂とも呼ばれるエンジニアリングプラスチックスを素材とする各種成形品が様々な製品に使用されている。さらにこれらの製品には、通常、外観部品と使用されることが多く、高いレベルの外観が要求されていることが多い。

ところが、熱可塑性樹脂シートを成形加工するプレス成形において、従来の加工法においては、金型の温度は一定温度で行われているか、または全く制御されずに行われていた。たとえば、単に、加工される樹脂の熱変形温度以下に設定されていることも多い。

なお、高いレベルの外観を有する熱可塑性樹脂成形品の製造方法として、本出願人は、射出成形加工において、特開平9-314628号公報（特許文献１）、特開平10-100156号公報
（特許文献２）、特開平10-100216号公報（特許文献３）、および特開2001-150506号公報（特許文献４）にて、特定のヒートサイクルを設けることを提案している。

しかしながら、これらの方法はすべてインジェクション成形に関するものであり、従来のプレス成型では、このような高レベルの外観を有する成形品を製造する方法は何ら提案されていなかった。
特開平9-314628号公報 特開平10-100156号公報 特開平10-100216号公報 特開2001-150506号公報

プレス成型では、加熱された軟化したシートが金型に接触した瞬間に、冷却固化され、樹脂の粘度が高くなりその部分が伸び難くなる。その結果、金型に触れていない部分と金型と接触した部分との伸びの差を生じ、成形品の肉厚が不均一となったり、型転写の不均一が生じたりし、これに起因して機械的特性、寸法、外観に不具合が生じることがあった。

均一に成型を行うために、金型の温度や樹脂温度を高めたとしても、樹脂が冷却・固化するまでの時間が必要であることから、成型サイクルが延びてしまうという欠点があった。また金型を樹脂の熱変形温度以上に設定すると、溶融樹脂が固まらず、離型できないという問題もあった。

このような情況のもと、このような課題を解決するために、本発明者は鋭意検討した結果、すなわち、成形樹脂のプレスに先立ち、金型表面温度を当該樹脂の熱変形温度またはガラス転移温度以上に高めた上でプレスし、プレス成型後後、当該金型を急冷するという、特定の加熱冷却サイクルを採用することで、生産性の低下を最小限にできるとともに、転写性に優れ、高品質外観を有する熱可塑性樹脂プレス成形型物が得られることを見出した。
(1)すなわち、本発明に係る熱可塑性樹脂プレス成型物の製造方法は、
熱可塑性樹脂シートをプレス成型する際に、加熱時の金型温度(T_h)をプレスする熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃高くなるように設定し、冷却後の取出し時の金型温度(T_c)を熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃低くなるように設定する（ただしT_h>T_c）。
(2)金型昇温手段として、熱水、水蒸気、加熱油、電気加熱体、超音波もしくは電磁誘導
から選ばれる少なくとも１種が使用され、金型冷却手段として、冷水または冷却油が使用される。
(3)金型の昇温の制御、および金型の降温の制御を、別の管路で行う。
(4)金型の昇温の制御、および金型の降温の制御を、同一の管路で行う。
(5)金型の昇温時には冷水、冷却油を止めて、熱水、加熱油を単独もしくは併用して使用
し、金型の降温時には、熱水、加熱油を止め、冷水、冷却油を同一の金型温度調整用管路に回す。
(6)熱可塑性樹脂シートが、熱可塑性樹脂シートが、ポリカーボネート、コポリカーボネ
ート、ポリカーボネートーポリエステル、環状ポリオレフィン、ポリアクリル樹脂、
ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリ（メタ）メタクレート樹脂から選択された樹脂からなる。

本発明によれば、高品質外観を有するプレス成形型物を生産性よく製造することができる。得られた成型物は、形状が綺麗で、転写性に優れ、たとえばミクロン単位のシボ面も忠実に転写されている。このため、導光板・拡散板などとして非常に優れている。

本発明に係る光学用成形型物の製造方法は、
金型キャビティ内に透明熱可塑性樹脂を射出して成形を行う光学用成形型物の成形方法において、
透明熱可塑性樹脂を、加熱時の金型温度(T_h)が射出する熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃高くなるように設定され、冷却後の取出し時の金型温度(T_c)が熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃低くなるように設定された金型（ただしT_h>T_c）に射
出する。

熱可塑性樹脂
本発明の成形方法で使用される熱可塑性樹脂としては、透明性が高く、光学用途として、周知のものを特に制限なく使用することが可能である。

具体的には、ポリカーボネート、特開平８−１８３８４２号公報に提案されたコポリカーボネート、ポリカーボネート−ＡＢＳ樹脂のアロイポリマー、ポリカーボネート−ポリスチレンのアロイポリマー、ポリカーボネート−ポリエステル（たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート）のアロイポリマー、ポリカーボネート−ポリアミドのアロイポリマー、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンエーテルとポリアミドとのアロイ、変性ポリフェニレンエーテル樹脂およびそのポリスチレンとの混合物、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、環状ポリオレフィンのようなポリオレフィン、各種の液晶ポリマー、ポリアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂などが挙げられる。さらに、特開２００１−１１１２２号公報に開示された、置換または無置換の有橋環式炭化水素基を介してカルボキシエステル基が結合した、ポリ（メタ）メタクレート樹脂、特開２００４−５１９２８号公報に開示された不飽和カルボン酸アルキルエステル単位、（ｉｉ）グルタル酸無水物単位を有する共重合体など、さらには、特開平７−３０９４号公報に開示された芳香族ポリエステル部とスチレン系重合物部を有する樹脂、特開２００３−１７６４０１号公報に記載された脂環族ポリエステル（ポリシクロヘキサンジメタノールシクロヘキサンジカルボキシレート
)なども使用することが可能である。

このうち、本発明の方法は、特に熱可塑性樹脂シートが、ポリカーボネート、コポリカーボネート、ポリカーボネートーポリエステル、環状ポリオレフィン、ポリアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリ（メタ）メタクレート樹脂から選択された樹脂に好適である。これらの樹脂に特定のヒート・クールサイクルで成型することで、高品質表面を有する成型品が得られる。その理由は明確ではないが、これらの樹脂は非晶性樹脂であるためによると思料される。

さらに具体的には、日本ジーイープラスチックス社製のNoryl、Xenoy（商品名）に好適に適用できる。
また、透明性樹脂には、透明性を損なわない範囲で有効量の添加剤を配合しても良い。添加剤としては、具体的に、使用目的に応じて一般的に添加される添加剤を広く挙げることができ、リン系安定剤、難燃剤、耐熱安定剤、エポキシ化合物、紫外線吸収剤、衝撃改質剤、離型剤、着色剤、帯電防止剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、滑剤、可塑剤、滑剤等防曇剤、天然油、合成油、ワックス、有機系充填剤、無機系充填剤などを挙げられる。

特に、無機充填剤、とくにガラス繊維を含むものは通常の成型では、成型体表面が充填剤によって、粗くなってしまうことがあり、問題となることが多い。
これに対して、本発明によれば、ガラス繊維を含むものであっても、成型品の表面粗度を低くすることができる。

シート・フィルム
本発明では、上記した熱可塑性樹脂および必要に応じて添加剤とを含む組成物から構成されるシート・フィルムが使用される。シート・フィルムは公知の方法で成型されたものが使用される。また、シート・フィルムの厚さとしは特に制限されるものではないが、通常0.005mm以上、好適には0.02〜10mmの範囲にあるものが望ましい。この範囲にあれば、
より生産効率を高くすることができる。このようなシート・フィルムは公知の方法で製造される。また、シートは単層でも複数層からなる多層であってもよい。多層の場合、異なる樹脂、配合剤からなるものであってもよい。

なお、「シート」と「フィルム」とは、本明細書では、明確に区別されるものではなく、双方とも同じ意味として用いられる。
成形方法
本発明では、前記熱可塑性樹脂シートをプレス成型する際に、加熱時の金型温度(T_h)をプレスする熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃高くなるように設定し、冷却後の取出し時の金型温度(T_c)を熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃低くなるように設定する（ただしT_h>T_c）。

このようなヒート・クールサイクルとなるように金型温度を調整すると、樹脂の金型接触時の冷却固化を防ぎ、シートが均一に伸び、金型転写性も高いので、金型表面の凹凸が忠実に、成形型物表面に転写されるとともに、表面性状が高品質であり、金型から離型することも容易となる。

熱可塑性樹脂シートは、一層でも、または多層構成をとりうるように積層してもよい。
金型を加熱するために使用される加熱媒体としては、熱水、水蒸気、加熱油、電気加熱体、超音波もしくは電磁誘導またはそれらの併用を使用することが挙げられる。金型の降温のために使用される冷却媒体としては、冷水または冷却油の少なくとも一方を使用することが好ましい。

加熱時に、使用する金型の温度を熱変形温度よりも０〜１００℃、好ましくは１０〜８０℃、さらに好ましくは２０〜７０℃高く設定し、冷却時には、熱変形温℃より０〜１００℃、好ましくは２０〜７０℃、さらに好ましくは３０〜６０℃低くなるように設定されている（ただしT_h>T_c）。

加熱時の温度設定は、冷水、冷却油の供給を止めて、金型に熱をかける。
また、冷却時には、熱水、加熱蒸気、加熱油の供給を止めるか、あるいは超音波発振機、ヒーター等への通電を止め、冷水、冷却油を同一の金型温調用管路あるいは別々の金型温調用管路に供給することによって冷却する。なお、加熱、冷却の媒体が液体の場合、同一の管路を使用してもよい。

この際、昇温に使用する熱水、加熱蒸気、加熱油の温度は高い程、降温に使用する冷水、冷却油の温度は低いほど、またその流量は多いほど、また超音波やヒーター・電磁誘導媒体は出力が高いほど、成形サイクルの短縮が可能になる。電熱ヒーターや電磁波誘導については、電力密度が高い程良い。

金型温調用管路について、金型強度上問題の無い範囲で数多く設ける程、効率は良くなりサイクルの短縮ができる。
された熱可塑性樹脂シートを金型でプレスする際に５〜１００°C／分、好ましくは１
０〜９５°C／分、より好ましくは１５〜９０°C／分の温度勾配で急加熱および／または急冷させてもよく、このようにすれば成形サイクルタイムを短縮することができる。

また、加熱媒体／冷熱媒体を金型内管路に循環せしめる方法により急速な加熱および／または冷却を行うためには、加熱／冷却管内を循環する媒体の流量を、毎分３リットル以上、好ましくは毎分５リットル以上、より好ましくは毎分７リットル以上とすることが望ましい。さらに、金型内に埋設されている電気加熱体を併用することにより、より迅速な加熱が可能となる。これは、加熱・冷熱媒体のバルブ切り替え等に基づく時間遅れを、加熱タイミングが独立して制御可能な電気加熱体によって補償することができるためである。

本発明によれば、樹脂シートをプレスする際に、金型温度を熱変形温度よりも高くすることにより、溶融した樹脂シートは金型と接触しても冷却されること無く十分な溶融状態のまま充填させ、プレスすることができる。また樹脂の流動性も良くなるので、プレス力を低くすることもできる。

なお、金型の表面温度が所定温度に達したか否かは、金型内に埋め込まれた温度センサーもしくはあらかじめ設定されたタイマーによって感知される。
さらに、キャビティ内に充填された樹脂シートは、その後の工程によって取出しが可能となる温度まで冷却され、軽量かつ高外観を有した成形品が得られる。なお、この工程に移る時間はあらかじめ設定されたタイマーによって制御される。

図１は本発明にかかる成形品の成形法を実施するに適する金型温度制御系の概略構成を示すブロック図である。
この金型温度制御系は、熱水用温調機１と冷却水用チラー２を配設し、切替えユニット３に接続してある。切替え制御ユニット３には、金型４に冷水、温水を供給するための出口５と回収するための戻り口６がある。所望の金型温度を達成するために、装置内の各切替えバルブＶ_IN、Ｖ_Rが適宣状態となるように切替え制御ユニット３の制御を行う。

図１は、本発明にかかる成形法を実施するに適した金型温度制御系の概略構成例を示すブロック図である。

符号の説明

1・・・熱水温調機
2・・・冷水用チラー
3・・・切り替えユニット
4・・・金型
5・・・金型への熱冷水供給口
6・・・金型からの熱冷水戻り口

Claims (6)

1. 熱可塑性樹脂シートをプレス成型する際に、加熱時の金型温度(T_h)をプレスする熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃高くなるように設定し、冷却後の取出し時の金型温度(T_c)を熱可塑性樹脂の熱変形温度より０℃〜１００℃低くなるように設定する（ただしT_h>T_c）ことを特徴とする、
   高品質外観を有する熱可塑性樹脂プレス成形型物の製造方法。
2. 金型昇温手段として、熱水、水蒸気、加熱油、電気加熱体、超音波もしくは電磁誘導から選ばれる少なくとも１種が使用され、金型冷却手段として、冷水または冷却油が使用されることを請求項１に記載の製造方法。
3. 金型の昇温の制御、および金型の降温の制御を、別の管路で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
4. 金型の昇温の制御、および金型の降温の制御を、同一の管路で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
5. 金型の昇温時には冷水、冷却油を止めて、熱水、加熱油を単独もしくは併用して使用し、金型の降温時には、熱水、加熱油を止め、冷水、冷却油を同一の金型温度調整用管路に回すことを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
6. 熱可塑性樹脂シートが、ポリカーボネート、コポリカーボネート、ポリカーボネートーポリエステル、環状ポリオレフィン、ポリアクリル樹脂、
   ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリ（メタ）メタクレート樹脂から選択された樹脂からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。

Images