JP2019123110A - 樹脂成形品の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により、金型型面の表面形状の転写性に優れた樹脂成形品の成形方法を提供する。【解決手段】発泡樹脂層１１の表裏両面にそれぞれ樹脂シート層１２，１３を配置した基材１５を、金型２０で熱圧着して樹脂成形品１０を成形する樹脂成形品１０の成形方法であって、ホットプレスの金型２０の内側成形面に、耐熱性の潤滑シート層２３，２４が配設されており、熱圧着する前に、樹脂シート層１２，１３と金型２０との間に空隙Ｄを設け、熱圧着する際に、ホットプレスの加熱で発生する発泡樹脂層１１の熱膨張により、各樹脂シート１２，１３をそれぞれ対向する金型２０の内面に対して圧着させて金型２０の内面の成形面に対して密着させ、続いてコールドプレスにより金型２０を真空引きすると共に、基材１５を成形する。【選択図】図１

Description

本発明は、発泡樹脂層の表裏両面側に樹脂シート層が配置された樹脂成形品の成形方法に関する。

従来、軽量化、断熱、吸音等の種々の目的のために、気体を含有した所謂発泡材料を含む基材から成形された樹脂成形品が多く使用されている。
このような樹脂成形品は、例えば特許文献１や特許文献２に開示された成形方法により成形されている。

特許文献１には、未発泡状態の発泡性ポリオレフィンシートと合成樹脂シートとを貼り合わせた状態で加熱して、発泡性ポリオレフィンシートを発泡させると共に、合成樹脂シートを軟化させた後、直ちに真空成形とプレス成形とを同時に行なうことを特徴とする多層発泡成形品の製造方法が開示されている。
この方法によれば、真空成形とプレス成形を同時に一工程で行なうことができ、また軽量で剛性を有する多層発泡成形品を製造することができる。これにより、美麗な化粧表面と十分な絞り形状を備えた内装材として好適な多層発泡成形品が得られる。

また、特許文献２には、成形品の製造方法として、表面層を形成する熱可塑性樹脂シートを空気圧成形によって金型型面に沿って密着するように予備成形した後、金型内に成形品本体を形成する樹脂を供給して成形品を成形する方法が開示されている。
具体的には、予備成形を行なう前に金型型面を熱可塑性樹脂シートの軟化温度より高い温度に加熱し、又は金型型面に熱可塑性樹脂シートを空気圧成形によって沿わせた後、金型型面に沿った熱可塑性樹脂シートの表面側を加熱して軟化状態として、金型側に吸引する工程を介して予備成形をしている。
この方法によれば、予備成形の際に熱可塑性樹脂シートを軟化状態とすることにより、金型表面形状を確実に熱可塑性樹脂シートに転写することができる。

特開平１−０９５０３２号公報 特開平６−１１４８７７号公報

しかしながら、特許文献１による方法においては、真空成形の際に所謂雄引き真空により、熱可塑性樹脂シートを金型型面に吸引して、金型型面の表面形状を熱可塑性樹脂シートに転写していることから、転写性に関して高い精度は期待できない。このため、例えば平滑な表面形状を転写することは困難である。

また、特許文献２による方法においては、予備成形の際に熱可塑性樹脂シートが軟化状態であることにより、熱可塑性樹脂シートに対する金型型面の表面形状の転写性は優れているが、予備成形が必要であり、且つ予備成形の際に金型型面を加熱することにより、熱可塑性樹脂シートを軟化状態にしておかなければならない。このため、工程数が多くなり、コストが高くなってしまう。

本発明は、簡単な構成により、金型型面の表面形状の転写性に優れた樹脂成形品の成形方法を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明によれば、発泡樹脂層の表裏両面にそれぞれ樹脂シート層を配置した基材を、金型で熱圧着して樹脂成形品を成形する、樹脂成形品の成形方法であって、ホットプレスの金型の内側成形面に、耐熱性の潤滑シート層又は潤滑シート被覆層を配設し、熱圧着する前に、樹脂シート層と金型との間に空隙を設け、熱圧着する際に、ホットプレスの加熱で発生する発泡樹脂層の熱膨張により、各樹脂シートをそれぞれ対向する金型内面に対して圧着させて金型内面の成形面に対して密着させ、続いて、コールドプレスにより金型を真空引きすると共に、基材を成形する、樹脂成形品の成形方法により達成される。

上記構成によれば、熱圧着の際にホットプレスの加熱によって発泡樹脂層の温度が上昇して発泡樹脂層が熱膨張し、これにより発泡樹脂層の表裏両面に配置された各樹脂シート層が金型内面に対して接触し、さらに発泡樹脂層が熱膨張することにより、金型内面の成形面に対して圧着され、発泡樹脂層が樹脂シート層に対して熱溶着される。
その後、コールドプレスにより金型内の基材を成形することによって、樹脂成形品が完成する。
従って、熱圧着の際に各樹脂シート層と金型内面との間に発生する残留気泡は、発泡樹脂層の熱膨張による圧力によって確実に排出されるので、金型内面の表面形状の各樹脂シート層に対する転写が高精度で行なわれることになる。
また、金型内面に潤滑シート層又は潤滑シート被覆層が配設されることにより、熱圧着の際に発泡樹脂層が樹脂シート層を越えて金型内にはみ出したとき、発泡樹脂層が金型内面に対して張り付くようなことはない。

上記構成において、潤滑シート層又は潤滑シート被覆層の軟化温度を、好ましくは熱圧着の加熱温度よりも高くする。
好ましくは、金型が上型及び下型からなり、空隙を熱圧着前に上側の樹脂シート層と上型の成形面との間に設ける。

本発明によれば、簡単な構成により、熱圧着時の発泡樹脂層の熱膨張を利用することによって、予備成形を行なうことなく、金型型面の表面形状の転写性に優れた樹脂成形品の成形方法を提供することができる。

本発明の実施形態において、熱圧着工程で金型を加圧するときの状態を示す断面図である。 本発明の樹脂成形品の成形方法を示すフロー図である。 下型とストッパーとの位置関係を示す平面図である。 熱圧着工程終了時の金型と熱膨張した基材との位置関係を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。
本実施形態では、樹脂成形品として、表裏両面が平滑面として形成される樹脂成形品の例を用いて説明するが、本発明では樹脂成形品の用途、形状、大きさなどは何ら限定されない。

図１は、本発明の実施形態に係る樹脂成形品１０を得るための基材１５を、熱プレス成形機の金型２０内に収容して加圧する状態を示す断面図である。図１に示すように、基材１５が熱プレス成形機の金型２０内に収容されている。この基材１５によって成形される樹脂成形品１０は、発泡樹脂層１１を挟んだ表裏両面側に第１樹脂シート層１２及び第２樹脂シート層１３が積層配置された成形品である。第１及び第２樹脂シート層１２，１３は発泡樹脂層１１に付着した膜、フィルム、板などを含んで構成される。

発泡樹脂層１１を構成する材料及びこの発泡樹脂層１１の表裏面側に配置される第１及び第２樹脂シート層１２，１３を構成する材料としては、第１及び第２樹脂シート層１２，１３の外側から加熱して加圧することで、この発泡樹脂層１１を樹脂シート層１２，１３間で溶着できる材料であればよい。

樹脂シート層１２，１３間を溶着できる材料とは、加熱された発泡樹脂層１１が熱膨張により拡大して、第１樹脂シート層１２と発泡樹脂層１１との間が溶着されるとともに、発泡樹脂層１１と第２樹脂シート層１３との間が溶着されてもよい。

発泡樹脂層１１の材料としては、ポリプロピレンフォーム（ＰＰＦ）等の熱可塑性樹脂を用いることができる。

第１樹脂シート層１２及び第２樹脂シート層１３の材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
図示の場合、樹脂成形品１０の表裏両面、即ち第１樹脂シート層１２の上面及び第２樹脂シート層１３の下面は、それぞれ平滑面として形成される。

図２は本発明の樹脂成形品１０の成形方法を示すフロー図である。図２に示すように、本発明の樹脂成形品１０の成形は以下のステップにより行われる。
ステップ１：発泡樹脂層１１の表裏両面側に第１樹脂シート層１２及び第２樹脂シート層１３を重ねて、積層体（図１参照）でなる基材１５とし、この基材１５を、熱プレス成形機の金型２０内に収容する。熱プレス成形機は上下に、分割可能な上型２１と下型２２とを備え、この上型２１と下型２２は、周囲にストッパー２５が配置されて金型２０の内部に所定の空間が形成される（図１参照）。上記基材１５を熱プレス成形機の下型２２の所定の位置に載置し、金型を閉じる（型閉じ）。
ステップ２：熱プレス成形機において、基材１５を、所定の温度と所定の圧力に加熱して加圧する。熱プレス成形機によるホットプレスは、熱圧着とも呼ばれる。
ステップ３：ホットプレス基材１５を金型２０から取り出して、コールドプレス成形機の所定位置に挿入し、コールドプレスの上型及び下型からなる金型を真空引きしながら、室温迄冷却することにより樹脂成形品１０を成形することができる。

図１に示すように、金型２０は、上型２１と下型２２とから構成されており、上型２１と下型２２の互いに対向する内面（成形面）にはそれぞれ潤滑シート層２３及び２４が備えられている。ここで、上型２１の成形面及び下型２２の成形面は、図示の場合、例えば平滑面として形成されており、これに対応して、潤滑シート層２３，２４も平坦である。これにより、熱圧着によって各樹脂シート層１２，１３への金型２０の内面の表面形状である平滑面が転写され、各樹脂シート層１２，１３の表面が平滑面として成形される。

これらの潤滑シート層２３，２４を構成する材料としては、上型２１又は下型２２と基材１５との間の熱圧着工程後における離型を容易にするものであればよく、また熱圧着時の加熱温度より高い軟化温度を備えていればよい。つまり、潤滑シート層又は潤滑シート被覆層の軟化温度を、熱圧着の加熱温度よりも高くすればよい。潤滑シート層又は潤滑シート被覆層２３，２４の材料としては、例えばテフロン（登録商標）シート、フッ素樹脂シート等を用いることができる。ここで、潤滑シート層２３，２４の厚さは特に限定されないが、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度の厚さに選定されている。

潤滑シート層２３，２４は、上型２１の下面及び下型２２の上面全体に亘って備えられていてもよく、また熱圧着工程で基材１５が当接する領域付近のみに備えられていてもよい。また、潤滑シート層２３，２４の代わりに、表面に露出する部分のみに薄いシート状の潤滑材料を備えた潤滑シート被覆層を使用することも可能である。

さらに、金型２０のうち、下型２２の上面の周縁には、ストッパー２５が配設されている。ストッパー２５は、後述する型閉じ状態において、上型２１の下面と基材１５の上面との間に所定の寸法の空隙Ｄを画成するために設けられている。
そして、図１に示すように、下型２２の上面にて、ストッパー２５の間の領域に、成形前の基材１５が配置される。
ここで、金型２０は、公知の構成の熱プレス成形機に装着されており、型閉じの際には、上型２１と下型２２とが互いに接近するように所定の圧力で閉じられる。

再び図１を参照すると、図１では前述したステップ１の型閉じの状態における金型２０と基材１５との位置関係を示す断面図で表している。この図１に示すように、金型２０は、その上型２１が矢印Ａで示すように下方へ移動して、上型２１の下面の周縁がストッパー２５に当接することにより閉じられ、下方に向かって加圧される。

この型閉じ状態において、ストッパー２５により、上型２１の下面と基材１５の上面との間に所定の寸法の空隙Ｄが画成される。例えば、ストッパー２５の高さを１２．０ｍｍとし、基材１５の成形前の高さを１０．０ｍｍとした場合には、空隙Ｄの高さは２ｍｍとなる。
なお、基材１５を構成する発泡樹脂層１１及び樹脂シート層１２，１３は、それぞれ成形前の高さが例えば８．０ｍｍ，１．０ｍｍに選定されている。

図３は、図１の実施形態における下型２２とストッパー２５との位置関係を示す平面図である。図３に示すように、下型２２の上面の周縁即ち長辺側の２個所、つまり、下型２２の外周側の二辺（図１にて左右方向の延びる長辺）に沿ってストッパー２５が配設され、基材１５がストッパー２５の内側に、即ち互いに対向する一対のストッパー２５の間に載置されている。

図４は、図１の実施形態における熱圧着工程終了時の金型２０と熱膨張した基材１５との位置関係を示す断面図である。図４は、図１に示した型閉じ状態にて行なわれる熱圧着工程を示している。
図４に示すように、型閉じ状態において、熱プレス成形機により前もって例えば１６０℃程度まで加熱された上型２１及び下型２２が金型２０の内部の温度を上昇させることにより、基材１５のうち、発泡樹脂層１１が熱膨張し、矢印Ｂで示すように、その上側及び下側に位置する樹脂シート層１２，１３をそれぞれ上方及び下方に押圧する。
従って、各樹脂シート層１２，１３は、発泡樹脂層１１の熱膨張による加圧に基づいて、それぞれ潤滑シート層２３，２４を介して上型２１及び下型２２に対して密着され、熱圧着される。

これにより、各樹脂シート層１２，１３は、それぞれ上型２１及び下型２２の内面に形成された成形面の表面形状が転写される。

このとき、発泡樹脂層１１が膨張することにより、発泡樹脂層１１と第１樹脂シート層１２又は第２シート層１３との間に生じる残留気泡（層間空気）が、加圧により排出されて、発泡樹脂層１１と第１樹脂シート層１２又は第２シート層１３との間が確実に熱溶着される。
なお、金型２０の上型２１及び下型２２は、熱プレス成形機により互いに接近するように加圧されているので、発泡樹脂層１１の熱膨張によって、上型２１が上方に押し上げられて、金型２０が開いてしまうようなことはない。

ここで、型閉じ状態における空隙Ｄは、基材１５の厚さ、より厳密には基材１５を構成する発泡樹脂層１１の厚さ及びその熱膨張率に対応して決定される。これにより、発泡樹脂層１１の上面及び下面にそれぞれ配置された各樹脂シート層１２，１３が、それぞれ対向する金型２０の内面の成形面の表面形状が高精度で転写されることになる。

空隙Ｄの寸法は、基材の厚さに発泡樹脂層の熱膨張率を掛けた値以下とする。例えば、空隙Ｄは、基材１５の厚さに対して、発泡樹脂層１１を構成する材料の熱膨張率より低い２５％程度に選定される。これにより、発泡樹脂層１１の熱膨張によって、その表裏両面に配置された樹脂ヒート層１２及び１３がそれぞれ上型２１及び下型２２の内面に対して空隙を生ずることなく確実に圧着されることになる。
なお、空隙Ｄの高さが上限を越えると、発泡樹脂層１１の熱膨張による樹脂シート層１２，１３の上型２１及び下型２２の内面への圧着が十分に行なわれず、密着度が低下するおそれがある。また、空隙Ｄの高さが下限を下回ると、発泡樹脂層１１の熱膨張が樹脂シート１２，１３の上型２１及び下型２２への当接によって抑制されることになり、樹脂シート１２，１３が確実に上型２１及び下型２２に当接することになるが、発泡樹脂層１１の一部が側方にはみ出してしまうおそれがある。

これにより、空隙Ｄを基材１５の厚さに対して、発泡樹脂層１１を構成する材料の熱膨張率より低い、例えば２５％程度とすることにより、発泡樹脂層１１の熱膨張によって、発泡樹脂層１１の表裏両面に配置された各樹脂シート層１２，１３が、それぞれ対向する金型２０の内面に対して確実に圧着されるので、金型２０の内面の表面形状がそれぞれ樹脂シート層１２，１３の表面に高精度で転写され得る。

熱圧着工程の終了後に、再び金型２０が開かれると、基材１５の成形された表裏両面は、潤滑シート層２３，２４を介して上型２１及び下型２２の内面に接触していることから、容易に樹脂成形品１０を金型２０内から取り出すことができる。

その後、ステップ３のコールドプレスによって、例えば２０℃程度で、かつ、真空引きされながら基材１５全体が金型２０により成形される。この場合、コールドプレスの図示しない上型と下型側からなる金型は、上型及び／又は下型側から真空引きされている。このため、発泡樹脂層１１の内部や樹脂シート層１２，１３との間の空気をより確実に排除することができる。この際、ステップ３のコールドプレスにおいて、発泡樹脂層１１内及び発泡樹脂層１１と樹脂シート層１２，１３との間の空気が確実に抜けているので、基板１５の表面全体が金型２０の内面の成形面に密着していることから、高い転写性が得られることになる。

本発明によれば、基材１５の密着と積層とを熱プレス成形機とコールドプレス成形機のみで成形することが可能となる。これにより、余分な接着剤等の材料が不要となるので、低コストで樹脂成形品１０を成形することが可能となる。
なお、熱圧着の際には、金型２０の成形面により画成されるキャビティ内を真空排気している。これにより、発泡樹脂層１１の熱膨張による各樹脂シート１２及び１３の上型２１及び下型２２の内面に対する密着性がより一層向上することになる。

本発明の樹脂成形品１０は、大きなサイズの、例えば車体のルーフパネルに好適に適用され得るが、その他、内装品として、ドアパネル、インスツルメントパネル、ピラー部品、トリム部品、エンジンルーム部品、外装品として、天井パネル、バンパー、サイドモール、エアスポイラーなどに使用することができる。

以下、本発明を具体的な実施例によりさらに詳しく説明する。
ポリプロピレンから成り、厚さが８．０ｍｍの発泡樹脂層１１の表裏両面側に、ポリプロピレンから成り厚さが１．０ｍｍの第１樹脂シート層１２及び第２樹脂シート層１３を積層して、図２の工程により厚さが１０．０ｍｍの基材１５とした。
また、潤滑シート層２３，３４は厚さが０．５ｍｍのテフロン（登録商標）シートを使用した。
以下にホットプレス及びコールドプレスの金型２０と基材１５の寸法を示す。
金型２０の寸法：２５００ｍｍ×１５００ｍｍ
基材１５の寸法：２０００ｍｍ×１３００ｍｍ

ホットプレス及びコールドプレスの条件を以下に示す。
ホットプレス：樹脂シート層１２，１３の半溶融温度である１６０℃で、２０ＭＰａの圧力を印加した。
プレス時間は、基材１５の厚さや面積により適宜に設定すればよい。
コールドプレス：２０℃で、５ＭＰａの圧力を印加した。プレス時間や真空度は、基材１５の厚さや面積により適宜に設定すればよい。

上記実施例の樹脂成形品１０においては、基材１５の表裏両面が平滑面として成形されていることが目視により確認できた。

（比較例）
金型２０の上型２１及び下型２２の内面に配置される潤滑シート層２３及び２４を取り除いて、基材１５の表裏両面が金型２０の上型２１及び下型２２の内面に直接に接触するようにした以外は、実施例と同様にして樹脂成形品１０を成形した。
完成した樹脂成形品１０は、金型２０の上型２１及び下型２２の内面にそれぞれ各樹脂シート層１１及び１２が張り付いてしまった結果、金型２０から取り出す際に、各樹脂シート層１１及び１２の一部が金型２０の上型２１及び下型２２の内面に残ってしまった。このため、樹脂成形品１０の表裏両面は、部分的に各樹脂シート層１１及び１２が欠落することになり、目視によっても平滑面とはいえないことが確認できた。

本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。
例えば、上述した実施形態においては、樹脂成形品１０が平滑な表裏両面を備えた長方形の形状である場合について説明したが、樹脂成形品１０の形状は他の形状であってもよいことは明かである。

上述した実施形態においては、表面を構成する第１樹脂シート層１２と、裏面を構成する第２樹脂シート層１３と、両樹脂シート層１２，１３間に配置された発泡樹脂層１１と、からなる三層構造の樹脂成形品１０について説明したが、このような三層構造には限定されない。例えば他の層が両樹脂シート層１２，１３間或いは外側に積層されて四層以上の樹脂成形品１０であってもよい。

上述した実施形態においては、金型２０の上型２１及び下型２２の成形面は平滑面として形成されているが、表裏両面の双方又は何れか一方が模様等の平坦ではない表面形状を備えていてもよく、この場合、金型２０の成形面及び潤滑シート層２３，３４がこれらの表面形状に対応して形成されればよい。

１０：樹脂成形品
１１：発泡樹脂層
１２：第１樹脂シート層
１３：第２樹脂シート層
１５：基材
２０：金型
２１：上型
２２：下型
２３：潤滑シート層
２４：潤滑シート層
２５：ストッパー

Claims (4)

1. 発泡樹脂層の表裏両面にそれぞれ樹脂シート層を配置した基材を、金型で熱圧着して樹脂成形品を成形する、樹脂成型品の成形方法であって、
   ホットプレスの前記金型の内側成形面に、耐熱性の潤滑シート層又は潤滑シート被覆層を配設し、
   熱圧着する前に、前記樹脂シート層と前記金型との間に空隙を設け、
   熱圧着する際に、前記ホットプレスの加熱で発生する前記発泡樹脂層の熱膨張により、各樹脂シートをそれぞれ対向する金型内面に対して圧着させて前記金型内面の成形面に対して密着させ、
   続いて、コールドプレスにより金型を真空引きすると共に基材を成形する、樹脂成形品の成形方法。
2. 前記潤滑シート層又は前記潤滑シート被覆層の軟化温度を、前記熱圧着の加熱温度よりも高くする、請求項１に記載の樹脂成形品の成形方法。
3. 前記金型が上型及び下型からなり、前記空隙を熱圧着前に上側の樹脂シート層と上型の成形面との間に設ける、請求項１又２に記載の樹脂成形品の成形方法。
4. 前記空隙を、前記基材の厚さに前記発泡樹脂層の熱膨張率を掛けた値以下とする、請求項１〜３の何れかに記載の樹脂成形品の成形方法。

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