JP2006289651A - 高強度高機能樹脂成形品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メッシュを埋設した樹脂成形品の強度を増し、しかも軽量化をはかる。
【解決手段】成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせてメッシュをインサートして一体に埋設してなる。これにより外面からの衝撃を受けて成形品が局所的かつ瞬間的に内面側に膨出しようとする応力に対して内面側に一体に埋設されたメッシュが放射方向に引っ張り力を発揮して対応し、上記した外面からの衝撃を強力に跳ね返すべく作用する結果、成形品の破損を防止することができ、しかもその分だけ成形品の肉圧を軽減することができ、軽量化をはかることができるばかりでなく、樹脂材使用量の節約が可能となりコストの低減化をもはかることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば体育館の透明な窓板、バイクの風防板、フルフェースマスクヘルメットのフェース面、温室等の天窓あるいは防犯性を増した住宅等の窓板などに汎用可能な高強度樹脂成形品およびその製造方法に関し、比較的軽量であるにも拘わらずとくに外面からの耐久応力に優れた樹脂成形品を提供することを目的とする。

従来警備用として用いられる盾など特殊な用途に用いられる樹脂成形品については、強度維持の目的からその本体にポリカーボネート等の透明な熱可塑性樹脂を射出成型したものが多用されている（例えば特開２００３−２６２４９９号公報参照）。 またフルフェースマスクヘルメットのフェース面として６００〜１２００の重量平均分子量をもつポリエステルグリコール又はポリエーテルグリコールを各ＯＨ当たり２．５〜４．５ＮＣＯの当量比で４，４´ーメチレンビス（シクロヘキシスイソシアネート）と反応させてプレポリマーを生成した後、該プレポリマーを０．９５〜１．０２ＮＨ２／１．０ＮＣＯの当量比で４，４´ーメチレンビス（３−クロロー２，６−ジエチルアリニン）等の芳香族ジアミン硬化剤と反応させて得たポリウレタンを用いたものも知られている（特許公表２００２−５０４９３５号公報参照）。

また、より一層強度を増すべくナイロンを主成分とした高流動性の熱可塑性樹脂中にメッシュを埋設してフィルターを成形するようにしたものも知られている（特開平８−１４１３３５号公報参照）。 さらに反応性を有する２種以上の液体原料を高圧で混合室に導入し衝突混合させて密閉型中に射出し、短時間で反応固化させるようにした反応射出成形品中に金属材料等のメッシュ体を埋設するようにしたものをモータボートの内外装部品として用いるようにしたものも知られている（特開２００４−９８５５１号公報参照）。
特開２００３−２６２４９９号公報 特許公表２００２−５０４９３５号公報 特開平８−１４１３３５号公報 特開２００４−９８５５１号公報

しかしながら上記した特許文献１〜２に記載の発明にあっては、盾など特殊な用途に用いられる樹脂成形品として十分な強度を確保するためにはある程度の樹脂の厚みを増す必要があり、必然的に重量が嵩んで取り扱い性のうえでも容易ではない。 また特許文献３〜４に記載の発明にあっては、樹脂中にメッシュを埋設するようにしたためにその分だけ強度を増強することができるが、いずれもメッシュが樹脂材の中心に位置しているために樹脂成形品全体の重量についてはそれほど軽減されるものではない。

そこで本発明にあっては、メッシュ入り高強度樹脂成形品の薄肉化を可能とすることによりとくに全体重量を軽減して取り扱い性をきわめて良好にするようにしたものであって、具体的には請求項１に記載の発明は、成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせてメッシュを樹脂内に一体にインサート埋設してなることを特徴とする高強度高機能樹脂成形品に関する。

また請求項１０に記載の発明は、内底面に複数又は多数のエア吸引口を有するキャビティの内底面上にインサートするメッシュを載置する工程と、キャビティ内全面に溶融熱可塑性樹脂を射出する工程とからなり、溶融熱可塑性樹脂を射出する際に、エア吸引口よりエアを吸引しつつ、しかも樹脂圧力がメッシュに直接伝わらないようにキャビティ内底部を避けたメッシュの上方であって、該メッシュに対し平行方向に射出するようにしたことを特徴とする高強度高機能樹脂成形品の製造方法に関する。

本発明の高強度樹脂成型品によれば、インサートされたメッシュが成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせて埋設されているために、外面からの衝撃を受けて成形品が局所的かつ瞬間的に内面側に膨出しようとする応力に対して内面側に一体に埋設されたメッシュが放射方向に引っ張り力を発揮して対応し、上記した外面からの衝撃を強力に跳ね返すべく作用する結果、成形品の破損を防止し、著しい強度の向上をはかることができる。

その結果、その分だけ成型品の肉圧を軽減することができ、軽量化をはかることができるばかりでなく、樹脂材使用量の節約が可能となりコストの低減化をもはかることができる。

また上記高強度樹脂成形品の製造に際しては、内底面に複数又は多数のエア吸引口を有するキャビティの内底面上にインサートするメッシュを載置する工程と、キャビティ内全面に溶融熱可塑性樹脂を射出する工程とからなり、溶融熱可塑性樹脂を射出する際に、エア吸引口よりエアを吸引しつつ、しかも樹脂圧力がメッシュに直接伝わらないようにキャビティ内底部を避けたメッシュの上方であって、該メッシュに対し平行方向に射出するようにしたために、溶融熱可塑性樹脂を射出する際にメッシュが捲れ上がったり偏ることがなくメッシュを成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせて均等かつ良好に埋設することが可能となる。

以下において本発明の高強度高機能樹脂成形品について、その具体的な内容を図１および図２の実施例をもとに説明すると、１は一例として平板状の高強度高機能樹脂成形品をあらわし、各図において上側の面が高強度樹脂成形品の内面側をあらわしている。 なお、ここで内面側とは、樹脂成形品の種類や用途如何にもよるが、たとえば体育館や校舎、あるいは一般家庭などにおいて透明なガラス代わりに用いられる場合には館内や室内側を、またフルフェース型ヘルメットなどにおいては顔面側を、航空機部品やパソコン筐体などにおいては部品等の内部側を、それぞれ意味するものである。

高強度樹脂成形品１は、樹脂成形品２および、該樹脂成形品２における成形品の内面側に位置する片側端面２ａ（図１および図２において上面）に沿わせて埋設されたメッシュ３とから構成されている。 なお図において２ｂは樹脂成形品２における成形品の表面側を、また２ｃは樹脂層の層厚中間部をあらわしている。

樹脂成形品２を構成する樹脂については、ＰＰ、ＰＥ等の汎用樹脂でもよいが、より高強度を望むならばＰＣ、ＰＢＴ等のエンジニアリングプラスチック樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等のスーパーエンジニアリング樹脂、あるいはカーボン、グラス等の各種フィラーを混入した樹脂のうち少なくとも１種を主材とするのが好ましい。 また透視性を確保する必要から特に透明又は半透明の樹脂の使用が好ましい。

また樹脂成形品２自体の強度を増強し、また品質を向上するためには添加物としてステンレス粉、ステンレス繊維、アモルファス繊維、タングステン繊維、アラミド樹脂、Ｅガラス、Ｓガラス、ボロン、ＰＥ繊維、ナイロン６、ナイロン６６、高密度ＰＥ、ＰＢＯ（フェニレン・ベンゾビス・オキナゾール）繊維、高強度カーボン繊維、高弾性率カーボン繊維、超分散ダイヤモンド、ガラス球、ゴムエラストマー、貝殻粉、木材、磁性粉繊維などの各種フィラー類であって、粉末状あるいは細線状又は繊維質状のものなどを用いることができる。

なお樹脂成形品２の厚みは、用途や埋設するメッシュ３の厚みにもよるが、メッシュ３の線径が０．１〜０．３ｍｍ程度であれば１．０ｍｍ程度でもよいが、メッシュ３の線径が０．４ｍｍ以上１．０ｍｍの範囲であれば、少なくとも３．０ｍｍ以上の厚みが必要である。

また、樹脂成形品２の内面側に位置する片側端面に沿わせて埋設されるメッシュ３については、ステンレス、金属ニッケル、銅等の金属材、ポリエステル等の樹脂材、またはカーボン繊維、ガラス繊維等の繊維状の有機及び無機の繊維のメッシュ、あるいは竹、紙、ケナフ等の植物繊維のうち何れか１種又は２種以上の複合体であってもよい。

なお、上記したステンレスについてはステンレスワイヤーを縦横に平織りしたものであり、なかでも高張力ステンレスワイヤーを用いるとステンレスワイヤーに比して３倍の張力、８分の１の伸張度を有するため、極細のワイヤーで十分となるところから透視性に優れ、特に透明な樹脂成型品として用いるのに適している。

さらに金属ニッケルを用いる場合においては、金属ニッケルを電鋳法により析出形成するために、形成されたメッシュはプレート状となり、平織りのメッシュに比べてメッシュ層厚を薄くすることができる。 またポリエステルは特に弾性率が高く衝撃吸収能力に優れている。

また樹脂材内にインサートするメッシュ３の線径やメッシュ間隔については、樹脂成型品の用途如何により、必要とする強度に対応可能な弾性率、伸び、引っ張り、衝撃値をもとにして、メッシュの線径やメッシュ間隔などについて適宜選択使用するものとし、一般的にはステンレスなど金属メッシュを用いる場合においては１０ミクロン未満では十分な強度が得られず、また反対に１．０ｍｍを超えても樹脂成形品の補強材としての補強力はあまり変わらないのみならず、かえってコスト高となるので好ましくはない。

したがって１０ミクロン〜１．０ｍｍの範囲内のものが好ましいといえる。 またメッシュの間隔形状（各通風穴の形状）については樹脂成形品に対する局所的な衝撃に対応して補強する目的としてのメッシュの機能よりすれば、一般的な縦横に平織りした放射方向に引っ張り抵抗を有する四角形でよく、また菱形や三角形状であってもよい。

またメッシュ間隔についても、一般的な金属メッシュを用いる場合においては、０．１ｍｍ未満では細かすぎて樹脂との密着性が悪く、インサートが困難となるばかりでなく、とくに透明樹脂における透視性が著しく悪化するので好ましくない。 また反対に１０．００ｍｍを超えると線径をより大きくしない限り必要強度が得られないところからメッシュ間隔については０．１〜１０．０ｍｍの範囲内において用いるのが好ましい。

なおこの場合に、金属メッシュの各交差部分をローラースポット溶接等により結合させ、また樹脂材、又はカーボン繊維、ガラス繊維等の繊維状の有機及び無機の繊維のメッシュ、あるいは竹、紙、ケナフ等の植物繊維が用いられる場合においいては、各交差部分を接着又は融接により結合すると、メッシュ自体の強度をより一層増大させることができる。 したがってメッシュの材質や線径およびメッシュ間隔等については樹脂成形品の用途如何に合わせて必要かつ十分な特性を有するメッシュ材を選択使用するようにする。

またメッシュが縦横の線条により編み組みされたものである場合に、該メッシュを構成する縦または横の一方の線条方向を成型品の長さ方向に対して交差方向に向けて配置するようにすると、樹脂成形品の斜め方向の引っ張り力に対する耐久性を増大させることができるため、樹脂成形品の用途に応じてメッシュのインサート方向を適宜変位させて用いることも有効である。

つぎに上記した本発明に係る高強度高機能樹脂成形品の製造方法について、図３の実施例をもとに説明すると、同図には内底面に複数箇所（この場合は最低の２箇所）のエア吸引口４・４を有するキャビティ５を有した射出成形用金型６があらわされている。 この射出成形用金型６は、溶融樹脂を射出する際に樹脂圧力がメッシュ３に直接伝わらないようにキャビティ５の内底部を避けたメッシュ３の上方であって、該メッシュ３に対し平行方向（樹脂層の層厚中間部２ｃ）に向けて射出するべくランナーゲート５ａが設けられている。

本発明に係る高強度高機能樹脂成形品の射出成形にあたっては、キャビティ５内底面上にメッシュ３を載置し、エア吸引口４．４より裏側のエアノズル４ａ・４ａを介してエアを吸引しつつ、上記のメッシュ３をキャビティ５の内底面に均等に添わせて固定させる。

かかる状態においてランナーゲート５ａより溶融させた熱可塑性樹脂をキャビティ５内に向け、しかも樹脂圧力がメッシュ３に直接伝わらないようにキャビティ５の内底部を避けたメッシュ３の上方であって、該メッシュ３に対し平行方向（樹脂層の層厚中間部２ｃ）に向けて射出し、その直後にエア吸引口４・４からのエア吸引を停止させる。このようにすると熱可塑性樹脂をキャビティ５内に向けて射出する際に、メッシュ３がキャビティ５内において捲くれ上がったり位置ずれにより偏ったりすることがない。

なおこの場合に使用する樹脂の種類やメッシュ３の材質および線径・メッシュ間隔などについては、既述した高強度高機能樹脂成形品に関する説明と同様であるので具体的な記載を省略する。またキャビティ５内に形成するエア吸引口４については、上記の実施例では複数箇所（２箇所）形成したが、成型する樹脂成形品の大きさや形状如何によっては３箇所以上多数箇所、相互に適当な間隔を介して形成し、またメッシュ３の材質や線径、あるいはメッシュ間隔如何によりその開口径を大小調節するものとする。

上記した方法によれば成形型内に射出された溶融樹脂がメッシュの間を縫って容易にキャビティ５の全体にまわりこむことができ、メッシュ３が樹脂材２の外面に裸出することがない。

上記の方法により得られた高強度高機能樹脂成形品は、成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせてメッシュを一体に埋設してなるために、外面からの衝撃を受けて成形品が局所的かつ瞬間的に内面側に膨出しようとする応力に対して内面側に一体に埋設されたメッシュが放射方向に引っ張り力を発揮して対応し、上記した外面からの衝撃を強力に跳ね返すべく作用する結果、メッシュが樹脂成形品の肉厚中心に埋設されている場合に比して、成形品の破損防止効果をより一層増大させることができる。

その結果、その分だけ成形品の肉圧を軽減することができ、軽量化をはかることができるばかりでなく、樹脂材使用量の節約が可能となりコストの低減化をもはかることができる。 なお、本発明に係る樹脂成形品については、両面のうちいずれか一方の面を内面側とすることができるように、成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせて樹脂内に一体にインサート埋設されたメッシュを、成形品の両側に施すようにしてもよく、このようにすると樹脂成形品の強度をより一層向上させることができる。

したがって、本発明の高強度樹脂成形品は、表記した体育館や校舎の透明な窓板（ボールや盗犯等に対応）、バイクの風防板やフルフェースマスクヘルメットのフェース面（風防・飛散物除け）、温室等の天窓（雹や積雪による破損防止）あるいは防犯性を増した住宅等の窓板（盗犯防止）などに好適に使用することができるほか、自動車関係ではバンパー、テールランプやウインカーのレンズキャップ、さらにはホイールキャップ、船舶の窓、警察や機動隊の使用する警護用の盾やヘルメット、水槽やキャリヤゲージなどペット用具、その他パソコンその他のＯＡ器具本体、ゴルフ用クラブヘッド、消火器の管胴部、安全靴の内ガード、門扉、階段の手すり材などとして、広範囲の用途に用いることができる。

〔強度試験〕
本発明に係る高強度高機能樹脂成形品の強度についての試験結果を以下に示す

《樹脂材としてナイロン樹脂を用いた場合》
メッシュ面に対する落球試験
メッシュ無し→13.3KJ/mm
メッシュ有り（メッシュを成形品の中間部にインサート）
→24.5KJ/mm
メッシュ有り（メッシュを成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせてインサート）
→30.0KJ/mm 226%UP

《樹脂材としてポリカーボネート樹脂を用いた場合》
メッシュ側面からの衝撃値
メッシュ無し→72.11KJ/mm
メッシュ有り（メッシュを成形品の中間部にインサート）
→82.2KJ/mm
メッシュ片面（メッシュを成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせてインサート）
→90.19 KJ/mm 125%UP
メッシュ両面（成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせてインサートしたメッシュ を、樹脂材の両側に施した）
→95.59 KJ/mm 133%UP

上記の試験結果により明らかな通り、メッシュを成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせてインサートした場合においては、メッシュ無しの場合のみならず、メッシュを成形品の中間部にインサートしたものに比べても格段に強度が向上することがわかった。

本発明の一実施例である高強度樹脂成形品の全体をあらわした斜視図。 図１におけるＡーＡ線矢視方向の断面拡大図。 本発明に係る高強度樹脂成形品を成形するための金型の一例をあらわした要部斜視図。

符号の説明

１ 高強度高機能樹脂成形品
２ 樹脂成形品
２ａ 成形品の内面側に位置する片側端面
２ｂ 成形品の表面側
２ｃ 樹脂層の層厚中間部
３ メッシュ
４ エア吸引口
４ａ エアノズル
５ キャビティ
５ａ ランナーゲート
６ 射出成形用金型

Claims (13)

1. 成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせてメッシュを樹脂内に一体にインサート埋設してなることを特徴とする高強度高機能樹脂成形品。
2. 成形品の内面側に位置する片側端面に沿わせて樹脂内に一体にインサート埋設されたメッシュが、成形品両面のうちいずれか一方の面を内面側として用いることができるよう成形品の両側に施されているところの請求項１に記載の高強度高機能樹脂成形品。
3. メッシュが縦横の線条により編み組みされたものであって、該メッシュを構成する縦または横の一方の線条方向を成型品の長さ方向に対して交差方向に向けて配置してなるところの請求項１に記載の高強度高機能樹脂成形品。
4. 成形品の樹脂内にインサートされるメッシュは、ステンレス、金属ニッケル、銅等の金属材、ポリエステル等の樹脂材、またはカーボン繊維、ガラス繊維等の繊維状の有機及び無機の繊維のメッシュ、あるいは竹、紙、ケナフ等の植物繊維のうち何れか１種又は２種以上の複合体であるところの請求項１に記載の高強度高機能樹脂成形品。
5. インサートするメッシュが、１０ミクロン〜１．０ｍｍの線条体、又はそれらの束であって、メッシュ間隔が０．１〜１０．０ｍｍであるところの請求項１に記載の高強度高機能樹脂成形品。
6. インサートするメッシュが金属線条であって、各交差部分を溶接結合させてなるところの請求項１に記載の高強度高機能樹脂成形品。
7. インサートするメッシュが樹脂材、又はカーボン繊維、ガラス繊維等の繊維状の有機及び無機の繊維のメッシュ、あるいは竹、紙、ケナフ等の植物繊維であって、各交差部分を接着又は融接により結合させてなるところの請求項１に記載の高強度高機能樹脂成形品。
8. 成形品がＰＰ、ＰＥ等の汎用樹脂、ＰＣ、ＰＢＴ等のエンジニアリングプラスチック樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等のスーパーエンジニアリング樹脂、及びカーボン、グラス等の各種フィラーを混入した樹脂のうち少なくとも１種を主材としたものであるところの請求項１に記載の高強度高機能樹脂成形品。
9. 成形品が透明または半透明体であるところの請求項１に記載の高強度高機能樹脂成形品。
10. 内底面に複数又は多数のエア吸引口を有するキャビティの内底面上にインサートするメッシュを載置する工程と、キャビティ内全面に溶融熱可塑性樹脂を射出する工程とからなり、溶融熱可塑性樹脂を射出する際に、エア吸引口よりエアを吸引しつつ、しかも樹脂圧力がメッシュに直接伝わらないようにキャビティ内底部を避けたメッシュの上方であって、該メッシュに対し平行方向に射出するようにしたことを特徴とする高強度高機能樹脂成形品の製造方法。
11. 成形品内にインサートするメッシュが、ステンレス、金属ニッケル、銅等の金属材、ポリエステル等の樹脂材、またはカーボン繊維、ガラス繊維等の繊維状の有機及び無機の繊維のメッシュ、あるいは竹、紙、ケナフ等の植物繊維などのうち何れか１種又は２種以上の複合体であるところの請求項１０に記載の高強度高機能樹脂成形品の製造方法。
12. 成形品内にインサートするメッシュが、１０ミクロン〜１．０ｍｍの線条体、又はそれらの束であって、メッシュ間隔が０．１〜１０．０ｍｍであるところの請求項１０に記載の高強度高機能樹脂成形品の製造方法。
13. キャビティ内に射出される溶融熱可塑性樹脂が、ＰＰ、ＰＥ等の汎用樹脂、ＰＣ、ＰＢＴ等のエンジニアリングプラスチック樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等のスーパーエンジニアリング樹脂、及びカーボン、グラス等の各種フィラーを混入した樹脂のうち少なくとも１種を主材としたものであるところの請求項１０に記載の高強度高機能樹脂成形品の製造方法。

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