JP2008030411A - Manufacturing method for polyamide resin molding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は注型によるポリアミド樹脂成形体の製造方法に関するものであり、詳しくは棒状および板状成形体を成形する際のモールドの底部に発生するボイドや表面のヒケの発生を防止したポリアミド樹脂成形体の製造方法にかかわる。 The present invention relates to a method for producing a polyamide resin molded article by casting, and more specifically, a polyamide resin molded article that prevents generation of voids and sink marks on the bottom of the mold when molding rod-shaped and plate-shaped molded articles. Involved in the manufacturing method of the body.
ポリアミド樹脂にて板状の成形体を製造する際のモールドとしては、図1に示すようにアルミ、鉄などからなる一対の側板の間に、スペーサを介在してキャビティを形成していた。そして、このモールドを熱風炉や熱媒として油などを用いた熱盤で180〜190℃になるまで加熱し、所定温度になったモールドに重合性ラクタム液をこれに注入し、再びモールドを加熱して重合していた。 As a mold for producing a plate-shaped molded body with a polyamide resin, a cavity is formed between a pair of side plates made of aluminum, iron, or the like as shown in FIG. The mold is heated with a hot air oven or a heating plate using oil as a heating medium until the temperature reaches 180 to 190 ° C., a polymerizable lactam solution is poured into the mold at a predetermined temperature, and the mold is heated again. And polymerized.
重合性ラクタム液を注型し、重合が進み始めると、粘度が上昇すると共に重合、結晶化に伴う収縮が起きる。モールドの上部においては重合性ラクタム液の液面が下がることによって収縮した分が補われるので問題はないが、モールドの底部においては減圧状態となり、真空ボイド、モールドの隙間からの空気の吸い込みによる気泡、板表面のヒケ(厚み不足)などが発生する。このようなボイド、気泡、ヒケが発生すると所定のサイズの製品が得られず不良となってしまう。 When a polymerizable lactam solution is cast and the polymerization starts to progress, the viscosity increases and shrinkage occurs due to polymerization and crystallization. There is no problem at the top of the mold because the amount of shrinkage caused by the drop of the polymerizable lactam solution is compensated for, but there is no problem at the bottom of the mold, and there is a reduced pressure at the bottom of the mold. In addition, sink marks (insufficient thickness) occur on the surface of the plate. When such voids, bubbles, and sink marks are generated, a product of a predetermined size cannot be obtained and becomes defective.
そこで本発明ではこのような問題点を解決し、モールドの底部においても真空ボイドや気泡、表面のヒケといった不具合が発生するのを防止できるようなポリアミド樹脂成形体の製造方法および製造装置の提供を目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method and apparatus for producing a polyamide resin molded article that can solve such problems and prevent the occurrence of defects such as vacuum voids, bubbles, and surface sinks at the bottom of the mold. Objective.
以上のような目的を達成するために本発明の請求項1では、金型のキャビティ中に重合性ラクタム及びアニオン重合触媒とアニオン重合開始剤とを注型し加熱することでラクタムを重合させてなるポリアミド樹脂からなる成形体の製造方法において、第1段階としてキャビティの上部の重合性ラクタムを低温に保つことによって重合を抑制した状態にした上で、キャビティの上部以外の第1成形部における重合を進行させ、次いで第2段階としてキャビティ上部の第2成形部における重合性ラクタムを加熱して重合を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, in
請求項2では、第1段階でキャビティ上部の第2成形部における重合性ラクタムの温度を70〜130℃の範囲に保つことで重合を抑制する請求項1記載の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、第1段階でキャビティ上部に冷却具を配置することによって温度を制御し第2成形部の重合を抑制し、その後第2段階で前記冷却具を取り除くことで重合の抑制を解除する請求項1〜2記載のポリアミド樹脂成形体の製造方法としている。
In
請求項4では、第1段階においてキャビティ上部の重合を抑制する第2成形部の範囲が成形体の全高さの内、上から10〜50%の長さの範囲である請求項1〜3記載のポリアミド樹脂成形体の製造方法としている。 In Claim 4, the range of the 2nd shaping | molding part which suppresses superposition | polymerization of a cavity upper part in a 1st step is a range of 10-50% of length from the top among the total height of a molded object. This is a method for producing a polyamide resin molded body.
請求項1では、キャビティ上部の第2成形部の重合を抑制したその他の第1成形部の重合を行っているので、第2成形部のラクタムは液状のまま残存しており、第1成形部である中央部及び下部の重合が進行して固化収縮した場合でも、第2成形部に残存したラクタム液によって収縮した分が補われるので、減圧状態にならずボイド等が入るという問題を解消することができる。
In
請求項2では、第1段階におけるキャビティ上部における重合を抑制する際の温度範囲を限定しており、このような温度範囲にコントロールすることによって、重合を確実に抑制することができ、結果的に成形体内部のボイド等の不良を防止することができるものである。
In
請求項3では、キャビティ上部の温度を制御するのに冷却具を配置することによって行うので、キャビティ全体の中で第2成形部のみの部分的な温度範囲のコントロールを容易に行うことができる。 According to the third aspect, since the cooling tool is arranged to control the temperature of the upper part of the cavity, it is possible to easily control the partial temperature range of only the second molding part in the entire cavity.
請求項4にて成形中に重合を抑制する第2成形部の高さを指定しており、この範囲のラクタム温度をコントロールして重合を抑制することによって、それ以外の第1成形部の重合収縮による体積減を十分に補うことができ、また、第2成形部のボイドの発生も少なくすることができる。 The height of the second molded part that suppresses polymerization during molding is specified in claim 4, and the polymerization of other first molded parts is controlled by controlling the lactam temperature within this range to suppress polymerization. Volume reduction due to shrinkage can be sufficiently compensated, and generation of voids in the second molded part can be reduced.
図1は本発明に係るポリアミド樹脂成形体を成形するモールド1の斜視図、図2は図1に示すモールド1に使用する側板2の一部切欠き正面図、図3はスペーサ3の正面図である。
1 is a perspective view of a
本発明のポリアミド成形体の製造方法は、側板2とスペーサ3によって形成される上部が開放されたキャビティ4を有するモールド1を用いて行われ、モールド1中の開放された上部から、キャビティ4中に重合性ラクタム液を注型する。キャビティ4内の重合性ラクタム液は20〜100分程度加熱して重合する。加熱は図示はしないが熱媒油循環装置等を用いて前記側板2やスペーサ3内に熱媒油を通すことによって行われる。
The method for producing a polyamide molded body of the present invention is performed by using a
本発明において重合は第1段階と第2段階に分かれている。第1段階ではモールドを加熱して重合を行う際にキャビティ4上部に位置する重合性ラクタム液を低温に保つことによって重合を抑制した状態にし、それ以外の部分は加熱して重合を進行させる。重合が進行する際に結晶化に伴う収縮が起きる。その収縮により成形品内部にはボイドやヒケ、巣等の内部欠陥が生じるが、前記のようにキャビティ4上部において重合を抑制した部分では未重合のラクタム液が残存しており、収縮した部分に流入する。そうすることによって第1段階で重合した部位については内部欠陥のない成形品とすることができる。 In the present invention, the polymerization is divided into a first stage and a second stage. In the first stage, when the polymerization is performed by heating the mold, the polymerization lactam solution located above the cavity 4 is kept at a low temperature so that the polymerization is suppressed, and the other portions are heated to advance the polymerization. As the polymerization proceeds, shrinkage associated with crystallization occurs. Due to the shrinkage, internal defects such as voids, sink marks, and nests are generated inside the molded product, but as described above, unpolymerized lactam liquid remains in the portion where the polymerization is suppressed at the upper portion of the cavity 4, and the shrinkage portion Inflow. By doing so, the site polymerized in the first stage can be formed into a molded product having no internal defects.
側板2は、図2に示すようにアルミ、鉄等の金属製の板から形成された中空体であり、密閉された内部には幅方向に延びた桟2aが一定間隔で設けられ、熱媒油を流動させる連通した油路2bを有している。
The
スペーサ3は、図3に示すように一辺を開放したコ字状の枠体であり、枠体の内部には熱媒油を通す油路(図示せず)があり、熱媒油は下辺に設けた油口から油路を通り、側辺の上部に設けた油出口を出て、スペーサ3を加熱する。上記スペーサ3を側板2で挟み込むことでキャビティを形成するが、スペーサ3と側板2とのシール効果を高めるために、ポリテトラフルオロエチレン、シリコンゴム等のゴム弾性体からなるパッキン5をスペーサ3の枠体の両面に付着することもできる。
The
各側板2、2とスペーサ3を熱媒油循環装置によって温度調節が可能になる。更に、温度調節可能にした一対の側板2、2の間に、温度調節を可能にした少なくとも1枚以上の中盤(図示せず)を配置し、一対の側板2との間にスペーサ3を介在し、一方の側板2を他方の側板2へ移動して、各盤とスペーサ3を一体的に挟持固定して複数のキャビティ4を形成したものであってもよい。更に側板2、3自身に熱媒の通路を設けて加熱できるようにしたものでも構わない。
The temperature of the
本発明では、前述のように重合は第1段階と第2段階に分かれている。第1段階ではキャビティ4の上部を低温に保つことで重合を抑制するが、その温度は70〜130℃の範囲に保つことが好ましい。70℃未満であると融点に満たないので液の状態を保つことができず収縮した部分にラクタム液を補充することができず、130℃を超えるとラクタムの重合が進んで硬化してしまう。また低温に保つための手段としては次のような方法を挙げることができる。図4に示すように、キャビティ4内に重合性ラクタム液を注型した後に、モールドの壁面に沿ってキャビティ4全高さの上から10〜50%深さにまで到達する冷却部6a及び重合性ラクタム液の液面を空気から遮断する遮断部6bを有するキャップ状の蓋体6を装着する。蓋体6を装着することによって、重合性ラクタム液の液面を空気から遮断することができる。また、前記冷却部は内部に通路を有し、該通路に冷却水を通すことによって、冷却部6aの位置するキャビティ7の上部において重合性ラクタム液の温度を低温に保つことができる。
In the present invention, as described above, the polymerization is divided into the first stage and the second stage. In the first stage, polymerization is suppressed by keeping the upper part of the cavity 4 at a low temperature, but the temperature is preferably kept in the range of 70 to 130 ° C. If the temperature is lower than 70 ° C., the melting point is not reached, so that the liquid state cannot be maintained, and the contracted portion cannot be replenished with the lactam solution. If the temperature exceeds 130 ° C., the polymerization of the lactam proceeds and cures. Moreover, the following methods can be mentioned as a means for keeping at low temperature. As shown in FIG. 4, after casting the polymerizable lactam solution in the cavity 4, the
第1段階によって重合するキャビティ4の中でも下方部分の重合が完了すると、次に冷却部6aを取り外して第2段階へ進む。第2段階では冷却部6aによって重合の進行が抑えられてきた未重合のラクタム液が加熱されたモールドに接することで重合が進行する。未重合であったキャビティ4内の上部が重合することで、全体の重合が完了する。
When the polymerization of the lower part of the cavity 4 to be polymerized in the first stage is completed, the
重合が完了してから成形体を冷却して常温付近まで温度が下がると脱型を行う。その後必要に応じてオーブンに投入してアニールを行ったり、カットや研磨等の仕上げ工程を経て最終的な目的物を得ることができる。 After the polymerization is completed, the molded body is cooled, and demolding is performed when the temperature drops to near room temperature. Then, if necessary, the final target product can be obtained by performing annealing by putting it in an oven or performing a finishing process such as cutting or polishing.
重合の工程を以上のような第1段階と第2段階で行うことによって、重合の第1段階にてラクタム液の重合中に収縮が起こったとしても、キャビティ4上部に未重合のまま残っているラクタム液が収縮した部分に流れ込むので収縮による減圧状態が発生することなく、出来上がった成形体にもボイドや巣の発生といった内部欠陥を防止することができる。 By performing the polymerization process in the first stage and the second stage as described above, even if shrinkage occurs during the polymerization of the lactam liquid in the first stage of the polymerization, it remains unpolymerized in the upper part of the cavity 4. Since the lactam solution flowing into the contracted portion does not generate a reduced pressure state due to the contraction, it is possible to prevent internal defects such as generation of voids and nests in the finished molded body.
第1段階で重合する部分は内部欠陥のない成形体となり、次いで第2段階において残りの部分を重合するが、その重合時の収縮に対して新たにラクタム液が補充されることはなく、ラクタムの上面が下がることによって成形体の上面には例えばヒケが生じるといったことはある。但し、第1段階にて重合するキャビティ4の下方と第2段階で重合する上方を比べるとキャビティ4の下方はモールドによって密閉されたキャビティの奥側になり、ある程度重合が進んで樹脂が硬化してくると、重合収縮で減圧状態になってもラクタム液がスムーズに供給されず内部欠陥が発生しやすいが、本発明によりそれが防止されること、また、下方において確実に欠陥のない成形体をつくり、上部に欠陥を集めることによって上部に集まった欠陥部分は研磨等の手段で容易に除去することができることを考えると、成形体の上方にヒケが生じることは大きな問題にはならない。 The part polymerized in the first stage becomes a molded body having no internal defects, and then the remaining part is polymerized in the second stage. However, the lactam solution is not replenished with respect to the shrinkage during the polymerization, and the lactam. For example, sinking may occur on the upper surface of the molded body by lowering the upper surface of the molding. However, when comparing the lower part of the cavity 4 polymerized in the first stage and the upper part of the polymerized part in the second stage, the lower part of the cavity 4 is the back side of the cavity sealed by the mold, and the polymerization proceeds to some extent and the resin hardens. When the pressure is reduced due to polymerization shrinkage, the lactam liquid is not supplied smoothly and internal defects are likely to occur. However, this is prevented by the present invention, and the molded body is surely free of defects at the bottom. In consideration of the fact that the defect portion collected at the upper portion can be easily removed by means such as polishing by collecting the defects at the upper portion, the occurrence of sink marks above the molded body is not a big problem.
以上では、丸棒を製造する例を挙げて説明したが、丸棒に限られるものではなく、その他にも平板等の製造の場合にも適用することができる。丸棒の製造の場合には図6に示すような円筒形の側型11と下型12で構成されるモールドのキャビティ13内に、重合性ラクタム液14を注型し、次いで側型11に沿った冷却部15aとラクタム液14を空気から遮断する遮断部15bを有する蓋体15を配置した状態で第1段階の重合を行う。冷却された部分は重合が抑制され、冷却されていない部分の重合の際に発生した収縮に伴って未重合のラクタム液が供給され、内部欠陥のない成形体となる。そして冷却部15aが取り除かれて残りの未重合のラクタム液が加熱されることで第2段階の重合が行われ、全体の重合が完了する。冷却後に脱型することで成形体が得られる。
Although the example which manufactures a round bar was given and demonstrated above, it is not restricted to a round bar, In addition, it can apply also in the case of manufacture of a flat plate etc. In the case of manufacturing a round bar, a
本発明で用いられる重合性ラクタム液は、ω−ラクタムにアニオン重合触媒、そしてアニオン重合用開始剤を添加したものであり、上記ω−ラクタムは実質上無水のα−ピペリドン、ε−カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、あるいはこれらの2種以上の混合物であり、工業的に有利なラクタムはε−カプロラクタムとω−ラウロラクタムである。 The polymerizable lactam solution used in the present invention is obtained by adding an anionic polymerization catalyst and an anionic polymerization initiator to ω-lactam, and the ω-lactam is substantially anhydrous α-piperidone, ε-caprolactam, ω -Laurolactam, or a mixture of two or more of these, industrially preferred lactams are ε-caprolactam and ω-laurolactam.
アニオン重合触媒は、水素化ナトリウム、水素化リチウム、ナトリウム、カリウム等の公知のω−ラクタムの重合触媒を使用することができ、その添加量はω−ラクタムに対して0.1〜2.0モル%である。そして、アニオン重合用開始剤としては、例えばN−アセチル−ε−カプロラクタム、イソシアネート、ジイソシアネート、尿素誘導体、ウレタン、イソシアヌレート誘導体であり、その添加量はω−ラクタムに対して0.05〜1.0モル%の範囲が好ましい。 As the anionic polymerization catalyst, a known ω-lactam polymerization catalyst such as sodium hydride, lithium hydride, sodium, potassium and the like can be used, and the addition amount thereof is 0.1 to 2.0 with respect to ω-lactam. Mol%. Examples of the initiator for anionic polymerization include N-acetyl-ε-caprolactam, isocyanate, diisocyanate, urea derivative, urethane, isocyanurate derivative, and the addition amount thereof is 0.05 to 1. A range of 0 mol% is preferred.
また、アニオン重合触媒をω−ラクタムに添加し溶解した後、アニオン重合用開始剤を注型時に添加混合する方法、またはアニオン重合触媒を含むω−ラクタムとアニオン重合用開始剤を含むω−ラクタムとを注型時に添加混合する方法によって調整する。 Also, a method in which an anionic polymerization catalyst is added to ω-lactam and dissolved, and then an anionic polymerization initiator is added and mixed at the time of casting, or ω-lactam containing an anionic polymerization catalyst and an anionic polymerization initiator Are adjusted by a method of adding and mixing at the time of casting.
尚、本発明方法を実施するに際して、上記成分以外に重合を阻害しない油類、ワックス、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の滑剤や、カーボン繊維、ガラス繊維等の補強材を添加することも可能である。 In carrying out the method of the present invention, it is also possible to add lubricants such as oils, waxes, zinc stearate, calcium stearate, etc. that do not inhibit polymerization, and reinforcing materials such as carbon fibers and glass fibers, in addition to the above components. is there.
次に、本発明に係る製造装置を用いて円筒状のポリアミド樹脂成形体を製造してみた実施例と本発明でない比較例とで成形体の内部欠陥の状態を比較してみた。 Next, the state of the internal defect of the molded body was compared between an example in which a cylindrical polyamide resin molded body was manufactured using the manufacturing apparatus according to the present invention and a comparative example that was not the present invention.
(実施例)
実施例では150℃に温調した内径150mm×高さ1,200mmの円筒状の金型に重合性ラクタム液を約1,100mm高さまで注型した。次に外径148mm、内径118mm、高さ200mmで、内部に空洞を有しそこに水を満たしたリング状の蓋体をモールドのキャビティ上部にセットした。重合性ラクタム液の液面が直接空気に触れないように、蓋体には上部に遮断部を有している。
(Example)
In the examples, a polymerizable lactam solution was cast to a height of about 1,100 mm in a cylindrical mold having an inner diameter of 150 mm and a height of 1,200 mm adjusted to 150 ° C. Next, a ring-shaped lid having an outer diameter of 148 mm, an inner diameter of 118 mm, and a height of 200 mm, having a cavity inside and filled with water, was set on the upper part of the mold cavity. The lid body has a blocking portion at the top so that the liquid surface of the polymerizable lactam solution does not come into direct contact with air.
この状態で第1段階の重合として15分放置し、蓋体を取り除き、上部のラクタム液が高温のモールドに直接触れるようにして加熱し重合を進行させた。注型から1.5時間経過後、重合固化したポリアミド樹脂成形体(丸棒)を離型、冷却した。得られた丸棒は上面にわずかなヒケが見られたものの、超音波探傷の結果内部欠陥が全く見つからない良好なものであった。 In this state, the first stage polymerization was allowed to stand for 15 minutes, the lid was removed, and the polymerization was advanced by heating so that the upper lactam solution was in direct contact with the hot mold. After 1.5 hours from casting, the polymerized and solidified polyamide resin molded body (round bar) was released from the mold and cooled. Although the obtained round bar had slight sink marks on the upper surface, it was satisfactory in that no internal defects were found as a result of ultrasonic flaw detection.
(比較例)
実施例と同じモールドを用いて、同様に重合性ラクタム液を注型して加熱重合させ、ポリアミド樹脂成形体を得た。但し、実施例で用いた冷却部を有する蓋体は用いず、液面を空気に触れさせないための遮断部のみからなる蓋体を用いて重合を行った。
(Comparative example)
Using the same mold as in the example, a polymerizable lactam solution was similarly cast and polymerized by heating to obtain a polyamide resin molded body. However, polymerization was carried out using a lid comprising only a blocking portion for preventing the liquid surface from being exposed to air, without using the lid having a cooling portion used in the examples.
得られた丸棒を超音波探傷した結果、中心付近に大きさが1mm以下の内部欠陥5個が見つかった。 As a result of ultrasonic flaw detection on the obtained round bar, five internal defects having a size of 1 mm or less were found near the center.
ポリアミド樹脂成形体の製造方法に関するものであり、詳しくは成形の際にモールド底部に発生するボイドや表面のヒケの発生を防止したポリアミド樹脂成形体のとして用いることができる。 The present invention relates to a method for producing a polyamide resin molded body. Specifically, it can be used as a polyamide resin molded body in which voids generated at the bottom of the mold during molding and the occurrence of sink marks on the surface are prevented.
1 モールド
2 側板
3 スペーサ
4 キャビティ
5 パッキン
6 蓋体
6a 冷却部
6b 遮断部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
4. The polyamide resin molded body according to claim 1, wherein the range of the second molded portion that suppresses the polymerization at the upper part of the cavity in the first stage is in the range of 10 to 50% of the total height of the molded body. Manufacturing method.
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