JP2019123164A

JP2019123164A - プレス成形方法

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Publication number: JP2019123164A
Application number: JP2018005896A
Authority: JP
Inventors: 大賀齋藤; Taiga Saito; 英明市来; Hideaki Ichiki; 普菅野; Hiroshi Sugano
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-17
Also published as: JP7028654B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、外観形状に優れる成形樹脂を、短いサイクルで成形する方法を提供することにある。【解決手段】本発明のプレス成形方法は、樹脂と連続強化繊維とを含む樹脂複合材料を金型キャビティ内に配置した状態で、金型キャビティ内に温度１５０℃以上の蒸気を導入し、前記蒸気により前記樹脂を溶融する工程、及びプレス成形する工程、を含むことを特徴としている。【選択図】図１A

Description

本発明は、プレス成形方法に関する。

従来、短い成形サイクルで樹脂を成形する方法として、射出成形、プレス成形等の金型を用いた成形方法が知られている。樹脂を成形するとき、金型の温度の、急激に加熱・冷却が行われている。
射出成形等における金型の加熱方法としては、例えば、蒸気等の金型内部を循環する加熱媒体を用いて金型を加熱する方法が知られている（特許文献１）。

特許第５３５４９３４号公報

しかしながら、近年、外観に優れた成形樹脂を高効率で生産する要求の高まりから、特許文献１の方法では市場の要求に十分に応えられない場合があった。すなわち、外観形状に一層優れる成形樹脂を、一層短いサイクルで成形する方法が求められているのが現状である。

従って、本発明の目的は、外観形状に優れる成形樹脂を、短いサイクルで成形する方法を提供することにある。

本発明は、以下の通りである。
［１］
樹脂と連続強化繊維とを含む樹脂複合材料を金型キャビティ内に配置した状態で、金型キャビティ内に温度１５０℃以上の蒸気を導入し、前記蒸気により前記樹脂を溶融する工程、及び
プレス成形する工程、
を含むことを特徴とするプレス成形方法。
［２］
前記金型キャビティに、前記蒸気の導入口及び導出口が設けられた、［１］に記載のプレス成形方法。
［３］
前記金型のパーティングラインにシール機構が設けられた、［１］又は［２］に記載のプレス成形方法。
［４］
金型への蒸気導入路及び／又は金型からの蒸気導出路の内面に、熱伝導率が１００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下である層が設けられた、［１］〜［３］のいずれかに記載のプレス成形方法。
［５］
金型のキャビティ面に、熱伝導率が１００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下である層が設けられた、［１］〜［４］のいずれかに記載のプレス成形方法。
［６］
金型のキャビティ面に、熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の鋼材からなる、厚み０．１〜５ｍｍの層が設けられた、［１］〜［５］のいずれかに記載のプレス成形方法。
［７］
前記樹脂が、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、熱可塑性ポリエーテルイミド、及び熱可塑性フッ素系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂である、［１］〜［６］のいずれかに記載のプレス成形方法。
［８］
前記連続強化繊維が、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール系繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリケトン繊維、金属繊維、及びセラミック繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種である、［１］〜［７］のいずれかに記載のプレス成形方法。

本発明のプレス成形方法によれば、上記構成を有するため、外観形状に優れる成形樹脂を、短いサイクルで成形することができる。

図１は、本実施形態のプレス成形法の一例を示す概略図である。図１Ａ及び図１Ｂは、蒸気導入工程の一例を示す概略図であり、図１Ｃはプレス成形工程の一例を示す概略図である。図１は、本実施形態のプレス成形法の一例を示す概略図である。図１Ａ及び図１Ｂは、蒸気導入工程の一例を示す概略図である。図１は、本実施形態のプレス成形法の一例を示す概略図である。図１Ｃはプレス成形工程の一例を示す概略図である。図２は、本実施形態のプレス成形法に用いる金型の一例を示す概略図である。図３は、本実施形態のプレス成形法に用いる金型の一例を示す概略図である。図４は、本実施形態のプレス成形法に用いる金型の一例を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について詳細説明する。本発明は、以下の実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。

本発明のプレス成形方法は、樹脂と連続強化繊維とを含む樹脂複合材料を金型キャビティ内に配置した状態で、金型キャビティ内に温度１５０℃以上の蒸気を導入し、前記蒸気により少なくとも一部の前記樹脂を溶融する工程、及びプレス成形する工程、を含む。
本実施形態のプレス成形方法は、更に、射出等の工程を含んでいてもよい。
本明細書において、樹脂と連続強化繊維とを含む樹脂複合材料を金型キャビティ内に配置した状態で、金型キャビティ内に温度１５０℃以上の蒸気を導入し、前記蒸気により前記樹脂を溶融する工程を「蒸気導入工程」、プレス成形する工程を「プレス成形工程」と称する場合がある。

従来のプレス成形方法では、金型の熱を利用して、金型キャビティ内の樹脂を溶融し、成形をしていた。この方法では、金型のキャビティ面近くと、キャビティ内部とで温度差が生じ、成形原料を均一に溶融できない場合や、成形時の樹脂温度のばらつきにより、得られる成形品の外観不良が起こる場合があった。特に、成形する材料が厚い場合や複数の材料を重ねた場合に、成形時の樹脂温度のばらつきや外観不良の問題が起こりやすかった。
本発明のプレス成形方法によれば、蒸気を金型キャビティ内に導入して、キャビティ内の樹脂複合材料を蒸気で直接加熱するため、金型キャビティ面に接する部分のみならず樹脂複合材料全体を効率よく加熱し、且つ均一の温度に加熱することができる。さらに、複数の樹脂複合材料をキャビティ内に配置した場合に、各樹脂複合材料間にも蒸気を入れることができる。さらに、樹脂複合材料中に空隙が存在する場合、樹脂複合材料中に蒸気を入れることもできる。そのため、キャビティ内を短時間で均一な温度とすることができ、外観に優れた成形品を得ることができる。
また、樹脂複合材料を直接加熱できるため、加熱にかかる時間を低減でき、成形サイクル時間を短くすることができる。
また、樹脂複合材料を事前に温める等の工程を設けることなく、樹脂複合材料の加熱とプレスとを同じ金型内で行えるため、成形サイクル時間を短くすることができる。

（蒸気導入工程）
まず、蒸気導入工程で配置する樹脂複合材料、及び金型について説明する。

−樹脂複合材料−
上記樹脂複合材料は、樹脂と連続強化繊維とを含み、さらに集束剤、結束剤、離型剤、可塑剤、強化繊維表面処理剤、難燃剤、潤滑剤等の他の成分を含んでいてもよい。

−−樹脂−−
上記樹脂としては、熱可塑性樹脂が挙げられ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６等のポリアミド系樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂；ポリオキシメチレン等のポリアセタール系樹脂；ポリカーボネート系樹脂；ポリエーテルケトン；ポリエーテルエーテルケトン；ポリエーテルスルフォン；ポリフェニレンサルファイド；熱可塑性ポリエーテルイミド；テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体等の熱可塑性フッ素系樹脂、及びこれらを変性させた変性熱可塑性樹脂等が挙げられる。中でも、結晶性樹脂が好ましく、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、熱可塑性ポリエーテルイミド、及び熱可塑性フッ素系樹脂からなる群から選らばれる少なくとも１種が好ましく、機械的物性、汎用性の観点から、ポリオレフィン系樹脂、変性ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、及びポリエステル系樹脂がより好ましく、熱的物性の観点を加えると、ポリアミド系樹脂及びポリエステル系樹脂が更に好ましい。また、繰り返し荷重負荷に対する耐久性の観点から、ポリアミド系樹脂がより更に好ましく、ポリアミド６６を好適に用いることができる。

ポリエステル系樹脂とは、主鎖に−ＣＯ−Ｏ−（エステル）結合を有する高分子化合物を意味する。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリ−１，４−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレンナフタレート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
その他のポリエステル系樹脂の詳細に関しては、適宜特開２０１５−１０１７９４号公報に記載のものを用いることができる。

ポリアミド系樹脂とは、主鎖に−ＣＯ−ＮＨ−（アミド）結合を有する高分子化合物を意味する。例えば、ラクタムの開環重合で得られるポリアミド、ω−アミノカルボン酸の自己縮合で得られるポリアミド、ジアミン及びジカルボン酸を縮合することで得られるポリアミド、並びにこれらの共重合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
ポリアミドとしては、１種を単独で用いてもよく、２種以上の混合物として用いてもよい。
その他の上記のラクタム、ジアミン（単量体）、ジカルボン酸（単量体）の詳細に関しては、適宜特開２０１５−１０１７９４号公報に記載のものを用いることができる。

ポリアミドの具体例としては、例えば、ポリアミド４（ポリα−ピロリドン）、ポリアミド６（ポリカブロアミド）、ポリアミド１１（ポリウンデカンアミド）、ポリアミド１２（ポリドデカンアミド）、ポリアミド４６（ポリテトラメチレンアジパミド）、ポリアミド６６（ポリヘキサメチレンアジパミド）、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド６Ｔ（ポリヘキサメチレンテレフタルアミド）、ポリアミド９Ｔ（ポリノナンメチレンテレフタルアミド）、及びポリアミド６Ｉ（ポリヘキサメチレンイソフタルアミド）、並びにこれらを構成成分として含む共重合ポリアミドが挙げられる。

共重合ポリアミドとしては、例えば、ヘキサメチレンアジパミド及びヘキサメチレンテレフタルアミドの共重合物、ヘキサメチレンアジパミド及びヘキサメチレンイソフタルアミドの共重合物、並びにヘキサメチレンテレフタルアミド及び２−メチルペンタンジアミンテレフタルアミドの共重合物が挙げられる。

上記樹脂の形状としては、繊維状、フィルム状、紐状、不織布状、織物状、ペレット状等が挙げられる。また、樹脂を溶かして連続強化繊維に付着させてもよい。

−連続強化繊維−
上記連続強化繊維としては、通常の繊維強化複合材料として使用されるものを用いることができ、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール系繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリケトン繊維、金属繊維、セラミックス繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種等があげられる。中でも、機械的特性、熱的特性、汎用性の観点から、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維が好ましく、経済性の面からは、ガラス繊維が好ましい。
上記連続強化繊維は、一種を単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。

連続強化繊維としてガラス繊維を選択した場合、集束剤を用いてもよく、集束剤としては、シランカップリング剤、潤滑剤、及び結束剤からなることが好ましい。
ガラス繊維及びガラス繊維に用いる集束剤の種類については、特に制限はなく公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、特開２０１５−１０１７９４号公報に記載のものを用いることができる。

また、連続強化繊維として炭素繊維を選択した場合も同様に、集束剤を用いてもよく、集東剤としては、潤滑剤及び結束剤からなることが好ましい。
炭素繊維に用いる集束剤の種類については、特に制限はなく公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、特開２０１５−１０１７９４号公報に記載のものを用いることができる。

その他の連続強化繊維を用いる場合においても、連続強化繊維の特性に応じて、ガラス繊維、炭素繊維に用いることが可能な集束剤の種類、付与量を適宜選択して用いることができ、炭素繊維に用いる集束剤に準じた集束剤の種類、付与量とすることが好ましい。

連続強化繊維の単糸数は、取扱い性の観点から、３０〜１５，０００本であることが好ましい。
また、連続強化繊維の繊度は、取扱い性の観点から、１，０００〜３０，０００ｄｔｅｘであることが好ましい。

上記連続強化繊維としては、単糸であってもよいし、撚糸であってもよい。また２種以上の繊維からなる複合糸であってもよい。上記連続強化繊維としては、糸のまま用いてもよいし、紐状、布状、組紐状等としてもよい。

上記樹脂複合材料としては、例えば、フィルム状の樹脂と布状の連続強化繊維との積層体であってもよいし、繊維状の樹脂（樹脂繊維）と連続強化繊維との組紐又は該組紐からなる布、混繊糸布帛状、コーティング糸布帛状等であってもよい。
上記樹脂複合材料としては、連続強化繊維と樹脂繊維とからなる組紐、連続強化繊維に樹脂をコーティングしたコーティング糸、又は連続強化繊維に樹脂を含浸させた含浸糸等であってもよし、これらの糸を編んだ布であってもよい。中でも、蒸気が樹脂複合材料内に連続強化繊維内に入りやすく、樹脂複合材料を一層効率よくかつ均一の温度に加熱することができる観点から、混繊糸を織った織物、混繊糸を組んだ組物、混繊糸を編んだ編物であることが好ましい。

上記混繊糸の製造方法は、特に制限されず、公知の混繊方法を利用することができる。例えば、静電気力や流体噴霧による圧力、ローラー等に押し付ける圧力等による外力によって開繊した後、連続強化繊維と樹脂繊維を開繊したままの状態で合糸・引き揃える開繊合糸法、又は流体交絡（インターレース）法が挙げられる。なかでも、連続強化繊維の損傷が抑制でき、開繊性に優れ、かつ均一に混合可能な流体交絡法が好ましい。流体交絡（インターレース）法としては、空気、窒素ガス及び水蒸気等の流体による渦流乱流帯域を糸軸とほぼ平行に２個又はそれ以上作り、この帯域に繊維を導いてループや捲縮を生じない程度の張力下で非嵩高性の糸条とする方法や、連続強化繊維のみ開繊した後、又は連続強化繊維と樹脂繊維とを共に開繊した後に流体交絡させる方法（開繊後流体交絡法）等が挙げられる。特に、樹脂繊維に単独で熱加工を含む工程で仮撚加工を施した後、同一の装置で連続して、流体交絡法で混繊することが好ましい。
その他、混繊法の詳細については、適宜特開２０１５−１０１７９４号公報に記載の方法を用いることができる。

連続強化繊維と樹脂繊維との混繊比率は、特に限定されないが、連続強化繊維の体積分率（Ｖｆ）で１５〜９０％の範囲が好ましい。所望の強度、剛性に合わせ適宜設定できる。

上記コーティング糸及び含浸糸の製造方法は、特に制限されず、公知の方法を利用することができる。コーティング及び含浸は、連続強化繊維の製造時に行ってもよく、連続強化繊維を製造した後に別工程で行ってもよい。

上記樹脂複合材料は、金型キャビティ内に、１つ配置されてもよいし、複数配置されてもよい。
本実施形態のプレス成形法によれば、蒸気を金型キャビティ内に導入するため、導入された蒸気が複数の樹脂複合材料間、連続強化繊維内に入り、樹脂複合材料を、効率よくかつ均一の温度に加熱することができる。

金型内に配置する上記樹脂複合材料の厚さとしては、３０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３〜２０ｍｍである。
本実施形態のプレス成形方法によれば、樹脂複合材料が厚い場合でも、金型内で樹脂複合材料を均一に加熱することができる。
なお、金型キャビティに上記樹脂複合材料を複数重ねて配置する場合、樹脂複合材料の合計厚みが上記範囲であることが好ましい。

−金型−
上記金型としては、例えば、上金型と下金型とを含む金型が挙げられる。金型には、他の構成部品、温度調節機構、温度計、圧力計、ベント機能等が備えられていてもよい。

上記金型の一例を、図１に示す。
図１Ａは、上金型２と下金型３とが開いた状態の金型１である。上金型２の凸部と下金型３の凹部との間には、樹脂複合材料４等の成形原料を配置する金型キャビティ７がある。
図１Ｂは、上金型２を下して、導入口５及び導出口６を除き、金型キャビティ７を密閉した状態の金型１である。
導入口５及び導出口６を設ける位置としては、特に限定されないが、例えば、上金型２上方から平面視した時に、複合材料を挟んで対向する位置に導入口５と導出口６とを設けてもよい。例えば、上金型の平面視形状が略四角形である場合、複合材料を挟んで対向する辺の一部に導入口５と導出口６とを設けてもよい。

また、図２は、上記金型の他の例である。
図２は、導入口５及び導出口６を除き、金型キャビティ７を密閉した状態の金型１である。上金型２と下金型３との間に、シール材１０を挟み、導入口５から導入した蒸気が、金型キャビティ７を通り、導出口６から排出される隙間を形成している。また、蒸気を導入した後、プレスをすることで、シール材１０がつぶれ、導入口５及び導出口６が密閉され、金型キャビティ７内に配置した樹脂複合材料をプレス成形することができる。上金型２及び／又は下金型３には、プレス時にシール材１０が収まるざぐりが設けられていてもよい。なお、図示していないが、金型キャビティ７内には、樹脂複合材料４が配置されていることが好ましい。

上記金型、及び金型キャビティの形状は特に限定されず、製造する成形品によって適宜選択することができる。
上金型及び／又は下金型の、金型キャビティ面は、平面、凹凸面、波形面、これらの組み合わせ、等の形状であってもよい。本実施形態のプレス成形方法によれば、金型キャビティ内を均一な温度とできるため、金型キャビティ面の形状によらず外観に優れた成形品を得ることができる。

上記金型の上金型及び下金型には、加熱機構及び／又は冷却機構等の温度調節機構が設けられていてもよい。上記加熱機構としては、金型内の熱媒体用流路に熱媒体等を流す、金型内にヒーターを内蔵する、等が挙げられる。上記冷却機構としては、金型内の冷媒体用流路に冷媒体等を流す、金型内に冷却装置を内蔵する、等が挙げられる。

上記金型を構成する材料としては、鋼材が好ましく、例えば、炭素鋼、合金鋼、超硬鋼等が挙げられる。

上記金型キャビティ面（プレス時に上金型と下金型との間にできる空洞と接する面）は、金型内で蒸気の温度が変化しにくくなり、樹脂複合材料をより均一に溶融でき、一層外観に優れた成形品が得られる観点から、熱伝導率の低い面で構成されていることが好ましく、熱伝導率が１００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下である層が設けられていることがより好ましく、熱伝導率が８０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下である層が設けられていることがさらに好ましい。
上記熱伝導率が低い面は、例えば、鉄、ステンレス等の金属、ＰＴＦＥ等の樹脂からなる層を設ける、拡散接合、接着、機械的結合、塗布等により形成することができる。
なお、本明細書において、熱伝導率とは、ＪＩＳＨ７８０１により測定される値をいう。

また、上記金型キャビティ面は、蒸気の熱に加えて、蒸気から金型に伝導した熱によって金型表面からも樹脂を加熱することにより、一層効率よく且つ均一に樹脂を溶融できる観点から、熱伝導率が高い面で構成されていることが好ましく、熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上である層が設けられていることがより好ましく、熱伝導率が２５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上である層が設けられていることがさらに好ましい。
上記熱伝導率が高い面は、例えば、アルミ等の金属からなる層を、拡散接合、接着、機械的結合等により形成して設けることができる。例えば、金型のキャビティ面は、熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上である鋼材からなる厚み０．１〜５ｍｍの層であってもよい。
上記金型キャビティ面は、上記熱伝導率が低い面と、上記熱伝導率が高い面とが設けられていてもよい。
特に、金型キャビティ面は、内面が熱伝導率の高い面であり、該熱伝導率の高い面を熱伝導率が低い層で覆う構造であることが好ましい。

蒸気を金型キャビティ内に導入する導入口、及び蒸気を金型キャビティ外へ導出（排出）する導出口は、上金型と下金型とのパーティングラインに設けられていてもよいし（図１）、下金型内に設けられていてもよいし（図４）、上金型内に設けられていてもよし、これらを組み合わせてもよい。
また、導入口及び導出口は、１つであってもよいし、複数であってもよい。金型キャビティ内に蒸気を効率よく分布させる観点から、導入口が導出口より多くてもよい。
また、導入口及び導出口は、プレス工程時に閉鎖できることが好ましい。

上記導入口及び／又は導出口は、金型内で蒸気の温度が変化しにくくなり、樹脂複合材料をより均一に溶融でき、一層外観に優れた成形品が得られる観点から、内面（蒸気と接する面）が熱伝導率の低い面で構成されていることが好ましい。上記導入口及び／又は導出口の内面は、熱伝導率が１００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下である層が設けられていることが好ましく、熱伝導率が８０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下である層が設けられていることがより好ましい。
上記熱伝導率が低い面は、例えば、鉄、ステンレス等の金属、ＰＴＦＥ等の樹脂からなる層を、拡散接合、接着、機械的結合、塗布等により形成して設けることができる。

金型のパーティングラインには、樹脂が一層効率よく溶融する観点から、シール機構が設けられていてもよい。上記シール機構としては、例えば、エラストマー系、シリコーン系が挙げられ、中でも、耐熱性の観点から、シリコーン系が好ましい。

上記導入口の断面積としては、金型キャビティ内に効率よく蒸気を導入できる観点から、１０〜１５０００ｍｍ²であることが好ましく、より好ましくは３０〜１００００ｍｍ²である。
上記導出口の断面積としては、金型キャビティ外に効率よく蒸気を排出できる観点から、１０〜１５０００ｍｍ²であることが好ましく、より好ましくは３０〜１００００ｍｍ²である。
なお、導入口の断面積、及び導出口の断面積とは、蒸気導入工程時の金型キャビティと接する口の断面の面積をいう。断面積は、蒸気流動方向に対して垂直な面の面積としてもよい。

上記導入口の断面積に対する上記導出口の断面積の割合（導出口の断面積／導入口の断面積）としては、金型キャビティ内に蒸気が効率よく導入でき、一層外観に優れる成形品が得られる観点から、０．５〜２であることが好ましく、より好ましくは１〜１．５である。

金型キャビティの断面積に対する導入口の断面積の割合（導入口の断面積／金型キャビティの断面積）としては、金型キャビティ内で樹脂がより効率よく蒸気によって溶融できる観点から、０．５〜１０であることが好ましく、より好ましくは１〜９である。
金型キャビティの断面積に対する導出口の断面積の割合（導出口の断面積／金型キャビティの断面積）としては、金型キャビティ内で樹脂がより効率よく蒸気によって溶融できる観点から、０．５〜１０であることが好ましく、より好ましくは１〜９である。
なお、金型キャビティの断面積とは、金型キャビティの樹脂複合材料を配置する部分の、上金型のキャビティ面及び下金型のキャビティ面と略垂直に切ったキャビティ断面の面積をいう。断面積は、蒸気流動方向に対して垂直な面の面積としてもよい。

金型１に設けられた導入口５及び導出口６は、蒸気導入路８又は蒸気導出路９と連結していてもよい（図３）。蒸気は、蒸気導入路８から導入口５を通して金型キャビティ７内に導入され、導出口６から蒸気導出路９を通して金型キャビティ外へ排出されてもよい。

上記蒸気導入路及び／又は蒸気導出路は、蒸気の温度が変化しにくくなり、樹脂複合材料をより均一に溶融でき、一層外観に優れた成形品が得られる観点から、内面（蒸気と接する面）が熱伝導率の低い面で構成されていることが好ましい。上記蒸気導入路及び／又は蒸気導出路の内面は、熱伝導率が１００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下である層が設けられていることが好ましく、熱伝導率が８０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下である層が設けられていることがより好ましい。
上記熱伝導率が低い面は、例えば、鉄、ステンレス等の金属、ＰＴＦＥ等の樹脂からなる層を、拡散接合、接着、機械的結合、塗布等により形成して設けることができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、蒸気導入工程の一例を示す図でもある。
図１Ａは、樹脂複合材料４を金型キャビティ７内に配置した状態の図である。配置する上記樹脂複合材料４は、上金型のキャビティ面と下金型のキャビティ面とが向かい合う面方向、又は該面方向に直交する方向に積層して、複数配置してもよい。

図１Ｂは、上金型２をおろして、導入口５及び導出口６を除き、金型を閉じて金型キャビティ７を密閉した状態の図である。導入口５から蒸気を金型キャビティ７内に導入し、樹脂複合材料４中の少なくとも樹脂を溶融する。樹脂複合材料中の全ての樹脂を溶融してもよいし、一部を溶融してもよいが、均一に溶融する観点から、全ての樹脂（例えば、樹脂複合材料中の上記樹脂の５０質量％以上、好ましくは９０質量％以上）を溶融することが好ましい。図１Ｂにおいて、金型キャビティ７内には、樹脂複合材料と上金型間、樹脂複合材料と下金型間、及び複数の樹脂複合材料間の何れか又は全てに蒸気が通るすき間があることが好ましい。また、樹脂複合材料はプレスされていないため、樹脂複合材料内に空隙が存在する場合は、該空隙内に蒸気が入り込むことができる。
蒸気導入工程において、連続強化繊維は、溶融してもよいし、しなくてもよい。中でも、強度に優れる成形体が得られる観点から、連続強化繊維は溶融しないことが好ましい。
上記蒸気導入工程では、樹脂複合材料を金型キャビティ内に配置した状態で、金型キャビティ内に蒸気を導入する。蒸気の導入は、金型が開いた状態であってもよいし、金型が閉じた状態であってもよい。中でも、樹脂を効率よく溶融できる観点から、金型が閉じた状態で蒸気を導入することが好ましい。ここで、金型が閉じた状態とは、導入口及び導出口を除き、金型キャビティを密閉した状態である。

上記蒸気導入工程において導入する蒸気としては、空気と水との混相、不活性ガスと水との混相、過熱水蒸気等が挙げられる。
中でも、酸素濃度が低いために樹脂複合材料の酸化劣化が起こりにくく、樹脂複合材料の水による加水分解が起こりにくくなり、強度や外観に優れた成形品が得られやすいという観点から、過熱水蒸気が好ましい。

蒸気の温度としては、１５０℃以上であり、２００〜１０００℃であることが好ましく、より好ましくは３００〜９００℃である。
中でも、上記連続強化繊維を溶融することなく上記樹脂を効率よく溶融して一層強度に優れた成形体を得る観点から、上記樹脂の溶融開始温度以上、上記連続強化繊維の溶融開始温度未満であることが好ましく、「上記樹脂の溶融開始温度＋２０℃」以上「上記連続強化繊維の溶融開始温度−１００℃」以下であることがより好ましい。
なお、蒸気の温度とは、金型キャビティ内における温度をいう。また、樹脂の溶融開始温度とは、金型キャビティ内で樹脂が溶融し始める温度をいい、例えば、ＪＩＳＫ７１２１に準拠して、示差熱分析試験、示差走査熱量測定などにより測定することができる。

蒸気を導入する時間としては、樹脂を効率よく溶融し、且つ樹脂複合材料の変性、分解等を抑える観点から、０．５〜２０分が好ましく、より好ましくは１〜１５分である。

蒸気の圧力としては、金型キャビティ内に蒸気が効率よく導入される観点から、０．１ｋｇｆ／ｃｍ²以上であることが好ましく、より好ましくは０．２ｋｇｆ／ｃｍ²以上、さらに好ましくは０．３ｋｇｆ／ｃｍ²以上である。上限は、１５０ｋｇｆ／ｃｍ²であってもよい。
なお、蒸気の圧力とは、導入する蒸気の圧力をいう。

（プレス成形工程）
蒸気導入工程とプレス成形工程との間には、他の工程を設けてもよいが、上記蒸気導入工程に連続して、プレス成形工程を行うことが好ましい。

図１Ｃは、プレス成形工程の一例を示す図である。
図１Ｃは、上金型２と下金型３とを型締めして、樹脂複合材料４をプレスしている状態の図である。プレス時に、成形品の外観の観点から、導入口５及び導入口６は塞がれていることが好ましい。

プレス成形工程において、プレス時の温度としては、１００〜１０００℃であることが好ましく、より好ましくは２００〜８００℃である。
なお、プレス時の温度とは、プレス時の金型キャビティ内の温度をいう。

プレス成形工程において、プレス時間としては、０．５〜２０分であることが好ましく、より好ましくは１〜１５分である。

プレス成形工程において、プレス圧力としては、１〜３００ｋｇｆ／ｃｍ²であることが好ましく、より好ましくは２〜２９０ｋｇｆ／ｃｍ²である。

本実施形態のプレス成形方法において、金型キャビティ内に配置する樹脂複合材料の厚さに対する、プレス成形後の成形品の厚さの割合（成形品の厚さ／樹脂複合材料の厚さ）としては、蒸気が樹脂複合材料内に連続強化繊維内に入りやすく、樹脂複合材料を一層効率よくかつ均一の温度に加熱することができる観点から、０．０１〜１であることが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．８である。

本実施形態のプレス成形方法としては、例えば、樹脂複合材料として、ポリアミド６６からなる樹脂繊維と、ガラスからなる連続強化繊維との混繊糸で織った布状の織物（厚さ２ｍｍ）を５枚積層して、金型キャビティ内に配置し、温度６００℃、圧力３ＭＰａの蒸気を５分間導入し、プレス金型温度３０℃、プレス時間５分、プレス圧力１０ＭＰａの条件でプレス成形する方法等が挙げられる。

（成形品）
本実施形態のプレス成形方法で得られる成形品の形状は特に限定されず、板状、球状、多角柱状、多角錐状、略円柱状、略円錐状等が挙げられ、各種用途によって、様々な形状として良い。

上記成形品中の連続強化繊維の含有量としては、３０質量％以上であることが好ましく、より好ましくは４０質量％以上である。

本実施形態のプレス成形方法で得られる成形品の用途としては、例えば、ステアリング軸、マウント、サンルーフ、ステップ、スーフトリム、ドアトリム、トランク、ブートリッド、ボンネット、シートフレーム、シートバック、リトラクター、リタラクター支持ブラケット、クラッチ、ギア、プーリー、カム、アーゲー、弾性ビーム、バッフリング、ランプ、リフレクタ、グレージング、フロントエンドモジュール、バックドアインナー、ブレーキペダル、ハンドル、電装材、吸音材、ドア外装、内装パネル、インパネ、リアゲート、天井ハリ、シート、シート枠組み、ワイパー支柱、ＥＰＳ（Electric Power Steering）、小型モーター、ヒートシンク、ＥＣＵ（Engine Control Unit）ボックス、ＥＣＵハウジング、ステアリングギアボックスハウジング、プラスチックハウジング、ＥＶ（Electric Vehicle）モーター用筐体、ワイヤーハーネス、車載メーター、コンビネーションスイッチ、小型モーター、スプリング、ダンパー、ホイール、ホイールカバー、フレーム、サブフレーム、サイドフレーム、二輪フレーム、燃料タンク、オイルパン、インマニ、プロペラシャフト、駆動用モーター、モノコック、水素タンク、燃料電池の電極、パネル、フロアパネル、外板パネル、ドア、キャビン、ルーフ、フード、バルブ、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブ、可変バルブタイミングユニット、コネクティングロッド、シリンダボア、メンバー（エンジンマウンティング、フロントフロアクロス、フットウェルクロス、シートクロス、インナーサイド、リヤクロス、サスペンション、ピラーリーンフォース、フロントサイド、フロントパネル、アッパー、ダッシュパネルクロス、ステアリング）、トンネル、締結インサート、クラッシュボックス、クラッシュレール、コルゲート、ルーフレール、アッパボディ、サイドレール、ブレーディング、ドアサラウンドアッセンブリー、エアバッグ用部材、ボディーピラー、ダッシュツゥピラーガセット、サスペンジョンタワー、バンパー、ボディーピラーロワー、フロントボディーピラー、レインフォースメント（インパネ、レール、ルーフ、フロントボディーピラー、ルーフレール、ルーフサイドレール、ロッカー、ドアベルトライン、フロントフロアアンダー、フロントボディーピラーアッパー、フロントボディーピラーロワー、センターピラー、センターピラーヒンジ、ドアアウトサイドパネル）、サイドアウターパネル、フロントドアウインドゥフレーム、ＭＩＣＳ（Minimum Intrusion Cabin System）バルク、トルクボックス、ラジエーターサポート、ラジエーターファン、ウォーターポンプ、燃料ポンプ、電子制御スロットルボディ、エンジン制御ＥＣＵ、スターター、オルタネーター、マニホールド、トランスミッション、クラッチ、ダッシュパネル、ダッシュパネルインシュレータパッド、ドアサイドインパクトプロテクションビーム、バンパービーム、ドアビーム、バルクヘッド、アウタパッド、インナパッド、リヤシートロッド、ドアパネル、ドアトリムボドサブアッセンブリー、エネルギーアブソーバー（バンパー、衝撃吸収）、衝撃吸収体、衝撃吸収ガーニッシュ、ピラーガーニッシュ、ルーフサイドインナーガーニッシュ、クラッシュボックス、樹脂リブ、サイドレールフロントスペーサー、サイドレールリアスペーサー、シートベルトプリテンショナー、エアバッグセンサー、アーム（サスペンション、ロアー、フードヒンジ）、サスペンションリンク、衝撃吸収ブラケット、フェンダーブラケット、インバーターブラケット、インバーターモジュール、フードインナーパネル、フードパネル、カウルルーバー、カウルトップアウターフロントパネル、カウルトップアウターパネル、フロアサイレンサー、ダンプシート、フードインシュレーター、フェンダーサイドパネルプロテクター、カウルインシュレーター、カウルトップベンチレータールーパー、シリンダーヘッドカバー、タイヤディフレクター、フェンダーサポート、ストラットタワーバー、ミッションセンタートンネル、フロアトンネル、ラジコアサポート、ラゲッジパネル、ラゲッジフロア等の自動車部品、航空機部品、電子部品等が挙げられる。

１金型
２上金型
３下金型
４樹脂複合材料
５導入口
６導出口
７金型キャビティ
８蒸気導入路
９蒸気導出路

Claims

樹脂と連続強化繊維とを含む樹脂複合材料を金型キャビティ内に配置した状態で、金型キャビティ内に温度１５０℃以上の蒸気を導入し、前記蒸気により前記樹脂を溶融する工程、及び
プレス成形する工程、
を含むことを特徴とするプレス成形方法。
前記金型キャビティに、前記蒸気の導入口及び導出口が設けられた、請求項１に記載のプレス成形方法。
前記金型のパーティングラインにシール機構が設けられた、請求項１又は２に記載のプレス成形方法。
金型への蒸気導入路及び／又は金型からの蒸気導出路の内面に、熱伝導率が１００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下である層が設けられた、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプレス成形方法。
金型のキャビティ面に、熱伝導率が１００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以下である層が設けられた、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプレス成形方法。
金型のキャビティ面に、熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の鋼材からなる、厚み０．１〜５ｍｍの層が設けられた、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプレス成形方法。
前記樹脂が、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、熱可塑性ポリエーテルイミド、及び熱可塑性フッ素系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプレス成形方法。
前記連続強化繊維が、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール系繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリケトン繊維、金属繊維、及びセラミック繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプレス成形方法。