JP2007276397A - 反応射出成形方法及び装置並びに樹脂撹拌用カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】反応射出成形において、成形後の洗浄という面倒な工程を省くことを可能としつつ、液状樹脂材料の混合割合が大きく異なる場合であっても、十分に混合して混合ムラを無くすことを可能として、成形品の高品質化及び高生産性化を実現する。
【解決手段】反応性を有する２種以上の液状樹脂材料よりなる樹脂混合物を金型２内に射出して反応硬化させる反応射出成形において、衝突室５内で第１液３と第２液４とを衝突混合させて樹脂混合物とし、衝突室５の下流側に配置された撹拌室６を介して、樹脂混合物を金型２内に射出する。撹拌室６には、ケース体と、このケース体に充填され、樹脂混合物の撹拌を促進する充填物とからなる樹脂撹拌用カートリッジ１４が配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は反応射出成形方法及び装置並びに樹脂撹拌用カートリッジに関し、詳しくは反応性を有する２種以上の液状樹脂材料を衝突混合させた樹脂混合物を金型内に射出して反応硬化させる反応射出成形方法及び装置並びにこれらに用いる樹脂撹拌用カートリッジに関する。

本発明に係る反応射出成形方法及び装置並びに樹脂撹拌用カートリッジは、繊維基材が予め配置された金型内に樹脂混合物を射出し、該樹脂混合物を該繊維基材に含浸させつつ反応硬化させる、ＦＲＰ成形工法としてのＲＴＭに好適に利用することができる。

反応射出成形（ＲＩＭ：Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）は、反応性を有する２種以上の液状樹脂材料を混合して樹脂混合物とし、この樹脂混合物を金型内に射出して反応硬化させる方法である。

また、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）は、ＦＲＰ （Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）を成形するために利用される反応射出成形の一種で、繊維基材が予め配置された金型内に前記樹脂混合物を射出し、該樹脂混合物を該繊維基材に含浸させつつ反応硬化させる方法である。

このような反応射出成形においては、２種以上の液状樹脂材料を混合した際に混合ムラが存在すると、反応硬化ムラとなって品質低下につながることから、２種以上の液状樹脂材料を混合させた後にその樹脂混合物をよく撹拌して十分に混合させることが重要である。

そこで、２種以上の液状樹脂材料を混合させてからその樹脂混合物を撹拌装置（電動ミキサーや電動スクリュー等）により撹拌する方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

このような撹拌装置等の物理的手段を用いれば、樹脂混合物を十分に撹拌、混合させることができるので、混合ムラに起因する成形不良の発生を防ぐことが可能である。しかし、この場合、撹拌装置等に残存する樹脂硬化物を成形後に洗浄する洗浄工程が必要となり、生産性が低下するという問題がある。

一方、金型内に樹脂材料を供給するための供給通路に衝突混合室を設け、この衝突混合室に向かって２種以上の液状樹脂材料を高圧で噴射して互いに衝突させることにより２種以上の液状樹脂材料を混合させる、所謂衝突混合方式も知られている。

この衝突混合方式によれば、成形後の撹拌装置の洗浄工程を省くことができるので、生産性を向上させることが可能となる。しかし、衝突混合方式は、撹拌装置等の物理的手段を用いる場合と比べると、やはり撹拌性の点で劣る。このため、２種以上の液状樹脂材料の混合割合が大きく異なる場合には、樹脂混合物に部分的な混合ムラが発生してしまう場合がある。

そこで、衝突混合方式において、衝突混合室で２種以上の液状樹脂材料を衝突混合させた後、その樹脂混合物の流れを乱して撹拌するために、衝突混合室から金型への供給通路に撹拌促進棒を進退動可能に設ける技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開昭５５−１３５６３６号公報 特開平１１−３３５４４７号公報 特開平６−２５４８４６号公報

しかしながら、衝突混合方式において撹拌促進棒で樹脂混合物を撹拌する上記従来技術によっても、撹拌促進棒を良好に作動させるべく、撹拌促進棒に付着した樹脂硬化物を成形後にやはり洗浄、除去する必要があり、生産性の低下につながる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、反応射出成形において、成形後の洗浄という面倒な工程を省くことを可能としつつ、液状樹脂材料の混合割合が大きく異なる場合であっても、十分に混合して混合ムラを無くすことを可能として、成形品の高品質化及び高生産性化を実現することを解決すべき技術課題とするものである。

上記課題を解決する本発明の反応射出成形方法は、反応性を有する２種以上の液状樹脂材料よりなる樹脂混合物を金型内に射出して反応硬化させる反応射出成形方法であって、２種以上の前記液状樹脂材料を衝突混合させて前記樹脂混合物を得る衝突混合工程と、前記樹脂混合物を撹拌する撹拌工程と、を備え、前記撹拌工程では、ケース体と、該ケース体に充填され、前記樹脂混合物の撹拌を促進する充填物とからなる樹脂撹拌用カートリッジにより、該樹脂混合物を撹拌することを特徴とするものである。

この反応射出成形方法では、衝突混合工程で、反応性を有する２種以上の液状樹脂材料を衝突混合させて樹脂混合物を得た後、撹拌工程で、樹脂撹拌用カートリッジにより樹脂混合物を撹拌する。このため、２種以上の液状樹脂材料よりなる樹脂混合物を十分に撹拌、混合させてから金型内に射出することができる。したがって、たとえ２種以上の液状樹脂材料の混合割合が大きく異なる場合であっても、混合ムラを無くすことができ、混合ムラに起因する成形不良の発生を防ぐことが可能となる。

また、この反応射出成形方法では、成形後に必要に応じて樹脂撹拌用カートリッジを取り替えることで、手間のかかる面倒な洗浄工程を省くことができる。

よって、本発明の反応射出成形方法によれば、成形品の高品質化と高生産性化を実現することが可能となる。

さらに、前記樹脂撹拌用カートリッジは、樹脂混合物の撹拌を促進する充填物をケース体に充填してなるものであるから、充填物の内容を容易に変更することができる。すなわち、樹脂混合物の種類や粘度等に応じて、充填物の種類、形状、大きさ、充填密度や密度勾配等を適宜変更することができる。このため、樹脂混合物の種類や粘度が変わっても、充填物の内容を変更することで容易に対応して、その樹脂混合物を良好又は最適に撹拌、混合することが可能となる。

また、ケース体を樹脂等の安価な材料により構成したり、充填物を樹脂、土や無機繊維等の安価な材料により構成したりすれば、成形の１ショット又は数ショット毎に樹脂撹拌用カートリッジを使い捨てたとしても、使い捨てによるコスト高騰を抑えることができる。

上記課題を解決する本発明の反応射出成形装置は、反応性を有する２種以上の液状樹脂材料よりなる樹脂混合物を金型内に射出して反応硬化させる反応射出成形に用いられる装置であって、２種以上の前記液状樹脂材料が互いに衝突するように注入されて前記樹脂混合物とされる衝突室と、該衝突室よりも下流側に配置され、該衝突室から導入される該樹脂混合物が撹拌される撹拌室とを備え、前記撹拌室には、ケース体と、該ケース体に充填され、前記樹脂混合物の撹拌を促進する充填物とからなる樹脂撹拌用カートリッジが配設されていることを特徴とするものである。

上記課題を解決する本発明の樹脂撹拌用カートリッジは、反応性を有する２種以上の液状樹脂材料を衝突混合させた樹脂混合物を金型内に射出して反応硬化させる反応射出成形に用いられ、該樹脂混合物を撹拌するための樹脂撹拌用カートリッジであって、ケース体と、前記ケース体に充填され、前記樹脂混合物の撹拌を促進する充填物とからなることを特徴とするものである。

したがって、本発明によれば、反応射出成形において、成形後の洗浄という面倒な工程を省くことを可能としつつ、液状樹脂材料の混合割合が大きく異なる場合であっても、十分に混合して混合ムラを無くすことを可能として、成形品の高品質化と高生産性化を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。

（実施形態１）
図１及び図２に示される本実施形態は、ＦＲＰを成形するＲＴＭに本発明を適用したものである。

すなわち、本実施形態では、反応性を有する２種の液状樹脂材料を衝突混合させた樹脂混合物を、繊維基材１が予め配置された金型２内に射出して、繊維基材１に樹脂混合物を含浸させつつ硬化反応させてＦＲＰを得る。

反応性を有する２種の液状樹脂材料としては、反応射出成形法により成形されうるものであれば特に限定されない。例えば、エポキシ樹脂、ポリエステルやポリウレタンにおける主剤系の液状樹脂材料及び硬化剤系の液状樹脂材料とすることができる。

また、繊維基材１の種類も特に限定されず、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、スチール繊維、カーボン繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維やこれらの混合物とすることができる。

この実施形態で用いた反応射出成形装置は、型締めされた状態で所定形状のキャビティを区画形成する金型２と、主剤系としての第１液３及び硬化剤系としての第２液４の２種の液状樹脂材料が互いに衝突するように注入される衝突室５と、衝突室５よりも下流側（金型２側）に配置され、衝突室５から導入される樹脂混合物が撹拌される撹拌室６と、を備えている。

また、この反応射出成形装置は、第１液３が蓄えられた第１タンク７と、第２液４が蓄えられた第２タンク８と、一端が第１タンク７に接続されるとともに他端が衝突室５に開口し、第１タンク７の第１液３を衝突室５内に供給するための第１供給路９と、一端が第２タンク８に接続されるとともに他端が衝突室５に開口し、第２タンク８の第２液４を衝突室５内に供給するための第２供給路１０と、第１供給路９から衝突室５内へ第１液３を所定圧力で注入、噴射するための第１ポンプ１１と、第２供給路１０から衝突室５内へ第２液４を所定圧力で注入、噴射するための第２ポンプ１２と、撹拌室６を介して、衝突室５内の樹脂混合物を金型２のキャビティ内に所定圧力で射出するための射出機１３と、を備えている。

そして、本実施形態の反応射出成形装置では、撹拌室６に樹脂撹拌用カートリッジ１４が配設されている。この樹脂撹拌用カートリッジ１４は、ケース体１５と、ケース体１５に充填され、樹脂混合物の撹拌を促進する充填物１６とから構成されている。

ケース体１５の材質は特に限定されないが、コスト面を考慮すれば樹脂とすることが好ましい。また、ケース体１５は、反応射出成形で成形する樹脂の硬化物が付着しにくい材料により構成されていることが好ましい。かかる観点より、ケース体１５はポリプロピレンやフッ素系樹脂により構成することが好ましい。

このケース体１５の形状は特に限定されないが、ケース体１５内での樹脂混合物の撹拌性を向上させる観点より、下流側に向かうほど内径が徐々に大きくなるテーパ状筒体であることが好ましい。

本実施形態のケース体１５は、図２に示されるように、ポリプロピレンよりなり、一端が開口し開口端（下流側）に向かうほど内径が徐々に大きくされた有底でテーパ筒状のケース本体１７と、ケース本体１７の開口端に嵌合されて該開口を閉鎖する蓋体１８とから構成されている。そして、ケース本体１７の底部１７ａと蓋体１８には、液状の樹脂混合物を流通させるための多数の通孔１９が貫設されている。

充填物１６の種類、形状や大きさ等は、ケース体１５内を通過する樹脂混合物の撹拌を促進することができれば特に限定されない。

本実施形態の充填物１６は、長繊維や連続繊維をランダムに絡めて圧縮し、必要に応じて樹脂バインダーや糊剤で固めたガラス繊維１７よりなる。また、この充填物１６としてのガラス繊維１７は、ケース体１５内で、下流側に向かうほど密度が徐々に高くなるように充填されている。

かかる構成を有する反応射出成形装置を用いた反応射出成形方法としてのＲＴＭを以下に説明する。

まず、金型２のキャビティ内に繊維基材１を予め配置しておき、第１ポンプ１１及び第２ポンプ１２の作動により、第１タンク７から第１供給路９を介して第１液３を衝突室５内に所定圧力で噴出させるとともに、第２タンク８から第２供給路１０を介して第２液４を衝突室５内に所定圧力で噴出する。これにより、衝突室５内で第１液３と第２液４とを衝突混合させて樹脂混合物とする（衝突混合工程）。

そして、射出機１３の作動により、衝突室５内の樹脂混合物を、撹拌室６に配設された樹脂撹拌用カートリッジ１４内を介して、金型２のキャビティ内に所定圧力で射出する。このとき、樹脂撹拌用カートリッジ１４内を通過する樹脂混合物は、ケース体１５内に充填された充填物１６内を通過する間に撹拌される（撹拌工程）。

その後、図示しない加熱手段により金型２を加熱して、キャビティ内に射出されて繊維基材１内に含浸した液状の樹脂混合物を反応硬化させて、所定形状のＦＲＰを得る（反応硬化工程）。

このように、この反応射出成形方法では、樹脂撹拌用カートリッジ１４内で樹脂混合物を十分に撹拌、混合させてから金型２内に射出することができる。したがって、たとえ第１液３及び第２液４の混合割合が大きく異なる場合であっても、混合ムラを無くすことができ、混合ムラに起因する成形不良の発生を防ぐことが可能となる。

また、この反応射出成形方法では、成形後に必要に応じて樹脂撹拌用カートリッジ１４を取り替えることで、手間のかかる面倒な洗浄工程を省くことができる。

よって、本実施形態の反応射出成形方法によれば、成形後の洗浄という面倒な工程を省くことを可能としつつ、液状樹脂材料の混合割合が大きく異なる場合であっても、十分に混合して混合ムラを無くすことを可能として、成形品の高品質化と高生産性化を実現することができる。

さらに、樹脂撹拌用カートリッジ１４は、樹脂混合物の撹拌を促進する充填物１６をケース体１５に充填してなるものであるから、充填物１６の内容を容易に変更することができる。すなわち、樹脂混合物の種類や粘度等に応じて、充填物１６の種類、形状、大きさ、充填密度や密度勾配等を適宜変更することができる。すなわち、充填物１６としてのガラス繊維２０の塊の密度及び密度勾配や繊維径を変えることで、撹拌効率を調整することができる。このため、樹脂混合物の種類や粘度が変わっても、充填物１６の内容を変更することで容易に対応して、その樹脂混合物を良好又は最適に撹拌、混合することが可能となる。

また、ケース体１５を樹脂等の安価な材料により構成したり、充填物を樹脂、土や無機繊維等の安価な材料により構成したりすれば、成形の１ショット又は数ショット毎に樹脂撹拌用カートリッジ１４を使い捨てたとしても、使い捨てによるコスト高騰を抑えることができる。

なお、この実施形態において、樹脂撹拌用カートリッジ１４の充填物１６としては、前記ガラス繊維２０の代わりにポリプロピレン繊維やナイロン繊維等の他の繊維を用いることも勿論可能であり、また、短繊維としたり、マット状やスワール状等の不織布としたりしてもよい。

（実施形態２）
図３に示される本実施形態は、前記実施形態１において、樹脂撹拌用カートリッジ１４の充填物１６を変更したもので、その他の構成は前記実施形態１と同様である。

この実施形態に係る樹脂撹拌用カートリッジ１４の充填物１６は、多数のプラスチック球２１よりなる。このプラスチック球２１は、数ミリ〜十数ミリの粒径を有する略球体の表面に多数の微小突起（図示せず）が形成されたものである。また、この充填物１６としてのプラスチック球２１は、ケース体１５内で、下流側に向かうほど充填密度が徐々に高くなるように、下流側ほど粒径の小さいものが充填されている。

この実施形態では、充填物１６としてのプラスチック球２１の充填密度及び密度勾配や粒径を変えることで、撹拌効率を調整することができる。

したがって、この実施形態も、前記実施形態１と同様の作用効果を奏する。

なお、この実施形態において、樹脂撹拌用カートリッジ１４の充填物１６としては、プラスチック球２１の代わりに、バーミキュライト等の土、セラミックスや金属等の粒状物を用いてもよい。

（実施形態３）
図４及び図５に示される本実施形態は、前記実施形態１において、樹脂撹拌用カートリッジ１４の充填物１６を変更したもので、その他の構成は前記実施形態１と同様である。

この実施形態に係る樹脂撹拌用カートリッジ１４の充填物１６は、多数積層されたプラスチック板２２よりなる。このプラスチック板２２は、数ミリ〜十数ミリの厚さを有する板状体に多数の微小スリット２２ａが形成されたものである。

そして、図５に示されるように、この充填物１６としてのプラスチック板２２は、ケース体１５内で、ケース本体１７の内径に対応するように下流側に向かうほどプラスチック板２２の外径が大きくされている。また、このプラスチック板２２は、下流側に向かうほど、微小スリット２２ａの幅が小さくなるとともに微小スリット２２ａの数が多くなるように、積層、充填されている。さらに、プラスチック板２２は、上流から下流に向かって、微小スリット２２ａの向きが徐々に変化するように、積層、充填されている。

この実施形態では、充填物１６としてのプラスチック板２２の厚さ、微小スリット２２ａの幅、数や向きを変えることで、撹拌効率を調整することができる。

したがって、この実施形態も、前記実施形態１と同様の作用効果を奏する。

なお、この実施形態において、樹脂撹拌用カートリッジ１４の充填物１６としては、微小スリット２２ａの代わりに、格子状のスリットや多数の孔をプラスチック板２２に形成してもよい。

また、前述の実施形態１〜３では、ＦＲＰを成形するためのＲＴＭに本発明を適用する例について説明したが、繊維基材１を予め金型２内に配置しておかない通常の反応射出成形に本発明を適用しうることは勿論である。

本発明の実施形態１に係り、反応射出成形装置の全体構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係り、前記反応射出成形装置に用いた樹脂撹拌用カートリッジの構成を概略的に示す拡大断面図である。 本発明の実施形態２に係り、前記反応射出成形装置に用いた樹脂撹拌用カートリッジの構成を概略的に示す拡大断面図である。 本発明の実施形態３に係り、前記反応射出成形装置に用いた樹脂撹拌用カートリッジの構成を概略的に示す拡大断面図である。 本発明の実施形態３に係り、前記樹脂撹拌用カートリッジのプラスチック板の平面図であり、（ａ）は上流側に配置されるプラスチック板、（ｂ）は中流に配置されるプラスチック板、（ｃ）は下流側に配置されるプラスチック板をそれぞれ示す。

符号の説明

１…繊維基材 ２…金型
３…第１液（主剤としての液状樹脂材料）
４…第２液（硬化剤としての液状樹脂材料）
５…衝突室 ６…撹拌室
１４…樹脂撹拌用カートリッジ １５…ケース体
１６…充填物

Claims (3)

1. 反応性を有する２種以上の液状樹脂材料よりなる樹脂混合物を金型内に射出して反応硬化させる反応射出成形方法であって、
   ２種以上の前記液状樹脂材料を衝突混合させて前記樹脂混合物を得る衝突混合工程と、
   前記樹脂混合物を撹拌する撹拌工程と、を備え、
   前記撹拌工程では、ケース体と、該ケース体に充填され、前記樹脂混合物の撹拌を促進する充填物とからなる樹脂撹拌用カートリッジにより、該樹脂混合物を撹拌することを特徴とする反応射出成形方法。
2. 反応性を有する２種以上の液状樹脂材料よりなる樹脂混合物を金型内に射出して反応硬化させる反応射出成形に用いられる装置であって、
   ２種以上の前記液状樹脂材料が互いに衝突するように注入されて前記樹脂混合物とされる衝突室と、該衝突室よりも下流側に配置され、該衝突室から導入される該樹脂混合物が撹拌される撹拌室とを備え、
   前記撹拌室には、ケース体と、該ケース体に充填され、前記樹脂混合物の撹拌を促進する充填物とからなる樹脂撹拌用カートリッジが配設されていることを特徴とする反応射出成形装置。
3. 反応性を有する２種以上の液状樹脂材料を衝突混合させた樹脂混合物を金型内に射出して反応硬化させる反応射出成形に用いられ、該樹脂混合物を撹拌するための樹脂撹拌用カートリッジであって、
   ケース体と、
   前記ケース体に充填され、前記樹脂混合物の撹拌を促進する充填物とからなることを特徴とする樹脂撹拌用カートリッジ。

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