JP2015521552A - 熱成形プロセス及び使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＰＭＭＡ半製品から光学的に申し分のないパネルを製造するプロセスに不可欠の工具に係り、特に、ＰＭＭＡ又はＰＣから比較的短いサイクルタイムで透明のプラスチック成形品を、特に良好な光学的品質にて製造可能な新しい熱成形プロセスに関するものである。その際、成形品は、取り出し時に形状安定であり、かつ歪みなしである。さらに透明の成形品は、例えばピンプル等の表面欠陥を示さない。

Description

本発明は、ＰＭＭＡ半製品から光学的に申し分のないパネルを製造するプロセスに不可欠の工具に係り、特に、ＰＭＭＡ又はＰＣから経済的に有利なサイクルタイムで透明のプラスチック成形品を、特に良好な光学的品質にて製造可能な新しい熱成形プロセス（Ｖａｋｕｕｍｔｉｅｆｚｉｅｈｐｒｏｚｅｓｓ）あるいは真空成形プロセスに関するものである。その際、成形品は、取り出し時に形状安定であり、かつ歪みなしである。さらに透明の成形品は、例えばピンプル（Ｐｉｃｋｅｌ）等の表面欠陥を示さない。さらに、従来技術における方法では型に被着しなければならなかった付加的な物質、例えばグリース又は布帛を必要としない。

従来技術
軽量構造は、自動車メーカ及びサプライヤにより、化石燃料の消費量を削減したり、電気により駆動される車両の航続距離、ひいてはその普及を拡大したりするためのキーテクノロジと目されている。その際、ガラスをプラスチックに置き換えることも、ますます大きな意義を獲得している。この場合、４０〜５０％の重量削減が可能である。ポリカーボネートの他、ポリメチルメタクリレートからなるパネルも解禁されている。重量削減以外にも、プラスチックからなるパネルにより、より大きなデザインの自由度が可能である。熱成形プロセスでのパネル製造時の問題は、これまで、パネルがピンプルなしには熱成形されないことにあった。ここで「ピンプル」とは、熱成形工具から取り出した後のパネル表面上の多くの場合円形の不良箇所のことをいう。

ポリカーボネート（ＰＣ）又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなる透明の成形品、例えば自動車製造において窓ガラスとして使用可能であるような透明の成形品の製造のために、既に幾つかの確立したプロセスが存在している。しかし、これらのプロセスは、一般にＰＣのために最適化されたものであって、ＰＭＭＡの加工、特により大量の個数での加工時には大きな欠点を有している。

大量の個数のＰＣ成形品は、例えば射出圧縮成形プロセスにより製造可能である。このような射出圧縮成形プロセスにより、例えば約１．５ｍ^２の面積を有する透明の車両ルーフが、４〜５分サイクルで製造可能である。しかし、ＰＣの場合、製造時の廃棄量が比較的高い。ＰＭＭＡの加工は、生産中に強い混濁に至り、これにより不可能である。付加的に、相応のプラントへの投資が比較的高額となるので、少なくとも１００００個／年以上の年間個数でようやく投資するだけの価値がある。

これに対して少量の個数は、ＰＣの場合も、ＰＭＭＡの場合も、ドレープ成形あるいはオーバレイ成形により実現可能である。その際、型を布帛で覆った後、例えばＰＭＭＡからなるプラスチック切片を載置する。炉内で１１５℃〜１４０℃の温度範囲に加熱した後、切片は、工具の形状を模しており、冷却時間も含めて約４時間後に取り出し可能となる。制限要因は、炉の大きさ、ひいては炉内の熱分布である。

このプロセスは、全体として極めて穏やかなプロセスであり、優れた光学的品質を達成する。しかし、このプロセスは、所要時間の長さに基づいて最大１０００個／年までの個数にしか適していない。

プラスチック成形品を製造する別の方法は、熱成形プロセスである。このプロセスの利点は、中〜短のサイクルタイムであり、製品の廃棄量は低い。これまで、このプロセスにより、例えばＰＭＭＡからなる広告産業のための照明パネル又はポリスチレン（ＰＳ）からなる冷蔵庫の外装が製造されてきた。達成される光学的品質は、良好であるものの、自動車での使用、特にグレージングとしての使用には、まだ十分とはいえない。例えば熱成形により製造された湾曲した透明のプラスチック成形品は、常にポリマーマトリックス内に強い応力を示す。この応力は、他方では、透かし見たときに強い歪みを引き起こすので、このパネルは、グレージングには不向きである。さらにこのプラスチック成形品、特にＰＭＭＡ又はＰＣからなるプラスチック成形品は、しばしば表面不良箇所、いわゆるピンプルを有している。

課題
これにより、上述の従来技術を背景とした本発明の課題は、型上にグリース又は布帛被覆等の変形加工補助手段を使用することなく、良好な光学的品質を有する透明のプラスチック成形体を製造する新しい生産プロセスを提供することである。

特にこのプロセスは、短いサイクルタイム及び低い廃棄率あるいは誤生産率で運転可能であることが望ましい。

さらにこのプロセスは、１０００〜１０００００個／年の中程度の個数のために経済的であることが望ましい。

殊に好ましくは、本発明の課題は、透明のプラスチック成形体を表面にピンプルその他の不良箇所なしに、かつ同時にポリマーマトリックス内の光学的に重大な応力なしに製造可能なプロセスを提供することである。

解決手段
上記課題は、新しい熱成形法の提供により解決される。この新しい方法により、初めて経済的に有利なサイクルタイムで成形される透明の成形品、例えば自動車グレージングに使用可能であるような透明の成形品が製造可能である。この方法は、以下の工程、すなわち：
ａ）工具及び透明のプラスチックからなるブランクの予備温度調整を行う工程と、
ｂ）ブランクの予備成形を、好ましくは圧縮空気を用いるか、又は負圧下、例えば真空中で行う工程と、
ｃ）工具内において負圧下、例えば真空中にて透明のプラスチックのビカット軟化温度を上回る工具温度で賦形を行う工程と、
ｄ）賦形用の工具及び構成品の冷却を行う工程と、
ｅ）成形した透明の成形品の取り出しを行う工程と、
からなる。

工程ａ）の予備温度調整は、好ましくはバリオサーム工具（Ｖａｒｉｏｔｈｅｒｍｗｅｒｋｚｅｕｇ）による誘導、赤外線又は電気的なカートリッジヒータにより実施可能である。

一般に、このような透明の成形品が、高い光学的品質を伴って熱成形法により製造されること自体、既に意想外である。従来技術における熱成形法により製造された成形品は、ポリマーマトリックス内に比較的大きな応力を示し、この応力は、他方では、観察者にとって、このパネルの背後に存在する像の比較的大きな歪みに至らしめる。意想外なことに、本発明に係る方法によりこのような応力が回避可能であり、これにより光学的に高価値の湾曲パネルが、高いレベルで歪みなしに製造可能であることが判った。

さらに意想外なことに、使用される工具が工程ｃ）でビカット軟化温度を超える温度に温度調整されると、ピンプル形成の減少に関して表面の光学的品質が大幅に向上することが判った。

さらに付加的な工程ｄ）により完成した成形品が形状安定性であり、ひいては運搬可能に工具から取り外し可能であることは、本発明の成果に属する。それゆえ、工程ｃ）及びｄ）は、同じ工具部分内で実施可能でなければならない。その際、冷却は、賦形の完了後、工程ｃ）が実施され、まだ閉鎖された状態の工具部分内で実施される。

本発明の別の利点は、構成品の大きさにかかわらず、１０分未満、特に６分未満、さらに最適化された態様においては４分未満のサイクルタイムが実現可能であることである。

さらに本発明の意想外の利点は、当該方法が型表面上へのグリース又は布帛被覆等の変形加工補助手段の使用なしに実施可能であることである。このことは、他方、付加的な表面品質向上に資する。

特別な態様において、本発明に係るプロセスは、シングルステーション−バキュームサーモフォーミング機（Ｅｉｎｓｔａｔｉｏｎｅｎ−Ｖａｋｕｕｍｔｈｅｒｍｏｆｏｒｍｍａｓｃｈｉｎｅ）において実施される。一般に、熱成形法において考慮の対象となる工具では、シングルステーション機とマルチステーション機とに分類される。シングルステーション機、より正確に言えばシングルステーション−バキュームサーモフォーミング機では、工程ａ）乃至ｄ）は同じ工具内で実施される。これに対して、マルチステーション機あるいはマルチステーション−バキュームサーモフォーミング機（Ｍｅｈｒｓｔａｔｉｏｎｅｎ−Ｖａｋｕｕｍｔｈｅｒｍｏｆｏｒｍｍａｓｃｈｉｎｅ）では、工程ａ）、ｂ）、ｃ）は、それぞれ別個の工具部分内で実施可能である。一般には、少なくとも工程ａ）を他の工程から空間的に隔てておく一方、工程ｂ）乃至ｄ）又は少なくともｃ）及びｄ）は、同じ工具部分内で実施される。本発明に係る方法は、原則、上述のいずれの機械においても実施可能である。

さらにシングルステーション工具及びマルチステーション工具は、別の付属の工具部分、例えばパンチ及びスタッカを有していてもよい。熱成形法にとって原則好適なこのようなバキュームサーモフォーミング機の様々な態様は、Ｂｅｃｋｅｒ、Ｂｒａｕｎ編「Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆ−Ｈａｎｄｂｕｃｈ Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄ ２／２（Ｈａｎｓｅｒ出版、ミュンヘン、第２版、１９８６年、ＩＳＢＮ ３−４４６−１４１６１−８）」の第１１３３頁〜第１１４４頁を参照されたい。

透明のプラスチックは、好ましくはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）又はポリカーボネート（ＰＣ）である。同様に好ましくは、ＰＭＭＡとＰＣとの混合物又はＰＭＭＡ又はＰＣと単数または複数の別の成分との混合物であってもよい。これらの別の成分は、特にポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）であってもよい。

ＰＭＭＡは、純粋なＰＭＭＡであっても、ＭＭＡと、マトリックス材料として、２０質量％までの別のコモノマー、例えば特にアクリル酸のアルキルエステルとからなるコポリマーであってもよい。さらにＰＭＭＡは、マトリックス材料の他に、８０質量％までの耐衝撃性改良剤、好ましくは（メタ）アクリレートをベースとするコア−シェル−粒子あるいはコア−シェル−シェル−粒子を含んでいてもよい。ここで、（メタ）アクリレートなる表現は、メタクリレート、アクリレート、及び特にアクリレートとメタクリレートとの混合物を含む。

ポリマー成分の他に、ブランク及び本発明によりブランクから製造された成形品は、別の添加物、例えばプロセス助剤、安定剤又は添加剤を含んでいてもよい。例えば紫外線及び／又は赤外線吸収剤あるいは紫外線安定化剤を含んでいてもよい。着色剤が存在していてもよいが、これが濁りにつながってはならない。さらに耐引っ掻き性を改善する添加剤が添加されていてもよい。プロセス助剤は、例えばレオロジー改良剤、均展剤又は分散助剤であってもよい。

本発明の別の態様において、ブランクは、透明のプラスチックからなる多層のブランクである。その際、層の少なくとも１つは、ＰＭＭＡ又はＰＣからなる。他の層は、やはりＰＭＭＡ又はＰＣからなっていても、別のプラスチック、例えばＰＶＤＦからなっていてもよい。

さらに成形品は、工程ｅ）の取り出し後及び／又は取り出し前に付加的にコーティングされてもよい。取り出し前のコーティングとは、コーティングが工具内で工程ｂ）の前又は工程ｂ）中に実施されるか、又は好ましくは工程ｃ）中に実施されることと解すべきである。その際、多数の変化態様が可能である。一方では、コーティング用の材料がブランクの供給後に工具内に導入可能あるいは射出可能である。他方では、コーティング用の材料は、一種のシートとして工具内に予め配置又は予めブランク上に配置されてもよい。工具の内表面に予めコーティングを施しておいてもよい。さらにブランクは、工具内への供給前にコーティングされてもよい。しかし、この最後の変化態様は、この方法では賦形に起因して不均質なコーティングが発生する場合があるので、それほど有利ではない。

好ましいのは、成形品に工程ｃ）中にコーティングを施すようにし、このコーティングを工具表面に予め配置しておく方法である。

コーティングは、当業者にとって一般に公知の様々なコーティングであってもよい。それゆえ、以下の例は、本発明を何らかの形態に限定するには不適である。コーティングは、例えば色付きのパネルを実現するために、透明の着色された層であってもよい。コーティングは、例えば自動車グレージングの場合に車両内室の温度上昇を軽減するために紫外線及び／又は赤外線吸収剤を含んでいてもよい。さらにコーティングは、耐引っ掻き性コーティング及び／又は防汚コーティングであってもよい。好ましいのは、特に上述の機能の２つ以上を充足するコーティングである。

方法の終了後、成形品をさらに処理してもよい。成形品を例えば取り出し後に縁部において切断及び／又は研磨してもよい。完成後、成形品の片面又は両面に完全に又は部分的に保護シートを設けてもよい。こうして、保管又は搬送中の損傷は回避される。

好ましいのは、複数の成形品を一サイクルで製造する方法である。さらに短いサイクルタイムを達成可能な本発明の特別な態様では、１つの成形品から取り出し後に複数の物品を切り出してもよい。こうして、１つの工具による成形品の収量は、何倍にも増やすことが可能である。

方法に加え、本発明に係る方法により製造された透明の成形品の使用も、本発明の一部である。本発明に係る使用は、特に自動車グレージング、建造物窓、照明カバー又は広く加飾品（Ｄｅｋｏｒｓｔｕｅｃｋ）であってもよい。

例
以下は、光学的に申し分のない、印刷が施された自動車グレージングの熱成形による製造の例示的な手順である。

予め印刷（例えばＰｒｏｅｌｌ社のＮｏｒｉｃｒｙｌ）が施された半製品を熱成形機（例えばＧｅｉｓｓ社のＴ９）内に装填する。放射器により基板を加熱する。このために石英ガラス放射器が使用可能であるが、「Ｓｐｅｅｄｉｕｍ」の型式の放射器を使用しても構わない。クランプ枠は、加熱工程時にはまだ僅かに開放したままにしておき、基板が約１１５℃の温度に達したときに、最終的に閉鎖する。

装填した切片の加熱が終了すると、予延伸工程が開始可能である。予延伸工程は、正圧又は負圧を用いて行う。このとき重要であるのは、生じた膨らみが概ね既に大まかに工具の形状を模していることである。

予延伸工程が終了すると、工具をこの膨らみ内に挿入する。後々、プラスチック／ＰＭＭＡの接触面上の高い表面品質（クラスＡ表面）も保証するためには、工具を１１０℃〜１４０℃の温度範囲に温度調整しておくことが重要である。

次に真空を印加する。その結果、加熱された基板は、加熱された工具に密着し、形状を転写する。

所定の保持時間後、熱成形機は、送風機による上方からの基板の冷却を開始する一方、同時に工具もビカット温度を大幅に下回る温度に調節し、これにより冷却プロセスを工具側から促進する。

基板の温度が連続使用温度（Ｄａｕｅｒｇｅｂｒａｕｃｈｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）を下回ると、離型工程が開始可能である。工具による冷却なしには、工具の高い温度により、成形品が加熱されてしまい、離型時にその形状正確性を失ってしまう。真空の停止後、工具を再び基本位置に戻す。その後、クランプ枠も再び基本位置に移動する。その結果、完成した成形品の取り出しが可能である。

Claims (14)

1. 成形される透明の成形品を製造する熱成形法であって、
   ａ）工具及び透明のプラスチックからなるブランクの予備温度調整を行う工程と、
   ｂ）前記ブランクの予備成形を行う工程と、
   ｃ）工具内において負圧下にて前記透明のプラスチックのビカット軟化温度を上回る工具温度で賦形を行う工程と、
   ｄ）賦形用の前記工具及び構成品の冷却を行う工程と、
   ｅ）成形した透明の成形品の取り出しを行う工程と、
   からなることを特徴とする、熱成形法。
2. 前記工程ｂ）の予備成形を圧縮空気を用いて実施する、請求項１記載の方法。
3. 前記工程ｂ）の予備成形及び／又は前記工程ｃ）の賦形を真空下で実施する、請求項１記載の方法。
4. 前記工程ａ）の予備温度調整をバリオサーム工具による誘導、赤外線又は電気的なカートリッジヒータにより実施する、請求項１記載の方法。
5. 前記透明のプラスチックは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）若しくはポリカーボネート（ＰＣ）又はＰＭＭＡ、ＰＣ及び別の成分の混合物である、請求項１記載の方法。
6. 前記ブランクは、透明のプラスチックからなる多層のブランクであり、前記層の少なくとも１つは、ＰＭＭＡ又はＰＣからなる、請求項１記載の方法。
7. 成形品を前記取り出し後及び／又は前記取り出し前に付加的にコーティングする、請求項１記載の方法。
8. 成形品に前記工程ｃ）中にコーティングを施すようにし、該コーティングを工具表面に予め配置しておく、請求項１記載の方法。
9. 成形品を前記取り出し後に縁部において切断及び／又は研磨する、請求項１記載の方法。
10. １つの成形品から前記取り出し後に複数の物品を切り出す、請求項１記載の方法。
11. 複数の成形品を１サイクルで製造する、請求項１記載の方法。
12. 前記ブランクの片面又は両面に完全に又は部分的に保護シートを設ける、請求項１記載の方法。
13. プロセスをシングルステーション−バキュームサーモフォーミング機により実施する、請求項１記載の方法。
14. 請求項１から１３までの少なくとも１項にしたがって製造された透明の成形品の、自動車グレージング、建造物窓、照明カバー又は加飾品としての使用。