JP3130893B2

JP3130893B2 - 合成樹脂成形品

Info

Publication number: JP3130893B2
Application number: JP11068864A
Authority: JP
Inventors: 裕一笹谷
Original assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Current assignee: Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2001-01-31
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JPH11322955A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合成樹脂成形品に
関する。さらに詳しくは、本発明は鋳物砂型のマスター
モデル用材料として使用できるだけでなく、高圧造型機
用マスターモデル材料としても好適な合成樹脂成形品に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用鋳物部品の試作ラインに
おける鋳物砂型のマスターモデル用材料としては、嵩密
度０．５〜０．８ｇ／ｃｍ³の硬質ウレタンフォーム、
エポキシシンタクチックフォームなどのいわゆる合成木
材が使用され、一方、本生産ラインのマスターモデル用
材料としては、鉄やアルミニウムなどの金属が使用され
てきた。合成木材は切削加工性がよいため、多数の鋳物
部品候補のマスターモデルを短納期で製作できる利点が
あり、一方、金属は切削加工性が合成木材に比べ劣るも
のの、数万回の繰り返し使用に対する耐久性がよいとい
う利点があるため、試作と本生産で合成木材と金属の使
い分けがなされてきた。

【０００３】しかし、試作ラインで仕上がった鋳物部品
と本生産ラインで仕上がった鋳物部品では鋳物肌のきめ
が異なるという問題がある。これは、試作ラインと本生
産ラインでのマスターモデルへの砂込め方法の違いに起
因する。即ち試作ラインにおいては鋳物砂を重力でマス
ターモデルの入った箱枠内に投入した後、箱枠全体を振
動させることにより鋳物砂を均一充填させるのに対し、
本生産ラインでは鋳物砂の重力投入までは同様であるが
その後、鋳物砂表面を圧縮空気で押す一次充填、次に機
械的に押す二次充填が行われる。二次充填では８〜１０
ｋｇｆ／ｃｍ²の高圧がかかるため、鋳砂が緻密に充填
される。この砂込め機を高圧造型機と呼び、この方法を
高圧造型法と呼ぶ。砂込め法の違いから、試作ラインの
鋳物肌は本生産ラインに比べ粗くなるため、試作ライン
においても高圧造型機を使用したいというニーズがあ
る。

【０００４】しかし、従来の合成木材から作成されたマ
スターモデルでは、高圧造型時に薄肉部が変形し、砂型
を脱型できなくなり、無理に脱型すると砂落ちするとい
う問題がある。さらに、従来の合成木材は、所望の形状
に切削後の切削面の平均表面粗度が金属に比べ粗いた
め、高圧造型によって得られた鋳物肌が粗くなるという
問題もある。これらの改善を図るため、従来からあるプ
レス型用の非常に硬い特殊な合成木材を用いたマスター
モデルを高圧造型法に適用する試みが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このプレス型
用の合成木材では薄肉部の変形がないものの、切削抵抗
が高すぎるため通常の合成木材の切削速度では切削刃が
はじかれたり、材料が欠けたりする。したがって、金属
並みの切削速度でしか加工できず、試作ラインに要求さ
れる短納期内にマスターモデルを仕上げることは難しい
という問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、樹脂を用
いて高圧造型を可能にすべく鋭意検討した結果、無機フ
ィラーを含有する成形品であって、機械切削性がよく、
高圧造型時に薄肉部が変形しない、きめの細かいマスタ
ーモデル材料として使用することができる合成樹脂成形
品を見出し、本発明に到達した。

【０００７】即ち、本発明は、モース硬度が２以下の無
機フィラー（Ｆ）を成形品１００質量部当たり３０〜６
０質量部含有する合成樹脂成形品であり、切削抵抗が１
３０〜２１０Ｎ、曲げ弾性率が４０，０００〜６０，０
００ｋｇｆ／ｃｍ²、アイゾット衝撃強度が５〜１２ｋ
ｇｆｃｍ／ｃｍ²、平均表面粗度が１０μｍ以下である
合成樹脂成形品；モース硬度が２以下の無機フィラー
（Ｆ）を成形品１００質量部当たり３０〜６０質量部含
有する硬質ポリウレタン樹脂成形品であり、切削抵抗が
１３０〜２１０Ｎ、曲げ弾性率が４０，０００〜８０，
０００ｋｇｆ／ｃｍ²、アイゾット衝撃強度が５〜１２
ｋｇｆｃｍ／ｃｍ²、平均表面粗度が１０μｍ以下であ
る硬質ポリウレタン樹脂成形品；並びに、モース硬度が
２以下の無機フィラー（Ｆ）を成形品１００質量部当た
り３０〜６０質量部含有する合成樹脂成形品であり、切
削抵抗が１３０〜２１０Ｎ、曲げ弾性率が４０，０００
〜８０，０００ｋｇｆ／ｃｍ²、アイゾット衝撃強度が
５〜１２ｋｇｆｃｍ／ｃｍ²、平均表面粗度が１０μｍ
以下である合成樹脂成形品からなる鋳物砂型のマスター
モデル用材料、および高圧造型機用マスターモデル用材
料に関する。

【０００８】ここで、切削抵抗とは、１６ｍｍφの超硬
スロウアウェイチップ１枚刃の切削刃を５０００ｒｐｍ
で回転させ、送り速度２０００ｍｍ／分、切り込み深さ
３ｍｍで材料を切削したときに、切削刃が刃物送り方向
から受ける抵抗力である。曲げ弾性率とアイゾット衝撃
強度は、ＪＩＳＫ６９１１に記載の同名の試験法によっ
て得られる値（但し、アイゾット衝撃強度の試験法は、
ノッチなし）であり、各々材料の曲げ難さと欠け難さを
表す値である。平均表面粗度とは、２０ｍｍφハイス４
枚刃フラットエンドミルを３０００ｒｐｍで回転させ、
送り速度５００ｍｍ／分、切り込み深さ０．２ｍｍで材
料表面を切削した後の切削面を、非接触型３次元表面形
状測定器で測定した値を、ＪＩＳＢ０６０１に準拠し
て数値処理した値であり、切削面のきめの細かさを表す
値である。

【０００９】本発明の成形品（以下、本発明のマスター
モデル用材料に用いる成形品を含む意味で用いる）の切
削抵抗は通常１３０〜２１０Ｎ、好ましくは１６０〜２
００Ｎである。切削抵抗が１３０Ｎ未満であると柔らか
いため、高圧造型時にモデル全体が変形する危険性があ
り、２１０Ｎより大きいと切削刃がはじかれ、通常の合
成木材の切削速度では切削できない。

【００１０】本発明の成形品の曲げ弾性率は、通常４
０，０００〜８０，０００ｋｇｆ／ｃｍ²、好ましくは
４０，０００〜７０，０００ｋｇｆ／ｃｍ²、特に４
５，０００〜６０，０００ｋｇｆ／ｃｍ²である。曲げ
弾性率が４０，０００ｋｇｆ／ｃｍ²未満であると、高
圧造型時薄肉部が変形し、脱型時の砂落ちの原因とな
り、８０，０００ｋｇｆ／ｃｍ²より大きいと、もろい
ために切削時と高圧造型時に欠けやすくなる。

【００１１】本発明の成形品のアイゾット衝撃強度は、
通常５〜１２ｋｇｆｃｍ／ｃｍ²、好ましくは５〜１０
ｋｇｆｃｍ／ｃｍ²である。アイゾット衝撃強度が５ｋ
ｇｆｃｍ／ｃｍ²未満ではもろいために、切削時に切削
刃が材料内から空間に抜けるときに欠けやすく、１２ｋ
ｇｆｃｍ／ｃｍ²より大きいと刃物に対する反発が大き
く、刃物がびびるために切削中に欠けやすくなる。

【００１２】本発明の成形品の平均表面粗度は通常１０
μｍ以下、好ましくは７μｍ以下である。平均表面粗度
が１０μｍより大きいと粗いために、仕上がった鋳物肌
があらくなる。

【００１３】本発明の成形品の嵩密度は、好ましくは
１．３〜１．７ｇ／ｃｍ³、特に１．４〜１．６ｇ／ｃ
ｍ³である。嵩密度が１．３ｇ／ｃｍ³未満では、曲げ弾
性率が低下し、１．７ｇ／ｃｍ³を越えると、アイゾッ
ト衝撃強度が低下し、欠けやすくなることがある。

【００１４】本発明の合成樹脂成形品の構成成分として
用いられる樹脂としては、得られる成形品が以上説明し
たような物性を満足する限り、硬質の樹脂であれば熱可
塑性樹脂、熱硬化性樹脂を問わず、その種類も問わな
い。熱可塑性樹脂としては、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテ
フタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレ
ンサルファイド樹脂などが、熱硬化性樹脂としてはエポ
キシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿
素樹脂などが挙げられる。

【００１５】この樹脂として好ましいものは、要求され
る諸物性に適用できるようにするための原料成分の選択
範囲の広さと、無機フィラー（Ｆ）との配合、成形のし
やすさから、好ましくは硬質ポリウレタン樹脂である。
硬質ポリウレタン樹脂は、活性水素含有化合物（ａ）と
有機ポリイソシアネート（ｂ）からなる原料成分中に無
機フィラー（Ｆ）を配合し、そのまま所望の形状に硬化
させ成形できる利点がある。

【００１６】活性水素含有化合物（ａ）として好ましい
ものは、ヒドロキシル価２５０〜７００、特に３５０〜
６８０の１種以上のポリオール（ａ１）からなるもので
ある。（ａ１）のヒドロキシル価が２５０より小さい
と、得られる硬質ポリウレタン樹脂の曲げ弾性率が低く
なる場合があり、７００より大きいともろくなる場合が
ある。

【００１７】上記ポリオール（ａ１）はヒドロキシル価
が２５０〜７００、特に３５０〜６８０の２種類以上の
ポリオールの混合物であってもよい。ポリオール（ａ
１）の好適な具体例としては、３〜６価の多価アルコー
ル（例えばグリセリン、トリメチロールプロパン、ペン
タエリスリトール、エチルグルコキシド、ジグリセリ
ン、ソルビトールなど）、多価フェノール（フェノール
とホルムアルデヒドの縮合物など）、アミン類（アンモ
ニア；モノ−、ジ−、およびトリエタノールアミン、モ
ノ−、ジ−、およびトリイソプロパノールアミンなどの
アルカノールアミン類；メチルアミンなどのアルキルモ
ノアミン類；エチレンジアミン、プロピレンジアミンな
どのＣ₂〜Ｃ₆アルキレンジアミン；ジエチレントリアミ
ン、トリエチレンテトラミンなどのポリアルキレンポリ
アミン類など）の、アルキレンオキサイド付加物が挙げ
られる。ポリオール（ａ１）として好ましいものは、３
〜６価、特に３〜５価の多価アルコールのアルキレンオ
キサイド付加物である。３価より小さいと得られる硬質
ポリウレタン樹脂の曲げ弾性率が低くなり、６価より大
きいともろくなることがある。

【００１８】アルキレンオキサイドとしては、エチレン
オキサイド（以下ＥＯと略記）、プロピレンオキサイド
（以下ＰＯと略記）、１，２−、２，３−、１，３−ま
たは１，４−ブチレンオキサイド、イソブチレンオキサ
イド、スチレンオキサイド等、およびこれらの２種以上
の併用（ブロックおよび／またはランダム付加）が挙げ
られる。アルキレンオキサイドとして好ましいものは、
ＰＯおよびＰＯとＥＯの併用（全アルキレンオキサイド
中のＥＯ含量は２５重量％以下）である。（ａ）は、必
要により（ａ１）以外にグリセリン、ペンタエリスリト
ール、ソルビトールなどの分子量７００以下の低分子量
ポリオールを、（ａ）中５質量％を越えない範囲で含有
していてもよい。

【００１９】活性水素含有化合物（ａ）と共に使用する
有機ポリイソシアネート（ｂ）としては、従来からポリ
ウレタン製造に使用されているものが使用できるが、低
廉性と得られる樹脂の強度から芳香族ポリイソシアネー
ト、特に官能基数２〜３のものが好ましい。芳香族ポリ
イソシアネートとしては、炭素数（ＮＣＯ基の炭素を除
く）６〜２０の芳香族ポリイソシアネート、およびこれ
らの芳香族ポリイソシアネートの変性物（ウレタン基、
カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、オキ
サゾリドン基含有変性物など）が挙げられる。

【００２０】炭素数（ＮＣＯ基の炭素を除く）６〜２０
の芳香族ポリイソシアネートの具体例としては、１，３
−および１，４−フェニレンジイソシアネート、２，４
−および／または２，６−トリレンジイソシアネート
（ＴＤＩ）、粗製ＴＤＩ、ジフェニルメタン−２，４’
−および／または４，４’−ジイソシアネート（ＭＤ
Ｉ）、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート［粗製
ジアミノフェニルメタン（ホルムアルデヒドと芳香族ア
ミンとの縮合生成物、あるいはジアミノジフェニルメタ
ンと少量（例えば５〜２０％）の３官能以上のポリアミ
ンとの混合物）をホスゲン化して得られるイソシアネー
ト化合物］、ナフチレン−１，５−ジイソシアネート、
トリフェニルメタン−４，４’，４”−トリイソシアネ
ート、ｍ−およびｐ−イソシアナトフェニルスルホニル
イソシアネートなどが挙げられる。

【００２１】芳香族ポリイソシアネートの変性物の具体
例としては、変性ＭＤＩ（ウレタン変性ＭＤＩ、カルボ
ジイミド変性ＭＤＩ、トリヒドロカルビルホスフェート
変性ＭＤＩなど）、ウレタン変性ＴＤＩなどのウレタン
変性芳香族ポリイソシアネートおよびこれらの２種以上
の混合物［例えば変性ＭＤＩとウレタン変性ＴＤＩ（イ
ソシアネート含有プレポリマー）との併用］が挙げられ
る。

【００２２】ウレタン変性芳香族ポリイソシアネート
［過剰の芳香族ポリイソシアネート（ＴＤＩ、ＭＤＩな
ど）とポリオールとを反応させて得られる遊離イソシア
ネート含有プレポリマー］の製造に用いるポリオールと
しては、当量が３０〜２００のポリオール、例えば、エ
チレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレン
グリコール、ジプロピレングリコールなどのグリコー
ル；トリメチロールプロパン、グリセリンなどのトリオ
ール；ペンタエリスリトール、ソルビトールなどの３〜
６価またはそれ以上の高官能ポリオール；およびこれら
のアルキレンオキサイド（ＥＯおよび／またはＰＯ）付
加物が挙げられる。上記ウレタン変性芳香族ポリイソシ
アネートおよびプレポリマーのイソシアネート当量は、
通常１３０〜２８０、好ましくは１４５〜２３０であ
る。

【００２３】これらのうち好ましいものは、炭素数（Ｎ
ＣＯ基の炭素を除く）６〜２０の芳香族ジイソシアネー
トであり、特に好ましいのは２，４−および２，６−Ｔ
ＤＩおよびこれらの異性体の混合物、粗製ＴＤＩ、４，
４’−および２，４’−ＭＤＩおよびこれらの異性体の
混合物、ポリメチレンポリフェニルイソシアネートおよ
びこれらのポリイソシアネート類より誘導されるウレタ
ン基、カルボジイミド基アロファネート基、ウレア基、
ビューレット基、イソシアヌレート基を含有する変性芳
香族ポリイソシアネート類である。これらの中で最も好
ましいのはポリメチレンポリフェニルイソシアネートで
ある。

【００２４】活性水素含有化合物（ａ）と有機ポリイソ
シアネート（ｂ）の割合は種々変えることができるが、
イソシアネート指数［ＮＣＯ／活性水素原子含有基の当
量比×１００］は、活性水素含有化合物（ａ）の活性水
素含有基と有機ポリイソシアネートのＮＣＯ基の当量比
は、通常８０〜１４０、好ましくは８５〜１２０、特に
９５〜１１５である。イソシアネート指数が８０未満で
あると曲げ弾性率が不足する場合があり、１４０より大
きいともろくなる場合がある。

【００２５】本発明に使用する無機フィラー（Ｆ）のモ
ース硬度は、通常２以下、好ましくは１．０〜１．８で
ある。モース硬度が２より大きいとマスターモデル材料
として使用される場合、切削抵抗が大きくなる。このよ
うな無機フィラーとしてはタルク、マイカ等から選ばれ
る１種以上が挙げられるが、低廉性と取り扱いの容易さ
から１種以上のタルクが好ましい。

【００２６】無機フィラー（Ｆ）の平均粒径は好ましく
は２〜１０μｍ、特に３〜７μｍである。平均粒径が２
μｍ未満では、成形品製造用の樹脂原液の粘度が高くな
り、取り扱い難くなることがある。平均粒径が１０μｍ
を越えると成形品の表面粗度が粗くなることがある。無
機フィラー（Ｆ）の粒度分布は、２〜１０μｍの粒度の
ものを５０質量％以上、特に６０質量％以上含有する粒
度分布であることが好ましい。この範囲外では成形品の
表面粗度が粗くなるか、もしくは樹脂原液の粘度が高く
なり、取り扱い難くなることがある。

【００２７】成形品中の無機フィラーの含有量は、成形
品１００質量部当たり通常３０質量部〜６０質量部、好
ましくは３５質量部〜５０質量部である。３０質量部未
満であると切削抵抗が高く、曲げ弾性率が低い。また、
６０質量部より多いともろくなり、切削時に欠けやすく
なる。

【００２８】本発明の成形品の成分としては、必要によ
り添加剤として通常使用されているものが使用できる。
添加剤としては、脱水剤、軽量化材、増粘剤、整泡剤、
消泡剤、滑剤、着色剤、難燃化剤、老化防止剤、抗酸化
剤、防黴剤、抗菌剤などが挙げられる。硬質ポリウレタ
ン樹脂の場合、これらの添加剤成分は無機フィラー
（Ｆ）と共に原料成分中に配合するか、活性水素含有化
合物（ａ）と、有機ポリイソシアネート（ｂ）を混合中
に投入し、同時に混合すればよい。硬質ポリウレタン樹
脂の場合、活性水素含有化合物（ａ）と有機ポリイソシ
アネート（ｂ）の反応に際し、ウレタン化触媒を用いて
反応速度を調製することができる。ウレタン化触媒とし
ては、アミン系触媒（トリエチレンジアミン、Ｎ−エチ
ルモルホリン、ジエチルエタノールアミン、Ｎ、Ｎ、
Ｎ’、Ｎ’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、１
−イソブチル−２−メチルイミダゾール、１，８−ジア
ザビシクロ−［５，４，０］−ウンデセン−７など）、
金属触媒（オクチル酸第一スズ、ジラウリル酸ジブチル
第二スズ、オクチル酸鉛など）等が挙げられる。ウレタ
ン化触媒の量は、樹脂成形品原料の全質量に対し、通常
５％を越えない量、好ましくは０．００１〜３．５％、
特に０．０１〜３％である。触媒が０．００１％以上で
あると、硬化が速くなり、５％を越えると硬化が早すぎ
て樹脂成形品の製造に支障が生じる場合がある。

【００２９】本発明の成形品の形状は、特に制限はな
く、製造、保管、輸送の便宜から、実用的には直方体が
一般的であって、使用時、所望の形状に切削加工するこ
とができる。本発明の無機フィラー（Ｆ）が配合された
樹脂成形品を製造する方法を例示すると、下記の如くで
ある。熱可塑性樹脂であれば加熱液状化した状態で無機
フィラー（Ｆ）と必要であれば添加剤を加え混合均一化
した後金型内に注型し、（必要であればアニーリング
後）冷却し脱型する。

【００３０】熱硬化性性樹脂であれば、原料成分各液
［ウレタンであれば例えば活性水素化合物（ａ）を含有
する成分（活性水素成分）側の液と、有機ポリイソシア
ネート（ｂ）を含有する成分（ＮＣＯ成分）側の液］の
１つ以上に無機フィラー（Ｆ）と添加剤を加えて混合均
一化した後、両液を混合均一化して金型内に注型し、
（熱や触媒等による）硬化反応後（必要であればアニー
リング後）冷却し、脱型する。熱可塑性樹脂は注型の前
処理としてペレット化した後、射出成形、押し出し成形
に供してもよいし、予備成形後圧縮成型してもよい。熱
硬化性樹脂原料各液の混合に際しては、撹拌羽根形式の
通常の混合機やＲＩＭ機、スタティックミキサーなどが
使用できる。

【００３１】熱硬化性樹脂であって、本発明の樹脂成形
品の諸物性を満足し、かつ、軽量な樹脂成形品として
は、該無機フィラー（Ｆ）を含有する無発泡の硬質ポリ
ウレタン樹脂が、原料成分中に該無機フィラー（Ｆ）を
配合してそのまま成形し易く、且つ表面粗度が小さい点
では好ましいが、嵩密度がより低いものを得るには、活
性水素化合物（ａ）、有機ポリイソシアネート（ｂ）及
び該無機フィラー（Ｆ）と共に中空微小球を原料投入
し、得られる樹脂成形品をシンタクチックフォームとす
るか、（ａ）、（ｂ）及び（Ｆ）を含有する原料液混合
の際に、気体を同時混合、微細分散することのできるメ
カニカルフロス機を使用してメカニカルフロスフォーム
とする方法がある。メカニカルフロスフォーム、シンタ
クチックフォームは、軽量で密度分布のかたよりがな
く、切削加工しても表面は緻密であり、低密度化しても
機械的特性の低下が少ないという利点があり、樹脂成形
品の平均表面粗度を１０μｍ未満とするためには、メカ
ニカルフロスフォーム又はシンタクチックフォームとす
ることが好ましい。

【００３２】メカニカルフロスフォームの好適な例とし
て、メカニカルフロス硬質ポリウレタンフォームが挙げ
られ、このフォームは、活性水素化合物（ａ）と有機ポ
リイソシアネート（ｂ）とを用いてポリウレタン形成反
応を行わせるにあたり、発泡剤を用いず、添加剤として
該無機フィラー（Ｆ）、脱水剤、必要により中空微小
球、整泡剤、ウレタン化触媒等を用い、メカニカルフロ
ス法によりポリウレタン形成反応を行わせてなるもので
ある。シンタクチックフォームはエポキシ系やポリウレ
タン系のものがあるが、好適な例としては、硬質ポリウ
レタンシンタクチックフォームが挙げられ、このフォー
ムは、活性水素化合物（ａ）と有機ポリイソシアネート
（ｂ）とを用いてポリウレタン形成反応を行わせるにあ
たり、発泡剤を用いず、添加剤として該無機フィラー
（Ｆ）、中空微小球、脱水剤、必要によりウレタン化触
媒等を用い、シンタクチックフォームを形成してなるも
のである。

【００３３】中空微小球は、メカニカルフロスフォーム
では任意成分であり、シンタクチックフォームでは必須
成分である。中空微小球は、中空状態であるため、フォ
ーム層の成形要因となると共に、成形品の軽量化や加工
性を向上させるために用いられる。このような中空微小
球としては、例えば、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチル
メタクリレート、ポリアクリロニトリルなどの熱可塑性
樹脂からなる中空微小球、フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、尿素樹脂などの熱硬化性樹脂からなる中空微小球、
ガラス、アルミナ、シラス、カーボンなどの無機物から
なる中空微小球が挙げられる。中空微小球の直径は通
常、平均で１０〜２００μｍ、かさ比重は通常０．０１
〜０．５である。中空微小球の具体例としては、マツモ
トマイクロスフェアＦ−８０ＥＤおよびＭＦＬシリーズ
（松本油脂製薬社製）、フェノリックマイクロバルーン
ＢＪＯ−０９３０（ユニオンカーバイド社製）、グラス
バブルズＫ−１５、Ｋ−３７（スコッチライト社製）な
どがある。メカニカルフロスフォーム、シンタクチック
フォームにおいて、該無機フィラー（Ｆ）及び中空微小
球は充填材成分となる。メカニカルフロスフォームの場
合は、成形品中の不活性ガスによる気孔部分と中空微小
球の容量との合計容積が、シンタクチックフォームの場
合は、中空微小球の容量が、成形品中の気孔部分とな
る。更に、成形品中には該無機フィラー（Ｆ）を所定量
含有することと、成形品の嵩密度は１．３〜１．７が好
ましいことを勘案すると、成形品中の不活性ガスによる
気孔部分と、中空微小球の容量との合計は、２６容量％
を越えない量、特に、３〜２６容量％が好ましい。

【００３４】メカニカルフロスフォーム、シンタクチッ
クフォームに用いられる脱水剤は、フォームの形成の際
用いるものであり、フォーム形成性組成物中に水分や湿
分が混入し、ウレタン化反応における発泡剤となること
を防止し、得られた成形品を切削加工した際に表面を緻
密にさせるために用いられる。脱水剤としては、通常用
いられる脱水効果を持つ化合物が使用できるが、中性ま
たはアルカリ性で粒径が０．１〜５０μｍの脱水剤が好
ましい。脱水剤の好適な具体例としては、酸化カルシウ
ム、硫酸カルシウム（半水石膏）、塩化カルシウム、モ
レキュラシーブ等が挙げられ、好ましいものは硫酸カル
シウム（半水石膏）およびモレキュラシーブである。脱
水剤の量は、組成物中の湿分含量に応じて増減すべきも
のであり、充填材の量が多い場合は、脱水剤の量も多く
する必要がある。脱水剤の量は、フォーム形成用組成物
の全質量に対して、通常０．５〜８％、好ましくは０．
８〜６％である。０．５％以上では、吸湿により硬化反
応中に発泡現象が起きず、得られた成形品のきめが細か
くなる。また８％以下であると切削加工性が良好であ
る。

【００３５】メカニカルフロスフォーム形成の際、任意
成分として用いられる整泡剤としては、ジメチルシロキ
サン系整泡剤、ポリエーテル変成ジメチルシロキサン系
整泡剤、フェニルメチルシロキサン系整泡剤など、通常
のポリウレタンフォームの製造に用いられるものはすべ
て使用できる。整泡剤の具体例としては、ＳＨ−１９
３、ＳＨ−１９５（トーレシリコン社製）、ＳＺ−１６
２７、ＳＺ−１９３１、ＳＺ−１９２３、ＳＺ−１９３
２（日本ユニカー社製）などが挙げられ、好ましいもの
は、ＳＺ−１９３１、ＳＺ−１９２３、ＳＺ−１９３２
である。整泡剤の量は、メカニカルフロスフォーム形成
用組成物の全質量に対して、通常３％を越えない量、好
ましくは０．１〜３％、特に０．２〜２％である。整泡
剤が０．１％以上の場合、フォーム製造時に吹き込む不
活性ガスを微小に分散保持する作用が向上し、その結
果、所望の嵩密度、気泡径の成形品が得られやすい。３
％以下であると、成形品の表面へ整泡剤がブリードアウ
トしにくい。

【００３６】任意成分であるウレタン化触媒としては、
前記に例示したものと同様のものが挙げられる。ウレタ
ン化触媒の量は、ポリウレタンフォーム形成用組成物の
全質量に対して通常５％を越えない量、好ましくは０．
００１〜３．５％、特に０．０１〜３％である。触媒が
０．００１％以上であると、硬化が速くなり、また、成
形品中の気泡径が大きくなって成形品のきめが粗くなる
ことがない。触媒量が多くなるほどフォームのきめが細
かくなる傾向にあるが、５％を越えると硬化が早すぎて
フォームの製造に支障が生じる場合がある。

【００３７】メカニカルフロスフォーム又はシンタクチ
ックフォームを形成する場合の製造法の一例を示せば、
下記の通りである。フォーム形成用組成物は、通常、活
性水素化合物（ａ）を含有する成分（活性水素成分）
と、有機ポリイソシアネート（ｂ）を含有する成分（Ｎ
ＣＯ成分）の２つの成分に分けて製造される。活性水素
成分とＮＣＯ成分の製造は、各種原料をプロペラ型、櫂
型などの攪拌羽根の付いた混合槽、プラネタリーミキサ
ー、ホーバルトミキサーなどを用いて混合する。該無機
フィラー（Ｆ）および中空微小球などの充填剤、脱水
剤、整泡剤、ウレタン化触媒等は通常活性水素成分に含
有させるが、ＮＣＯ成分に含有させてもよい。特に充填
材量が多いときは、充填材の一部をＮＣＯ成分に含有さ
せることが好ましい。この場合、ＮＣＯ成分に含有させ
る充填材量に応じて、脱水剤をＮＣＯ成分に添加するこ
とにより、ＮＣＯ成分の経時変化（粘度増加）を防止す
ることが可能である。触媒のような少量使用するもの
は、あらかじめ活性水素成分に添加しておいてもよい
が、活性水素成分とＮＣＯ成分を混合して硬化成形する
時に、混合機中に同時に添加してもよい。メカニカルフ
ロスフォーム又はシンタクチックフォームフォームを製
造する場合のＮＣＯ指数は、好ましくは４０〜５００、
さらに好ましくは６０〜２５０、特に好ましくは８５〜
１２０である。ＮＣＯ指数が４０未満では、フォームの
機械的強度が小さくなったり、線膨張係数が大きくなる
場合がある。一方、ＮＣＯ指数が５００を越えるとフォ
ームが硬く、脆くなる場合がある。

【００３８】不活性ガスを混入させるメカニカルフロス
フォームの場合と、混入させないシンタクティックフォ
ームの場合について、製法を例示すると、それぞれ下記
の工程手順が挙げられる。不活性ガスを混入させる場合：（１）前記方法により、活性水素成分とＮＣＯ成分を製
造する。（２）活性水素成分とＮＣＯ成分および不活性ガスを、
一定割合で均一に混合し、混合液を型に流し込む。（３）型内で硬化後脱型し、メカニカルフロスフォーム
［Ｉｂ］を得る。

【００３９】ここで、混合方法としては、メカニカルフ
ロス法、すなわちオークスミキサーのような高いせん断
力をもつミキサーが用いられ、活性水素成分とＮＣＯ成
分および不活性ガスを均一に混合させるのに好適であ
る。メカニカルフロス法は、連続的に液成分中にガス混
入させるのに適した方法である。混入させる不活性ガス
としては、活性水素成分やＮＣＯ成分とは反応せず、大
気圧下−３０℃で液状でないガスが挙げられる。好まし
くは、空気、窒素、炭酸ガスである。混入させる不活性
ガスの量としては、不活性ガスの体積と全組成物体積の
合計に対して、通常１０〜７０％、好ましくは２０〜６
０％である。

【００４０】不活性ガスを混入させない場合：（１）前記方法により、活性水素成分とＮＣＯ成分を製
造する。（２）活性水素成分およびＮＣＯ成分を、一定割合で均
一に混合し、混合液を型に流し込む。（３）減圧脱泡を行い、型内で混合液に含まれる気泡を
取り除く。（４）型内で硬化後脱型し、シンタクティックフォーム
［Ｉｃ］を得る。ここで、混合方法としては、撹拌槽内でプロペラ型、平
羽根型、湾曲羽根型、ファウドラー型、櫂型等の撹拌羽
根で撹拌するか、スクリュー型、ニーダー型、万能型等
の混合機が用いられる。通常、スクリュー型混合機かニ
ーダー型混合機が用いられる。

【００４１】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。使用した
原料、分析法は以下の通りである。［使用原料］ポリオール（ａ１１）：グリセリンにＰＯを付加した、
ヒドロキシル価４００のポリエーテルポリオール（官能
基数３）ポリオール（ａ１２）：ペンタエリスリトールにＰＯを
付加したヒドロキシル価４００のポリエーテルポリオー
ル（官能基数４）

【００４２】無機フィラー（Ｆ１）：炭酸カルシウム
（白石カルシウム製「ホワイトンＳＢ」）〔モース硬
度：３．０、平均粒径：４μｍ、２〜１０μｍの粒子含
有率：９０質量％〕無機フィラー（Ｆ２）：タルク（日本ミストロン製「ソ
ープストーンＡ」）〔モース硬度：１．５、平均粒径：
４μｍ、２〜１０μｍの粒子含有率：８９質量％〕無機フィラー（Ｆ３）：タルク（ソブエクレー製「タル
クＴＮ−１」）とＦ２の１：１混合物〔モース硬度：
１．５、平均粒径：６μｍ、２〜１０μｍの粒子含有
率：７６質量％〕

【００４３】芳香族ポリイソシアネート（ｂ１）：ポリ
メチレンポリフェニルイソシアネート（日本ポリウレタ
ン工業製「ミリオネートＭＲ−２００」）脱水剤：モレキュラーシーブ（ユニオン昭和製「モレキ
ュラーシーブ３Ａ−Ｂパウダー」）触媒：ジ−ｎ−ブチル錫ジラウレート（三共有機合成製
「ＳｔａｎｎＢＬ」）整泡剤：シリコーン系整泡剤（日本ユニカー製「ＳＺ−
１９３１」）

【００４４】［切削抵抗］：成形品を縦３０ｍｍ横８０
ｍｍ厚さ１０ｍｍにカットし試験片とし、４成分動力計
（ＫＩＳＴＬＥＲ製「９２７２型」、増幅器：ＫＩＳＴ
ＬＥＲ製「チャージアンプ５０１１型」、記録計：グラ
フテック製「ＷＲ７７００」）に取り付けた後、ＮＣマ
シン（菊川鉄工所製「ＮＣＥ２３−１Ｈ型ルータ」）で
この試験片を切削中の、刃物送り方向の抵抗を測定し
た。（切削刃：１６ｍｍφ超硬スロウアウェイチップ１
枚刃、回転数：５０００ｒｐｍ、送り速度２０００ｍｍ
／分、切り込み深さ３ｍｍ）［曲げ弾性率]：ＪＩＳＫ６９１１に準じて、島津製
作所製「島津オートグラフＡＧＳ−５００Ａ」を用いて
測定した。［アイゾット衝撃強度］：ＪＩＳＫ６９１１に準じ
て、東洋精機製作所製「アイゾット衝撃試験器」を用い
て測定した。［平均表面粗度］：成形品表面をＮＣマシンで切削後
（切削刃：フラットエンドミル２０ｍｍφハイス４枚
刃、回転数：３０００ｒｐｍ、送り速度：５００ｍｍ／
分、切り込み深さ：０．２ｍｍ）、切削面の平均表面粗
度を非接触型３次元形状測定機（キーエンス製「ＬＭ−
３Ｄシステム」）で測定した。この測定値をＪＩＳＢ
０６０１に準拠して数値処理した値を平均表面粗度とし
た。

【００４５】実施例１〜５表１に記載の質量部で、各原料をプラネタリーミキサー
に投入し、１３０ｒｐｍで１０分間撹拌後、５分間３０
ｍｍＨｇ以下で撹拌脱泡してポリオール成分を得た。イ
ソシアネート成分も同様にして得た。次に、ポリオール
成分とイソシアネート成分を表１の割合で、合計１００
０ｇになるようプラネタリーミキサーに投入し、３０ｍ
ｍＨｇ以下、１３０ｒｐｍで５分間混合し、それを５０
ｍｍ×５０ｍｍ×２００ｍｍの金型に流し込み８０℃で
２時間加熱キュアした。これを８時間放置冷却し、脱型
して成形品を得た。成形品の評価結果を表１に示す。

【００４６】実施例６表１に記載の質量部でポリオール成分とイソシアネート
成分を実施例１〜５と同様にして得た。次に、メカニカ
ルフロス機（東邦機械工業製「ＭＦ−３５０型メカニカ
ルフロス発泡装置）のローターを３００ｒｐｍで回転さ
せながら、ポリオール成分およびイソシアネート成分を
合計で１０〜２０Ｌ／分、乾燥空気を表１に記載した割
合でミキシングヘッド入り口部に連続供給した。そし
て、出口部から連続吐出される微細気泡が均一に分散し
た混合液を、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２００ｍｍの金型に
流し込み８０℃で２時間加熱キュアした。これを８時間
放置冷却し、脱型して成形品を得た。成形品の評価結果
を表１に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】比較例１〜５表２に記載の質量部で、実施例１〜５と同様にして成形
品を得た。評価結果を表２に示す。

【００４９】

【表２】

【００５０】

【発明の効果】即ち、本発明の成形品は、高圧造型機用
モデル材料に必要な高い曲げ弾性率を維持したまま、従
来の合成木材と同程度の機械切削性を持った緻密な材料
であり、高圧造型機を使用する試作ラインでのマスター
モデル制作スピードのアップを計ることができる。本発
明の成形品は、上記のような効果を奏するため、鋳物砂
型のマスターモデル用材料、特に高圧造型機用マスター
モデル材料として有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩ // Ｃ０８Ｇ 18/00 Ｃ０８Ｇ 18/00 Ｊ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08J 5/04 C08L 75/04 C08K 7/10 B22C 1/00 B29B 11/16 C08G 18/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】モース硬度が２以下の無機フィラー
（Ｆ）を成形品１００質量部当たり３０〜６０質量部含
有する合成樹脂成形品であり、切削抵抗が１３０〜２１
０Ｎ、曲げ弾性率が４０，０００〜６０，０００ｋｇｆ
／ｃｍ²、アイゾット衝撃強度が５〜１２ｋｇｆｃｍ／
ｃｍ²、平均表面粗度が１０μｍ以下である合成樹脂成
形品。
【請求項２】モース硬度が２以下の無機フィラー
（Ｆ）を成形品１００質量部当たり３０〜６０質量部含
有する硬質ポリウレタン樹脂成形品であり、切削抵抗が
１３０〜２１０Ｎ、曲げ弾性率が４０，０００〜８０，
０００ｋｇｆ／ｃｍ²、アイゾット衝撃強度が５〜１２
ｋｇｆｃｍ／ｃｍ²、平均表面粗度が１０μｍ以下であ
る硬質ポリウレタン樹脂成形品。
【請求項３】嵩密度が１．３〜１．７ｇ／ｃｍ³であ
る請求項１又は２記載の成形品。
【請求項４】ヒドロキシル価が２５０〜７００のポリ
オール（ａ１）からなる活性水素含有化合物（ａ）と、
有機ポリイソシアネート（ｂ）から誘導される硬質ポリ
ウレタン樹脂成形品である請求項２又は３記載の成形
品。
【請求項５】（ａ１）が３〜６価の多価アルコールの
アルキレンオキサイド付加物であり、（ｂ）が芳香族ポ
リイソシアネートである請求項４記載の成形品。
【請求項６】無機フィラー（Ｆ）がタルクである請求
項１〜５のいずれか記載の成形品。
【請求項７】無機フィラー（Ｆ）の平均粒径が２〜１
０μｍである請求項１〜６のいずれか記載の成形品。
【請求項８】無機フィラー（Ｆ）が、２〜１０μｍの
粒度のものを５０質量％以上含有する粒度分布を有する
請求項１〜７のいずれか記載の成形品。
【請求項９】メカニカルフロスフォームである請求項
１〜８のいずれか記載の成形品。
【請求項１０】モース硬度が２以下の無機フィラー
（Ｆ）を成形品１００質量部当たり３０〜６０質量部含
有する合成樹脂成形品であり、切削抵抗が１３０〜２１
０Ｎ、曲げ弾性率が４０，０００〜８０，０００ｋｇｆ
／ｃｍ²、アイゾット衝撃強度が５〜１２ｋｇｆｃｍ／
ｃｍ²、平均表面粗度が１０μｍ以下である合成樹脂成
形品からなる鋳物砂型のマスターモデル用材料。
【請求項１１】モース硬度が２以下の無機フィラー
（Ｆ）を成形品１００質量部当たり３０〜６０質量部含
有する合成樹脂成形品であり、切削抵抗が１３０〜２１
０Ｎ、曲げ弾性率が４０，０００〜８０，０００ｋｇｆ
／ｃｍ²、アイゾット衝撃強度が５〜１２ｋｇｆｃｍ／
ｃｍ²、平均表面粗度が１０μｍ以下である合成樹脂成
形品からなる高圧造型機用マスターモデル用材料。