JP2013018283A - Injection molding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計量機能を有するスクリューを用いて、溶融成形材料を金型内に注入する射出成形方法に関する。 The present invention relates to an injection molding method for injecting a molten molding material into a mold using a screw having a metering function.
プラスチック成形の代表的なものとして射出成形方法が広く知られている。この射出成形方法では、加熱シリンダ内にスクリューを配置した射出成形機と、雄型と雌型からなる金型が用いられる。一般的な射出成形方法では、計量工程(可塑化計量工程とも称す)、型締工程、射出充填工程、保圧及び冷却工程、及び離型取出工程が順次実行される。 An injection molding method is widely known as a representative plastic molding. In this injection molding method, an injection molding machine in which a screw is disposed in a heating cylinder, and a mold composed of a male mold and a female mold are used. In a general injection molding method, a metering step (also referred to as a plasticizing metering step), a mold clamping step, an injection filling step, a pressure holding and cooling step, and a mold release step are sequentially executed.
計量工程では、プラスチックを主成分とする成形材料が加熱シリンダ内に供給される。成形材料は、加熱シリンダからの加熱とスクリュー回転による摩擦熱によって溶融されながら、シリンダ先端に向けて送られる。この溶融成形材料は、ノズルから流出しない状態で、シリンダ先端に貯留される。溶融成形材料の貯留量が増加すると、回転中のスクリューが後方に押圧され、ノズルと反対方向に向かって後退する。このスクリューの後退位置から、溶融成形材料の貯留量が計測される。スクリューが所定の後退位置まで戻ると、スクリューの回転が停止して、計量工程が終了する。 In the measuring step, a molding material mainly composed of plastic is supplied into the heating cylinder. The molding material is fed toward the cylinder tip while being melted by the heat from the heating cylinder and the frictional heat generated by the screw rotation. This melt molding material is stored at the tip of the cylinder without flowing out of the nozzle. When the storage amount of the melt molding material is increased, the rotating screw is pressed backward and moved backward in the direction opposite to the nozzle. From the retreated position of the screw, the storage amount of the melt molding material is measured. When the screw returns to the predetermined retracted position, the rotation of the screw is stopped and the metering process ends.
次に、雄型と雌型を組み合わせて型締をしてから、加熱シリンダの先端にあるノズルを金型のゲートに接続する。スクリューの回転を停止したままで、シリンダ先端に向けて移動することにより、溶融した成形材料を高い圧力で金型内のキャビティに射出充填する。この射出充填後も金型内の溶融成形材料が所定の圧力に保たれるように、ノズルを金型のゲートに押し当てたままにして保圧する。その後、金型を冷却し、成形品を固化する。最後に、金型を雄型と雌型に分離し、成形品を取り出す。 Next, after the male mold and the female mold are combined and clamped, the nozzle at the tip of the heating cylinder is connected to the gate of the mold. The molten molding material is injected and filled into the cavity in the mold with a high pressure by moving toward the tip of the cylinder while the rotation of the screw is stopped. After the injection filling, the nozzle is kept pressed against the gate of the mold so that the melt molding material in the mold is maintained at a predetermined pressure. Thereafter, the mold is cooled to solidify the molded product. Finally, the mold is separated into a male mold and a female mold, and the molded product is taken out.
計量工程では、ホッパー内の成形材料が加熱シリンダに供給される。このホッパー内には、1回の射出成形に必要な成形材料を上まわる十分な量の成形材料が収納され、成形材料が自重によって順次加熱シリンダ内に供給される。そして、スクリューの送り量に合わせて成形材料を自重でホッパーから加熱シリンダ内に供給し、ホッパーに連なる投入口の直下では、加熱シリンダ内が成形材料で常に充満状態となる供給方法が標準的に用いられる。 In the metering step, the molding material in the hopper is supplied to the heating cylinder. A sufficient amount of molding material exceeding the molding material required for one injection molding is stored in the hopper, and the molding material is sequentially supplied into the heating cylinder by its own weight. Then, according to the feed amount of the screw, the molding material is fed by its own weight into the heating cylinder from the hopper, and the feeding method in which the inside of the heating cylinder is always filled with the molding material is standard right below the inlet connected to the hopper. Used.
加熱シリンダ内に供給された成形材料は、溶融・攪拌され、溶融成形材料としてシリンダ先端の液溜り部に向けて送られる。この溶融成形材料は、シャットオフノズル(ニードル状のバルブを装備したノズル)などによりノズル先端からの洩れが阻止されるため、液溜り部に溜まってゆく。この溶融成形材料の貯留に応じて、スクリューがその圧力を受けて後退する。 The molding material supplied into the heating cylinder is melted and stirred, and sent as a molten molding material toward the liquid reservoir at the tip of the cylinder. This melt molding material is prevented from leaking from the tip of the nozzle by a shut-off nozzle (nozzle equipped with a needle-like valve) or the like, and therefore accumulates in the liquid reservoir. In response to the storage of the melt molding material, the screw is retracted under the pressure.
スクリューが後退するときに、スクリューは加熱シリンダ先端に充満した成形材料の圧力を受けて後退する。ここで、スクリューの回転数が高いほど加熱シリンダ内での成形材料の送り量が大きくなるので、初期位置(前進位置)から特定位置までスクリューが後退するまでの時間(計量時間)が短くなる。他方、スクリューの回転数が低いほど、成形材料の送り量が小さくなるから、計量時間が長くなる。なお、スクリュー回転数が一定の場合には、スクリューが後端側から受ける圧力を低く設定するほどスクリューが速く後退するので計量時間が短くなり、高いほど計量時間が長くなる。 When the screw is retracted, the screw is retracted under the pressure of the molding material filled at the tip of the heating cylinder. Here, since the feeding amount of the molding material in the heating cylinder increases as the rotation speed of the screw increases, the time (measuring time) until the screw moves backward from the initial position (advance position) to the specific position is shortened. On the other hand, the lower the number of revolutions of the screw, the smaller the feed amount of the molding material, and the longer the metering time. When the screw rotation speed is constant, the lower the pressure that the screw receives from the rear end side, the faster the screw retracts, and the shorter the metering time, and the higher the screw, the longer the metering time.
計量工程において、溶融成形材料がスクリューと一緒に回転(「ともまわり」と称する)すると、溶融成形材料を液溜りへ搬送することができない。溶融成形材料が搬送されるには、溶融成形材料とシリンダ内壁との摩擦によって、溶融成形材料がスクリューの回転よりも遅く回転するか、又は回転しない(いずれもスクリューとの位置関係が変わる)ことが必要である。 In the metering step, if the melt molding material rotates together with the screw (referred to as “both around”), the melt molding material cannot be conveyed to the liquid reservoir. In order for the melt molding material to be conveyed, the melt molding material rotates slower than the rotation of the screw or does not rotate due to friction between the melt molding material and the cylinder inner wall (both the positional relationship with the screw changes). is necessary.
しかし、溶融成形材料が高密度化したり、摩擦の大きなものであると、溶融成形材料がシリンダ内壁に押し付けられた際に、シリンダ内壁に貼り付いて移動し難い状態が生じる。その結果、スクリューが溶融成形材料を押そうとする時に、シリンダ内壁に貼り付いた溶融成形材料の抵抗に負けて、スクリュー自体が後退することがある(これを「ネジ抜き現象」と称する)。これは、シリンダ内壁に貼り付いた溶融成形材料がナットに、そしてスクリューがボルトとして機能し、スクリューだけが後退するように作用する。 However, if the melt molding material has a high density or has a large friction, when the melt molding material is pressed against the inner wall of the cylinder, it is difficult to move due to being stuck to the inner wall of the cylinder. As a result, when the screw tries to push the melt molding material, the screw itself may be retracted against the resistance of the melt molding material adhered to the inner wall of the cylinder (this is referred to as “screwing phenomenon”). This acts so that the melt molding material adhered to the inner wall of the cylinder functions as a nut and the screw functions as a bolt, and only the screw moves backward.
溶融成形材料が完全にシリンダ内壁に貼り付いていると、スクリューはその抵抗によって後退してしまい、液溜り部の溶融成形材料の圧力を高めることができない。しかし、通常行われている射出成形では、溶融成形材料がスクリューと「ともまわり」しない程度の適度の摩擦によって、シリンダ内壁に貼り付くことなく下流に搬送されるように、スクリューの構造や、成形条件が選定される。 If the melt molding material is completely adhered to the inner wall of the cylinder, the screw is retracted by its resistance, and the pressure of the melt molding material in the liquid reservoir cannot be increased. However, in the usual injection molding, the structure and molding of the screw so that the melt molding material is conveyed downstream without sticking to the cylinder inner wall by moderate friction that does not “turn around” with the screw. Conditions are selected.
特許文献1には、スクリューの後退力と前進力を制御して、内部歪みなどが生じない高品質の成形品を製造可能とする射出成形機が記載されている。この射出成形機では、計量工程では、成形材料が一定の割合で加熱シリンダに供給され、そして加熱シリンダ内でスクリューが一定速度で回転しており、溶融した成形材料を加熱シリンダ先端の液溜まり部に向けて送り込む。液溜まり部には、溶融樹脂圧力を測定する圧力センサが配置されている。樹脂圧力を圧力センサで監視しながら、樹脂圧力が所定値に保たれるように、スクリューの軸方向の位置を調整して、液溜まり部の容積を調整する。これとともに、樹脂圧力は演算部に送られ、スクリューの断面積を用いて、スクリューの先端に作用する後退力が算出される。サーボモータは、後退力と同じ大きさの前進力を発生し、スクリューの後端を押圧する。これにより、計量工程などで、スクリューの後退力と前進力とをバランスさせている。 Patent Document 1 describes an injection molding machine that can manufacture a high-quality molded product that does not cause internal distortion or the like by controlling the backward force and forward force of a screw. In this injection molding machine, in the metering process, the molding material is supplied to the heating cylinder at a constant rate, and the screw rotates at a constant speed in the heating cylinder, and the molten molding material is stored in the liquid reservoir at the tip of the heating cylinder. Send in towards. A pressure sensor that measures the molten resin pressure is disposed in the liquid reservoir. While monitoring the resin pressure with the pressure sensor, the axial position of the screw is adjusted so that the resin pressure is maintained at a predetermined value, thereby adjusting the volume of the liquid reservoir. At the same time, the resin pressure is sent to the calculation unit, and the backward force acting on the tip of the screw is calculated using the cross-sectional area of the screw. The servo motor generates a forward force having the same magnitude as the backward force and presses the rear end of the screw. This balances the retreating force and the advancing force of the screw in a weighing process or the like.
特許文献2には、射出・保圧工程中に、樹脂圧力の異常によって、金型やスクリューが破損しないようにした射出成形機が記載されている。この射出成形機は、液溜まり部に樹脂圧センサが配置されている。また、スクリューの後端に作用する背圧センサ(ロードセル)が設けられている。コントローラは、射出・保圧工程中に、樹脂圧センサで測定した樹脂圧と、背圧センサで測定した背圧値とを比較し、2つの測定値の差が許容範囲内である場合には射出・保圧工程を続行させ、許容範囲外のときには射出・保圧工程を強制終了し、金型等の破損を防止する。 Patent Document 2 describes an injection molding machine that prevents a mold and a screw from being damaged due to abnormal resin pressure during an injection / holding process. In this injection molding machine, a resin pressure sensor is disposed in the liquid reservoir. Further, a back pressure sensor (load cell) acting on the rear end of the screw is provided. The controller compares the resin pressure measured by the resin pressure sensor with the back pressure value measured by the back pressure sensor during the injection / holding process, and if the difference between the two measured values is within the allowable range. The injection / holding process is continued, and when it is outside the allowable range, the injection / holding process is forcibly terminated to prevent damage to the mold or the like.
ところで、自然環境への負担を軽減する方法として、石油系の樹脂材料に代えて植物などの生物由来の樹脂材料を用いることが様々な分野で試みられている。このような樹脂材料はバイオマス樹脂(バイオプラスチック)とも称され、中でもポリ乳酸樹脂(PLA)やセルロース系樹脂はカーボンニュートラルであることからその実用化が検討されている。ところが、バイオマス樹脂で作られた成形品の多くは、一般樹脂の成形品と比較して耐熱性に乏しく、成形品が燃えやすいという難点がある。 By the way, as a method for reducing the burden on the natural environment, it has been attempted in various fields to use a resin material derived from a living organism such as a plant instead of a petroleum resin material. Such a resin material is also referred to as a biomass resin (bioplastic). Among them, a polylactic acid resin (PLA) or a cellulose resin is carbon neutral, and its practical application has been studied. However, many of the molded products made of biomass resin have poor heat resistance compared to molded products of general resins, and have a drawback that the molded products are easily burnt.
バイオマス樹脂の耐熱性や難燃性は添加剤の混入により改善することが可能である。一般樹脂の場合には、主成分となるベース樹脂に目的に応じた各種の添加剤を混入させるにあたっては、これらの材料を混練機に一斉に投入し、十分に混合・分散させた上で粒体状のペレット材料にしている。そして、こうして得たペレット材料を射出成形機に投入して成形を行えばよい。この点、ベース樹脂としてバイオマス樹脂を用いる場合、成形品の難燃性を改善するには粉体状の添加剤が不可欠で、これらの添加剤の多くはバイオマス樹脂とともに混練機に一斉投入しても十分な混合・分散作用を得ることが難しい。このため、まず主成分たるバイオマス樹脂を単独でペレット化しておき、その上でこのペレットと添加剤とを混練機に投入して十分に混合・分散させて再ペレット化する必要がある。 The heat resistance and flame retardancy of the biomass resin can be improved by mixing additives. In the case of general resins, when various additives according to the purpose are mixed into the base resin as the main component, these materials are put all at once into a kneader and mixed and dispersed thoroughly. Body pellet material. Then, the pellet material thus obtained may be put into an injection molding machine and molded. In this regard, when biomass resin is used as the base resin, powdery additives are indispensable to improve the flame retardancy of molded products, and many of these additives are added to the kneader together with the biomass resin. However, it is difficult to obtain a sufficient mixing / dispersing action. For this reason, it is necessary to first pelletize the biomass resin as the main component, and then add the pellets and additives to a kneader and mix and disperse them sufficiently to re-pelletize.
したがって射出成形工程も含めると、もともと耐熱性が乏しいバイオマス樹脂に対して3回の加熱処理が加わり、こうした熱履歴によって分子量の低下や着色などが生じ、成形品の品質を著しく劣化させる原因となる。熱履歴の回数を減らすには、すでにペレット化されているバイオマス樹脂に添加剤を混合して再ペレット化する混練処理を止め、バイオマス樹脂のペレットとともに粉体状の各種添加剤をそのまま射出成形機のシリンダに供給すればよい。この手法は、「直接材料投入混練成形法(Direct Mixing:DM成形法)」として利用されており、複数種類の成形材料をブレンドしてペレット化する前処理を不要とする。これにより、成形材料の熱履歴を減らして成形品の品質を高く維持し、かつ工程コストの低減も図ることができる。 Therefore, when the injection molding process is included, three times of heat treatment is applied to the biomass resin that originally has poor heat resistance, and this thermal history causes a decrease in molecular weight, coloring, and the like, causing the quality of the molded product to deteriorate significantly. . To reduce the number of heat histories, stop the kneading process of mixing pellets with the pelletized biomass resin and re-pelletizing, and then add various powdered additives together with the biomass resin pellets to the injection molding machine. What is necessary is just to supply to this cylinder. This technique is used as a “direct material charging and molding method (Direct Mixing: DM molding method)”, and eliminates the need for a pretreatment for blending a plurality of types of molding materials into pellets. Thereby, the thermal history of the molding material can be reduced, the quality of the molded product can be maintained high, and the process cost can be reduced.
上述のように、例えば耐熱性が改善されたバイオマス樹脂で高品質の成形品を得るには、主成分となる粒体状のベース樹脂に加え、耐熱性を高めるための粉体状の添加剤を直接的に射出成形機に投入するDM成形法が有利である。ところが、耐熱性を高めるための添加剤は一般に機械的強度を低下させるため、これを補うために粉体状の添加剤や相溶剤などの添加剤も併用される。 As described above, for example, in order to obtain a high-quality molded product with a biomass resin having improved heat resistance, in addition to a granular base resin as a main component, a powdery additive for enhancing heat resistance A DM molding method in which is directly put into an injection molding machine is advantageous. However, additives for increasing the heat resistance generally lower the mechanical strength. Therefore, additives such as powder additives and compatibilizers are also used in combination.
このように、粒体状のベース樹脂に対して粉体状の添加剤を組み合わせてDM成形を行う場合には、射出成形機のシリンダ内で粒体状、粉体状などの異種の材料を十分に混練・分散させることが難しくなる。特に、粉体状材料の割合が30%を越えるようになると、粒体状材料と粉体材料との混練・分散にムラが生じやすくなる。材料の混練・分散ムラは材料とシリンダ内壁との間の摩擦を変動させる要因になり、計量工程にも悪影響を及ぼして成形品の重量や物性にバラツキを生じさせる結果となる。 As described above, when DM molding is performed by combining a powdery additive with a granular base resin, different types of materials such as granular and powdery materials are used in a cylinder of an injection molding machine. It becomes difficult to sufficiently knead and disperse. In particular, when the proportion of the powdery material exceeds 30%, unevenness tends to occur in the kneading / dispersing of the granular material and the powder material. Uneven kneading / dispersion of the material becomes a factor that fluctuates the friction between the material and the inner wall of the cylinder, adversely affects the measuring process, and results in variations in the weight and physical properties of the molded product.
本発明は、以上の問題点を考慮してなされたもので、ペレットのような粒体状材料とともに粉体材料とを射出成形機に直接供給しても、これらの成形材料をシリンダ内で十分に混合するとともに安定した計量が行われるようにして品質の安定した成形品が得られる射出成形方法を提案する。 The present invention has been made in consideration of the above-described problems. Even when a granular material such as a pellet and a powder material are directly supplied to an injection molding machine, the molding material is sufficiently contained in the cylinder. An injection molding method is proposed in which a molded product with a stable quality can be obtained by mixing and mixing in a stable manner.
本発明による射出成形方法は、ベース樹脂となる粒体状材料と粉体状の添加剤とを含む複数の材料を混合した成形材料を投入口から加熱シリンダ内に供給し、加熱シリンダの内部でスクリューを回転して成形材料をシリンダ内で混練分散しながらシリンダ先端部に貯蔵するとともに、貯蔵された成形材料からの押圧力で前記スクリューを計量設定位置に後退させて計量を行った後にスクリューを前進させて材料を金型の中に高い圧力で押し込んで射出成形を行う成形方法であって、計量を行う際にはシリンダ先端部に貯蔵された成形材料からの圧力を検出し、検出された圧力値に対応して決まるスクリューの後退力に、1.2〜2.0の範囲から予め設定された係数を乗じた作用力をスクリューの前進力として加え、かつ前記投入口から前記成形材料を疎らに投入する制限供給を行って投入口の直下では加熱シリンダの内壁とスクリューとの間に形成される成形材料の移送空間に隙間を残しながら成形材料を供給し、計量に要する時間を、投入口の直下で加熱シリンダの内壁とスクリューとの間に形成される成形材料の移送空間を稠密に満たすように粒体状材料を充填供給する際の標準計量時間よりも長くしている。 In the injection molding method according to the present invention, a molding material obtained by mixing a plurality of materials including a granular material serving as a base resin and a powdery additive is supplied into a heating cylinder from an inlet, and the inside of the heating cylinder is The screw is rotated and stored in the cylinder tip while kneading and dispersing the molding material in the cylinder, and the screw is retracted to the measurement setting position by the pressing force from the stored molding material, and then the screw is measured. This is a molding method in which the material is pushed forward and pressed into the mold at a high pressure to perform injection molding. When measuring, the pressure from the molding material stored in the cylinder tip is detected and detected. An action force obtained by multiplying the screw retraction force determined in accordance with the pressure value by a coefficient set in advance from a range of 1.2 to 2.0 is added as the screw advance force. Time required for weighing by supplying the molding material while leaving a gap in the molding material transfer space formed between the inner wall of the heating cylinder and the screw just below the charging port, with limited supply that throws the molding material loosely Is longer than the standard measurement time when filling and supplying the granular material so as to densely fill the transfer space of the molding material formed between the inner wall of the heating cylinder and the screw immediately below the inlet. .
本発明では、加熱シリンダとスクリューとの間に形成される成形材料の移送空間が粒体状材料だけで稠密に満たされるように材料供給する場合の標準的な計量時間に対し、1.5倍〜3倍の計量時間で計量が行われるようにすることが望ましい。この範囲の下限よりも短い計量時間では粒体状のベース樹脂と粉体状の添加材などとの混練が不足しがちになり、上限よりも長い計量時間では成形材料、特に粉状の添加剤の熱劣化が懸念される。こうした条件は、特に粉体状の添加物の比率が粒体状材料の30重量%以上である場合に適している。 In the present invention, the molding material transfer space formed between the heating cylinder and the screw is 1.5 times the standard metering time when the material is supplied so that it is densely filled with only the granular material. It is desirable that the weighing is performed in a weighing time of ˜3 times. If the metering time is shorter than the lower limit of this range, kneading between the granular base resin and the powdered additive tends to be insufficient, and if the metering time is longer than the upper limit, the molding material, especially powdery additive There is concern about thermal degradation of Such conditions are particularly suitable when the ratio of the powdered additive is 30% by weight or more of the granular material.
具体的な例としては、ベース樹脂としてポリ乳酸樹脂又はセルロース系樹脂、添加物として難燃剤又は相溶化剤を用いることができる。これらの成形材料の供給を時間的に分散させて少量ずつ供給する制限供給を行うにあたっては、粒体状のベース樹脂と粉体状の添加剤とを加熱シリンダ内に少量ずつ連続供給する手法、またこれらの材料をシリンダに間欠的に供給する手法、粒体状のベース樹脂と粉体状の添加剤とを交互に供給する手法などがある。また、成形サイクルは、計量工程と型締工程と射出充填工程と保圧冷却工程と離型取出工程とを有し、保圧冷却工程開始から離型取出工程終了までの間に成形材料の計量が行われる。 As a specific example, a polylactic acid resin or a cellulose resin can be used as a base resin, and a flame retardant or a compatibilizing agent can be used as an additive. In performing the limited supply in which the supply of these molding materials is dispersed in time and supplied in small amounts, a method of continuously supplying the granular base resin and the powdered additive in small amounts into the heating cylinder, Further, there are a method of intermittently supplying these materials to the cylinder, a method of alternately supplying a granular base resin and a powdery additive. The molding cycle includes a weighing process, a mold clamping process, an injection filling process, a pressure holding cooling process, and a mold release process, and the molding material is measured between the start of the pressure holding cooling process and the end of the mold release process. Is done.
本発明によれば、PLA等、強度が脆弱な粒体状のベース材料に難燃性能を付与するための難燃剤や添加剤など、粉体状の材料を高い比率で加えた成形材料を用いて射出成形を行うにあたり、粒体状、粉体状という異種の材料を十分に混錬しないままで、直接、射出成形機のシリンダに供給して成形を行った場合でも、重量に大きなバラツキがなく、品質の安定した成形品が得られる。なお、本発明方法は、ペレットの形状や供給状態によっては、シリンダ内壁の樹脂抵抗が大きく変化するエラストマーなどのペレット材料にも有効である。 According to the present invention, a molding material in which a powdery material is added at a high ratio such as a flame retardant and an additive for imparting flame retardancy to a granular base material having weak strength such as PLA is used. When injection molding is performed, there is a large variation in weight even when different types of materials such as granules and powders are not kneaded sufficiently and supplied directly to the cylinder of the injection molding machine. And a molded product with stable quality can be obtained. The method of the present invention is also effective for a pellet material such as an elastomer whose resin resistance on the inner wall of the cylinder varies greatly depending on the shape and supply state of the pellet.
図1に示されるように、本発明方法に好適に用いられるインラインスクリュー型の射出成型装置10は、先端にノズル12を有する加熱シリンダ13を備え、その中にスクリュー14が回転可能に配設される。スクリュー14の後端には、スクリュー14を回転させるモータ16と、スクリュー14を軸方向(図1の左右方向)に移動させるピストン17とを備えた駆動装置18が設けられる。ピストン17には、計量工程においてスクリュー14が後退する際の抵抗力となる背圧を検出する背圧センサ21と、スクリュー14の後退位置、即ち計量完了位置を検出する位置センサ22が設けられ、それぞれの検出結果がコントローラ25に入力される。
As shown in FIG. 1, an in-line screw type
また、駆動装置18は、コントローラ25と協働してピストン17の背圧を制御する機能を備えている。このため、駆動装置18にはコントローラ25からの指令を受けてオン/オフ制御され、ピストン17に適宜の背圧を与えるためにタンク19からのエアー供給を行うポンプ19aと、コントローラ25からの設定指示に応じてピストン17の背圧を設定する調圧装置20と、背圧センサ21で検出された背圧値に応じてコントローラ25からの制御信号に基づき、調圧装置20に設定された背圧が保たれるようにフィードバック制御されるサーボバルブ20aが設けられている。
The
加熱シリンダ13の外周にはヒータ26が巻回して設けられ、加熱シリンダ13の内部に供給された成形樹脂を可塑化に必要な所定温度に加熱する。成形用金型30は内部にキャビティ31が形成された固定型32と可動型33とから構成され、固定型32のスプルー34にノズル12の先端が接続される。また、ピストン17がスクリュー14を図1の左方向(前進方向)に押圧し移動させて射出動作が行われ、溶融された樹脂が所定の圧力でノズル12を通して成形用金型30へ射出される。
A
加熱シリンダ13の長さ方向における後端側に投入口28が形成され、この投入口28の上方にホッパー40が取り付けられている。ホッパー40の上方に材料供給装置50が設けられ、この材料供給装置50から供給される成形材料がホッパー40、投入口28を通して加熱シリンダ13内に供給される。材料供給装置50はドラム51,53を備え、ドラム51には成形材料の主成分となるベース樹脂として粒体状材料であるバイオマス樹脂45が投入され、ドラム53には粉体状材料である添加物46が投入される。
A charging
ドラム51,53の出口には計量フィーダ52,54が設けられ、それぞれの計量フィーダ52,54から計量済みのバイオマス樹脂45、添加物46がホッパー40に供給される。ペレットと称される粒体状の一般的な成形材料を加熱シリンダ13に供給する場合には、成形材料は自重で途切れることなくホッパー40に供給されるのが標準である。このため、投入口28の直下では、加熱シリンダ13の内壁とスクリュー14との間に形成される空間にはほとんど隙間が生じないように成形材料が稠密に充填される。
これに対し、この実施形態ではバイオマス樹脂45、添加物46の各々は計量フィーダ52,54で一定量が計量された後、それぞれが時間をかけて少しずつホッパー40に供給される。具体的には、スクリュー14が回転して計量工程が開始される時点から、スクリュー14が停止して計量工程が終了するまでの間に、一定量のバイオマス樹脂45、添加物46は時間的に分散してホッパー40に供給されるようになる。このため、投入口28の直下では、加熱シリンダ13の内壁とスクリュー14との間に形成される成形材料の移送空間に隙間を生じさせながらバイオマス樹脂45と添加物46とが供給される。
On the other hand, in this embodiment, each of the
なお、計量フィーダ52,54からバイオマス樹脂45と添加物46とをホッパー40に供給する際には、計量工程期間中に各々を少量ずつ同時に連続的に供給し、あるいは計量工程期間中に各々を同時に小刻みに間欠的に供給したり、さらには少量ずつ交互に供給したりしてもよい。計量フィーダとしては、成形材料の供給に支障がなければ特に制限はなく、スクリューフィーダー、振動式フィーダ、ポケット型定容量切り出し式フィーダ、テーブルフィーダや、サークルフィーダなどを用いることができる。
In addition, when supplying the
コントローラ25には、成形材料の種類(樹脂の種類や添加物の種類等)、材料の形状(粉体、粒体、液体、ペレット)、混合比率(ベース樹脂と添加物との割合)、射出成形条件(1ショットの射出量、シリンダの加熱温度、スクリューの回転数、背圧設定値等)等の諸因子に応じて、成形材料が均一且つ十分に混練されるための必要混練時間データが入力されている。この必要混練時間データは予め予備試験等により得られたものが用いられる。また、計量時間が必要混練時間以上となるように、計量時間に対する計量フィーダ52,54における成形材料の単位時間当りの供給量が入力されている。
The
コントローラ25は、シリンダ先端部にある圧力センサ27、背圧センサ21、位置センサ22からの情報によって最初の成形のスタート時と前の成形が保圧冷却工程に入ったことを確認した後、計量フィーダ52,54からそれぞれの成形材料を選択された供給プログラムにしたがってホッパー40に供給し始める。
The
図2に示されるように、加熱シリンダ13内のスクリュー14は、投入口28側から順に供給ゾーン41、圧縮ゾーン42、計量ゾーン43の3ゾーンに区分される。計量工程が開始される時点では、投入口28の直下に計量ゾーン43が位置している。ホッパー40に投入された成形材料は投入口28から供給ゾーン41に供給され、スクリュー14の回転によって加熱シリンダ13内をスクリュー先端側に搬送される。加熱シリンダ13内を搬送される成形材料は、回転するスクリュー14の表面と加熱シリンダ13の内壁との間で発生する剪断熱、及び加熱シリンダ13の外周に設けられたヒータ26からの熱によって徐々に溶融される。
As shown in FIG. 2, the
圧縮ゾーン42において成形材料の溶融混練が開始され、溶融混練された成形樹脂が更に先端側に搬送されて計量ゾーン43に達する。加熱シリンダ13の先端部内壁に圧力センサ27が設けられ、溜まった溶融樹脂の圧力が検出される。検出された圧力値はコントローラ25に送信される。そして、溶融混練された成形材料がシリンダ先端部15に溜まるに伴ってスクリュー14はその圧力を受けて後退し、計量設定位置(図5参照)に到達するとモータ16の回転が停止され後退も停止する。
In the
図3に示されるように、射出成形サイクルは、計量工程、型締工程、射出充填工程、保圧冷却工程、離型取出工程の繰返しとなっている。計量工程では、モータ16の駆動により加熱シリンダ13内でスクリュー14が回転する。計量工程の開始とともにホッパー40を通して加熱シリンダ13に成形材料が供給されているから、成形材料はスクリュー14の回転により混練・溶融(可塑化)されながらシリンダ先端側に送られ、徐々にシリンダ先端部15に貯蔵される(図4参照)。
As shown in FIG. 3, the injection molding cycle is a repetition of a metering process, a mold clamping process, an injection filling process, a pressure keeping cooling process, and a mold release process. In the measuring step, the
シリンダ先端部15における成形材料の貯蔵量が増えるのに伴い、貯蔵された成形材料自身の圧力に基づく後退力がスクリュー14に加わる。このため、スクリュー14は回転しながら後退し、予め設定された計量設定位置まで後退したことが位置センサ22で検知されるとモータ16が停止し、同時にスクリュー14の回転及び後退も停止して一回の計量を終了する(図5)。この計量工程に要する時間が計量時間である。
As the amount of the molding material stored in the
型締工程は、型開状態にある可動型33と固定型32とを閉じて成形用金型30内に成形空間を形成する工程であり、型締シリンダ(図示せず)によって可動型33を固定型32の方向に移動して当接させる。その後、固定型32のスプルー34をノズル12に接合させるノズルタッチを行うが、接合させた状態で成形を繰り返しても良い。
The mold clamping process is a process of closing the
射出充填工程(射出工程、あるいは充填工程とも言う)は、加熱シリンダ13内で溶融され流動状態になってシリンダ先端部15に貯蔵された成形材料を、スクリュー14の前進によりノズル12から成形用金型30内に射出する。これにより、溶融した成形材料が成形用金型30のキャビティ31内に充填される。
In the injection filling process (also referred to as injection process or filling process), the molding material melted in the
保圧冷却工程は、射出され充填された後も、スクリュー14によってキャビティ31内に圧力が加えられる保圧と、その状態で充填された樹脂を固化させるための冷却とを行う。保圧は、成形用金型30のキャビティ31内に充填された成形材料に圧力をかけ続けることで、小さな気泡が抜けてキャビティ31に形成された詳細な形状が成形品に転写される。また、保圧は保圧冷却工程の略前半で完了するが、冷却はその後も続けられ成形品が離型の際に十分な剛性が得られる程度まで行われる。
The holding pressure cooling step performs holding pressure in which pressure is applied to the
離型取出工程では、型締シリンダにより可動型33を固定型32から離れる方向に移動させて成形用金型30を開き(図6参照)、この型開動作の終了間際に突出しピン35によって成形品が可動型33から離型される。
In the mold release process, the
上記各工程の中の保圧冷却工程において、保圧が完了する前であっても充填された樹脂がある程度固化されたところでスクリュー14を回転させ、次の計量工程が開始される。また、冷却が終了するまでに計量工程を終了させればよい。もちろん、計量の開始時期を時間的に後にずらすこともできるが、上記のようにnサイクル目の保圧冷却工程中に、n+1サイクル目の計量工程を行うことで成形サイクルの効率化を図ることができる。
In the pressure keeping cooling step in each of the above steps, the
次に、本発明による射出成形方法について、図1に戻って説明する。 Next, the injection molding method according to the present invention will be described with reference to FIG.
コントローラ25に成形材料の種類、成形条件等の諸因子が入力されると、コントローラ25は入力されている必要混練時間データから成形材料に必要な計量時間を選択する。また、コントローラ25は、計量フィーダ52,54に貯留されている1サイクル分のバイオマス樹脂45及び添加物46について、計量を開始してから終了するまでの計量時間内に、計量フィーダ52,54からホッパー40に供給される単位時間当りのバイオマス樹脂45と添加物46との供給量を算出して計量フィーダ52,54に設定する。これにより、計量フィーダ52,54で計量された一定量のバイオマス樹脂45と添加物46の双方は、計量工程が開始されてから終了するまでの間に、加熱シリンダ13に少しずつ分散して供給されるようになる。
When various factors such as the type of molding material and molding conditions are input to the
バイオマス樹脂45と添加物46とを均一且つ十分に混練するために必要な必要混練時間が20秒であるとした場合、計量工程での計量時間が少なくとも20秒以上になるように決められる。この計量時間内に計量フィーダ52,54に貯留されている1サイクル分の材料がホッパー40に制限供給されるが、材料の単位時間あたりの供給量、あるいは材料の供給速度は、供給開始から供給終了までの間、できるだけ均等であることが好ましい。したがって、成形材料を計量フィーダ52,54からホッパー40に少量ずつ連続的にぱらぱら落とす少量連続供給方法(パラパラ入れと称する)か、ホッパー40に一定間隔で一定量を間欠的に落とす間欠供給方法を採用することが好ましい。間欠供給の場合、計量フィーダ52,54から交互に供給されるようにしても良い。
When the necessary kneading time necessary for kneading the
計量工程がスタートすると、コントローラ25は圧力センサ27、背圧センサ21、位置センサ22からの情報に基づいて、計量フィーダ52,54からそれぞれの成形材料をホッパー40に制限供給し始め、モータ16を駆動してスクリュー14を回転させる。
When the weighing process starts, the
溶融された成形材料が徐々に前方に送られ、シリンダ先端部15に溜まってくるとスクリュー14が押し戻され、加熱シリンダ13の後方に移動し始める。シリンダ先端部15に設けられた圧力センサ27が溶融された成形材料の樹脂圧S(MPa)を検出し、背圧センサ21がスクリュー14を前方に付勢する背圧Tを検出する。樹脂圧Sが検出されると、コントローラ25はこの樹脂圧Sのもとでスクリュー14に加わる後退力PJを算出し、算出された後退力PJに係数Kを乗じた前進力PHを算出する。そして、この前進力PHを得るための背圧Tを調圧装置20に設定する。
When the melted molding material is gradually fed forward and accumulated at the
ところで、スクリュー14は自らの回転で成形材料を加熱シリンダ13の前方に移送しているから、その際の樹脂抵抗は反力PTとなってスクリュー14を後退方向に押圧することになる。このため、スクリュー14に対しては、後退方向では後退力PJのほかに樹脂抵抗による反力PTが加わり、前進方向では背圧Tによる前進力PHが加わった状態となっている(PH=PJ+PT)。したがって、前進力PHが樹脂抵抗による反力PTの分だけ低くなり、しかも反力PTはスクリュー14の回転速度や成形材料の混練状況などの影響で変動しやすく、正確な計量のためにスクリュー14に加えておくべき前進力PHが不安定になる。
By the way, since the
この点、この射出成形装置にあっては、前進力PHが過大にならないように、しかも樹脂抵抗による反力PTの変動を無視することができるように、コントローラ25によって最適な前進力PHを保つことができるようにしている。このためコントローラ25は、圧力センサ27で検出された樹脂圧Sに対応して決まる後退力PJを基準とし、この後退力PJに、1.2〜2.0の範囲で設定された係数Kを乗じ、スクリュー14に対してこの力「K・PJ」が前進力PHとして作用するように背圧Tを制御する。
In this regard, in this injection molding apparatus, the
係数Kの値は、予め予備試験等を行うことによって、成形材料や成形条件などの諸因子に応じてそれぞれ最適な値を用意しておくことが可能で、適宜に最適のものを選択して用いればよい。この結果、樹脂抵抗による反力PTが変動するようなことがあっても、そのときの樹脂圧に基づく後退力PJに追随するように、前進力PHがバランスよく調整されるから、計量工程が安定に保たれ、したがって計量時間(混練時間)も大きく変動することがなくなり、粒体状のベース樹脂と粉体状の添加剤とからなる成形材料を用いながらも、高品質の成形品を得ることが可能となる。 The value of the coefficient K can be prepared in advance according to various factors such as molding materials and molding conditions by conducting preliminary tests and the like in advance. Use it. As a result, even if the reaction force PT due to the resin resistance may fluctuate, the forward force PH is adjusted in a well-balanced manner so as to follow the backward force PJ based on the resin pressure at that time. Therefore, the measurement time (kneading time) does not fluctuate greatly, and a high-quality molded product is obtained while using a molding material composed of a granular base resin and a powdery additive. It becomes possible.
以上のような係数Kを用いて前進力PHを調整することにより「PH/PJ=K」となる。係数Kの値は「1.2〜2.0」の範囲であれば任意であるが、具体的には1.2,1.3,1.5,1.8を用意しておき、成形条件に応じて適宜に切り替えて用いることができる。係数Kが1又は1に近いと、摩擦抵抗をほとんど無視した設定になる。このため、実際には樹脂の摩擦抵抗でスクリュー14が後退しやすい状態となり、成形材料をシリンダ先端部15に向けて送ることができず、成形材料がスクリュー14と一緒にともまわりしやすくなる。また、係数Kが「2.0」を越えて大きくなると、スクリュー14に対する前進力PHが過大になってスクリュー14が後退しにくくなり、計量時間が延長され成形材料の熱劣化が懸念される。
By adjusting the forward force PH using the coefficient K as described above, “PH / PJ = K” is obtained. The value of the coefficient K is arbitrary as long as it is in the range of “1.2 to 2.0”, but specifically, 1.2, 1.3, 1.5, and 1.8 are prepared and molded. It can be switched as appropriate according to the conditions. When the coefficient K is close to 1 or 1, the frictional resistance is almost ignored. For this reason, in reality, the
一般に、スクリュー14の供給ゾーン41に成形材料が密に詰まっている状態では、スクリュー14を回転させたときの樹脂抵抗は大きくなり、また変動しやすくなる。このため、スクリュー14の回転速度を一定に保つ上では不利になるが、上述のような制限供給により供給ゾーン41に供給される成形材料を少量にすれば、樹脂抵抗は小さく、かつ変動も抑えることができ反力PTの影響も小さくなる。
In general, in a state where the molding material is densely packed in the
本発明の成形方法の場合、成形材料を時間的に分散させて加熱シリンダ13に供給する制限供給が行われることから、成形品一個当たりに必要な成形材料の計量には時間がかかるようになる。標準的に成形材料をシリンダに供給する場合、例えば上述した粒体状のバイオマス樹脂45だけを定量フィーダ52を通さずに自重でホッパー40に流し込み、そのまま投入口28から加熱シリンダ13に供給する場合、他の条件を共通とすれば、成形材料の溶融及び混練の状態が良好で、かつ成形材料に熱劣化を生じさせないためには、スクリュー14の回転数と計量時間との組み合わせとしては、以下の[表1]に示す組み合わせが妥当なものとして確認されている。なお、成形材料が粒体状のものだけであることから、係数Kは「2.5」に設定している。
In the case of the molding method of the present invention, since a limited supply is performed in which the molding material is dispersed in time and supplied to the
[表1]に示す計量時間を、それぞれのスクリュー回転数における標準計量時間とすると、本発明方法の場合には、粒体状材料と粉体状材料とが計量フィーダ52,54を利用して少量ずつ時間的に分散して供給されるため、十分に混練が進むように各々のスクリュー回転数における計量時間は、上記の標準計量時間の1.5倍〜3倍程度に延長しておくことが好ましい。なお、使用する成形材料が耐熱性に劣るものである場合には、加熱シリンダ13内に長時間滞留することを避けるために、計量時間の上限は3倍未満の方が好ましいこともあり得る。
If the measuring time shown in [Table 1] is the standard measuring time at each screw speed, in the case of the method of the present invention, the granular material and the powdered material are used by the measuring
スクリュー14の回転数は、混練性能の向上と剪断発熱による劣化の両方を考慮して30〜300rpmの範囲内で設定することが好ましいが、50〜200rpmの範囲であればより好ましく、それぞれの回転数に適した計量時間のもとで計量を行えばよい。なお、スクリュー14の回転数が30rpm未満では、十分に均一混練を行うことができず、300rpmを超えると剪断発熱によって成形材料が劣化する虞がある。特に、成形材料のベース樹脂がバイオマス樹脂の場合には、300rpmを超えると劣化の危険が大きくなる。
The rotational speed of the
なお、図示はしていないが、射出成形機の加熱シリンダの外側を、送風などの手段によって冷却する装置を付加すると、材料の剪断発熱による温度上昇を抑制することができ、スクリュー回転数を高く設定することができる。 Although not shown, adding a device for cooling the outside of the heating cylinder of the injection molding machine by means such as air blowing can suppress the temperature rise due to the shear heat generation of the material, and increase the screw rotation speed. Can be set.
本発明の射出成形方法は、標準的な材料供給、すなわち粒体状の成形材料を自重でホッパー40に流し込み、スクリュー14の計量ゾーン41内の空間が成形材料でほぼ稠密に満たされる材料供給に対し、計量ゾーン41内の空間に隙間が生じるように粒体状材料と粉体状材料とを時間的に少量ずつに制限しながら供給する制限供給方式が採られている。このため、スクリュー14の回転数は、例えば50〜200rpmの中から適宜に選択することが可能であるが、標準的計量時間に対する計量時間比は長くなる。しかし、ホッパー40の出口や加熱シリンダ13の内部で成形材料が詰まることはなく、成形材料を前方に移送する際の樹脂抵抗も低く抑えられ、均一な混練作用が得られる。
The injection molding method of the present invention is a standard material supply, that is, a material supply in which the granular molding material is poured into the
本発明の射出成形方法を用いて成形テストを行い、成形条件を変えながら実施例1〜実施例6、そして比較例1〜比較例6のサンプルを成形した。これらのサンプルについては、共通の条件で各種の試験を行ってその良否を評価した。以下、成形テストの概要及びその評価結果について説明する。 A molding test was performed using the injection molding method of the present invention, and samples of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 were molded while changing molding conditions. About these samples, the various tests were done on common conditions and the quality was evaluated. Hereinafter, the outline of the molding test and the evaluation result will be described.
[成形材料]
成形材料としては、以下を用いた。
・ポリ乳酸樹脂(ペレット)…ネーチャーワークス製、4032D 100重量部
・難燃剤(粉状)…ADEKA、アデカスタブFP2200 35重量部
・相溶剤(粉状)…伏見製薬所製、ラビトルFP110 20重量部
・分解防止剤(粉状)…三菱レイヨン製、メタブレンW600A 5重量部
・PTFEドリップ防止剤(粉状)…ダイキン工業製、FA500H 0.5重量部
・加水分解防止剤(粉状)…ラインケミー製、スタバクゾール1FL 3重量部
・フィラー(微粉末)…日本タルク工業製、P3 8重量部
〈合 計〉 171.5重量部
[Molding materials]
The following were used as molding materials.
・ Polylactic acid resin (pellet): Nature Works 4032D 100 parts by weight Flame retardant (powder): ADEKA,
ポリ乳酸樹脂としては、予め熱風乾燥機内で80℃で5時間乾燥したものを使用した。また、難然剤は予め減圧乾燥機内で80℃で5時間減圧乾燥したものを使用した。上記成形材料のうち粉体比率は41重量%である。 As polylactic acid resin, what was previously dried at 80 degreeC for 5 hours in the hot air dryer was used. Moreover, the difficult agent used what was previously dried under reduced pressure for 5 hours at 80 degreeC in the vacuum dryer. The powder ratio of the molding material is 41% by weight.
[射出成形装置]
試験に供した射出成形装置は、住友重機械工業社製のSG150U−3を用い、この射出成形装置にJISダンベル試験片、シャルピー試験片と、UL試験片(厚み1.6mm)が同時に射出成形できる金型をセットした。射出成形装置のヒータ温度は、ノズル側から195℃―195℃―190℃―180℃―30℃に設定した。また、1ショットの射出量は120gになるようにした。射出成形は、材料を十分パージしてから、50ショットの捨てショット後、50ショットの成形を行った。
[Injection molding equipment]
The SG150U-3 manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd. was used as the injection molding apparatus for the test, and JIS dumbbell test pieces, Charpy test pieces, and UL test pieces (thickness 1.6 mm) were simultaneously injection molded into this injection molding apparatus. A mold that can be used was set. The heater temperature of the injection molding apparatus was set to 195 ° C.-195 ° C.-190 ° C.-180 ° C.-30 ° C. from the nozzle side. In addition, the injection amount per shot was set to 120 g. In the injection molding, the material was sufficiently purged, and after 50 shots were discarded, 50 shots were molded.
テスト成形に用いた金型には、各種試験で用いられる3種類の試験片成形用のキャビティのあるものを用い、一回の成形工程ごとに3種類の試験片を得た。50ショット分のサンプルについて、後述する難燃性試験に用いる試験片は、その50ショット分の全てを重量測定に流用した。シャルピー衝撃試験、破断伸び試験、難燃性試験については、50ショットのうち10ショット経過ごとに得られる5個を試験片として用いた。試験方法と判定基準は次のとおりである。 As the mold used for the test molding, a mold having three types of test piece molding cavities used in various tests was used, and three types of test pieces were obtained for each molding process. About the sample for 50 shots, the test piece used for the flame retardance test mentioned later diverted all 50 shots for weight measurement. For the Charpy impact test, break elongation test, and flame retardancy test, 5 pieces obtained every 10 shots out of 50 shots were used as test pieces. The test methods and criteria are as follows.
(重量測定)
電子天秤を用いて試験片の重量を測定した。50個の試験片の重量の平均値に対し、個々の重量の変動幅(重量偏差)が全て0.8%以下であれば合格、一個でも0.8%を越えた場合には不合格とした。[表2]には、サンプル中での最大変動幅のものを示す。
(Weight measurement)
The weight of the test piece was measured using an electronic balance. If the fluctuation range (weight deviation) of each individual weight is 0.8% or less with respect to the average value of the weights of 50 test pieces, it will be accepted, and if even one piece exceeds 0.8%, it will be rejected. did. Table 2 shows the maximum fluctuation width in the sample.
(シャルピー衝撃試験)
シャルピー衝撃試験用に、JISK−7111に準じて、長さ80mm±2mm、幅10mm±0.2mm、厚さ4mm±0.2mmの試験片を成形し、この試験片にノッチ加工(ノッチ半径0.25mm±0.05mm、ノッチ部の幅8.0mm±0.2mm)を行った。ノッチ付き試験片の質量は4.2gであった。試験装置はTOYOSEIKI社製のIMPACTTESTER(アナログ式)を用いた。10ショットごとにサンプリングした5個の試験片について、JISK−7111に準じてシャルピー衝撃試験に供し、最低値が5(KJ/m2)以上である場合を合格とした。
(Charpy impact test)
For the Charpy impact test, a test piece having a length of 80 mm ± 2 mm, a width of 10 mm ± 0.2 mm, and a thickness of 4 mm ± 0.2 mm was formed according to JISK-7111, and the test piece was notched (notch radius 0). .25 mm ± 0.05 mm and notch width 8.0 mm ± 0.2 mm). The mass of the notched test piece was 4.2 g. The test apparatus used was IMPACTTESTER (analog type) manufactured by TOYOSEIKI. Five test pieces sampled every 10 shots were subjected to a Charpy impact test according to JISK-7111, and the case where the minimum value was 5 (KJ / m 2 ) or more was regarded as acceptable.
(破断伸び試験)
試験片はJIS(K−7113、1号型試験片)に準じて成形した。試験片を島津オートグラフ(AGS−J型)を用いて掴み、引っ張り速度(50mm/min)にて破断するまで引っ張り、破断したときの伸び(破断伸び)の値を測定した。5個の試験片の破断伸びが最も低いもので6%以上であれば合格、6%未満であれば不合格とした。
(Elongation at break)
The test piece was molded according to JIS (K-7113, No. 1 type test piece). The test piece was gripped using a Shimadzu autograph (AGS-J type), pulled at a pulling speed (50 mm / min) until it broke, and the elongation (breaking elongation) value was measured. Five test pieces with the lowest elongation at break and 6% or more were accepted, and less than 6% were rejected.
(燃焼性試験:UL−94V)
試験片として、長さ127mm、幅12.7mm、厚さ1.6mmのものを成形した。UL94−Vはプラスチック部品などの燃焼性試験のうちでも最も基本的なもので、規定された寸法の試験片にガスバーナーの炎を当てて試験片の燃焼の程度を調べる。その等級は、難燃性が高い方から順に5VA,5VB,V−0,V−1,V−2,そしてHBがあり、5本のサンプルがいずれもV−1以上(5VA〜V−1)の難燃性を合格とした。
(Flammability test: UL-94V)
A test piece having a length of 127 mm, a width of 12.7 mm, and a thickness of 1.6 mm was molded. UL94-V is the most basic flammability test for plastic parts and the like, and the degree of combustion of the test piece is examined by applying a flame of a gas burner to a test piece having a specified size. The grades are 5VA, 5VB, V-0, V-1, V-2, and HB in descending order of flame retardancy, and all five samples are V-1 or more (5VA to V-1). ) Flame retardancy was accepted.
実施例1〜6及び比較例1〜6についてそれぞれの試験項目ごとに評価し、試験項目の全てで合格したものを合格と評価し、1項目でも不合格があったものは不合格と評価した。これらの評価結果について、実施例1〜実施例6及び比較例1〜比較例6の成形条件・計量条件とともに以下の[表2]に示す。 Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 were evaluated for each test item, those that passed all of the test items were evaluated as passed, and those that failed even at one item were evaluated as failed. . These evaluation results are shown in the following [Table 2] together with molding conditions and measurement conditions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6.
上記[表2]において、「制限」は、計量フィーダで計量された一定量の成形材料が計量期間中に少しずつホッパーに供給される制限供給を意味する。「充填」は、計量フィーダを用いることなく成形材料を自重でホッパーに供給し、シリンダ内にほぼ稠密に充填される供給方式を意味している。計量時間比の欄には、それぞれの実施例及び比較例の計量時間が、[表1]で説明したスクリュー回転数ごとの標準計量時間に対してどの程度の割合になっているかを示している。 In the above [Table 2], “restricted” means a limited supply in which a fixed amount of molding material measured by the measuring feeder is gradually supplied to the hopper during the measuring period. “Filling” means a feeding method in which the molding material is fed to the hopper by its own weight without using a weighing feeder, and the cylinder is filled almost densely. In the column of the measurement time ratio, the ratio of the measurement time of each example and comparative example to the standard measurement time for each screw revolution described in [Table 1] is shown. .
実施例1〜6については、係数Kの値、スクリューの回転数と計量時間との組み合わせを6種類設定して実験を行ったところ、いずれも評価基準をクリアした。これらの実施例では、計量時間が適切な範囲に収まるように材料の制限供給が行われており、それぞれの計量時間は、[表1]中の標準計量時間に対して1.5倍〜3倍の範囲に収まっている。結果的に、この射出成形装置を用いて射出成形を行うにあたり、スクリューの高速回転による過大な剪断発熱を避けつつ、成形材料を十分に混練分散させ、また熱履歴としても悪影響を生じさせない適切な成形条件であることが確認された。 About Examples 1-6, when the experiment was performed by setting six types of combinations of the value of the coefficient K, the number of rotations of the screw, and the measurement time, all of them cleared the evaluation criteria. In these examples, the limited supply of materials is performed so that the weighing time is within an appropriate range, and each weighing time is 1.5 times to 3 times the standard weighing time in [Table 1]. It is in the double range. As a result, when performing injection molding using this injection molding apparatus, it is possible to sufficiently knead and disperse the molding material while avoiding excessive shearing heat generation due to high-speed rotation of the screw, and to prevent an adverse effect on the heat history. The molding conditions were confirmed.
比較例1,2は係数Kの値が不適切で、スクリュー回転数に対して計量時間が適正範囲に収まらない。計量時間が短いと複数種類の成形材料を十分に混練することができず、長すぎると材料の熱劣化が避けられない。また、係数Kが適切な範囲であっても、制限供給の度合によっては計量時間が適切な範囲とならず、良好な評価結果は得られない(比較例3,4)。比較例5,6は充填方式による材料供給であり、粒体状材料のほかに30重量%以上の粉体材料を含む成形材料で射出成形する場合には実用性がないことが分かる。 In Comparative Examples 1 and 2, the value of the coefficient K is inappropriate, and the measurement time does not fall within the appropriate range with respect to the screw rotation speed. If the measuring time is short, a plurality of types of molding materials cannot be sufficiently kneaded, and if it is too long, thermal deterioration of the material is inevitable. Even if the coefficient K is in an appropriate range, the measurement time is not in an appropriate range depending on the degree of limited supply, and good evaluation results cannot be obtained (Comparative Examples 3 and 4). Comparative Examples 5 and 6 are material supply by a filling method, and it is understood that there is no practicality when injection molding is performed with a molding material containing 30% by weight or more of a powder material in addition to a granular material.
以上、本発明の射出成形方法について詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんのことである。また、本発明方法は、ペレットの形状や供給状態によって、シリンダ内壁の樹脂抵抗(PT)が大きく変化するエラストマーなどのペレット材料を用いて射出成形を行う場合にも有効である。 Although the injection molding method of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described examples, and various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Of course. The method of the present invention is also effective when injection molding is performed using a pellet material such as an elastomer whose resin resistance (PT) on the cylinder inner wall varies greatly depending on the shape and supply state of the pellet.
10 射出成形装置
13 加熱シリンダ
14 スクリュー
16 モータ
17 ピストン
18 駆動装置
21 背圧センサ
22 位置センサ
25 コントローラ
27 圧力センサ
28 投入口
30 成形用金型
40 ホッパー
41 供給ゾーン
42 圧縮ゾーン
43 計量ゾーン
45 バイオマス樹脂
46 添加物
50 材料供給装置
51,53 ドラム
52,54 計量フィーダ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記計量を行う際に、前記シリンダ先端部に貯蔵された成形材料からの圧力を検出し、検出された圧力に基づいて前記スクリューを後退させる方向に作用する後退力に、1.2〜2.0の範囲から予め設定された係数を乗じた力を前記スクリューに前進力として加え、かつ前記投入口から前記成形材料を疎らに投入する制限供給を行って、前記投入口の直下では加熱シリンダの内壁と前記スクリューとの間に形成される成形材料の移送空間に隙間を残しながら成形材料を供給し、前記計量に要する時間を、前記投入口の直下で加熱シリンダの内壁とスクリューとの間に形成される成形材料の移送空間を稠密に満たすように粒体状材料を充填供給する際の標準計量時間よりも長くすることを特徴とする射出成形方法。 A molding material obtained by mixing a plurality of materials including a granular material serving as a base resin and a powdery additive is supplied into a heating cylinder from an inlet, and the screw is rotated inside the heating cylinder to form the molding material. Is stored in the cylinder tip while being kneaded and dispersed, and the screw is moved back to the measurement setting position by the pressing force from the stored molding material, and then the screw is advanced to perform injection molding. A method,
When performing the metering, the pressure from the molding material stored in the tip of the cylinder is detected, and the retraction force acting in the direction of retreating the screw based on the detected pressure is applied to 1.2-2. A force multiplied by a preset coefficient from a range of 0 is applied as a forward force to the screw, and a limited supply is performed in which the molding material is loosely charged from the charging port, and a heating cylinder is directly below the charging port. The molding material is supplied while leaving a gap in the molding material transfer space formed between the inner wall and the screw, and the time required for the measurement is set between the inner wall of the heating cylinder and the screw immediately below the inlet. An injection molding method characterized in that it is longer than a standard measuring time when filling and supplying the granular material so as to densely fill a transfer space of the molding material to be formed.
The molding cycle of the injection molding apparatus includes a metering process, a mold clamping process, an injection filling process, a pressure holding cooling process, and a mold release process, and the process from the start of the pressure holding cooling process to the end of the mold release process. 2. The injection molding method according to claim 1, wherein the molding material is measured.
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