JP3599838B2

JP3599838B2 - 多層品の製造方法

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Publication number: JP3599838B2
Application number: JP19996595A
Authority: JP
Inventors: 稔高石; 和文田中; 将満山内
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2015-08-04
Also published as: JPH0939015A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多層品の製造方法に関するものであり、更に詳しくは、外観が非常に良好な圧縮成形品の効率的な成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車内装における表層材と樹脂基材との積層成形品は、ポリプロピレン基材を用いる場合は、先ず射出成形により基材を成形した後、塩化ビニルレザー等の表層材、または、表層材とプラスチックフォームの積層材を該基材に接着剤により、真空成形と同時に貼り合わせる方法により製造されている。
しかしながらこの方式では、接着剤を使用しなければならず、作業環境が悪化する問題が発生すると同時に、作業工程が複雑となってしまう。これらの点を改善した方法として近年、表層材またはこれとプラスチックフォームの積層材を金型内に設置し、基材としての樹脂を溶融供給後圧縮成形する方法が実施されている。この方法においては、作業環境の問題は改善されるものの、成形時に熱と圧力により表層材にダメージが加えられ、しぼ流れ、表層材の凹凸、あばた等の外観上の問題が起きる。また使用される表層材の余剰部分をトリミングし、成形後表層材を基材の裏側に折り返す工程が必要となるなどの後処理工程の複雑さと共に、トリミング端材が多量に発生し、コスト上不利でありまたリサイクルの問題も発生する。
他方、２種類の異なった樹脂を積層させる成形法として、射出成形により２組の金型を用いて成形する、いわゆる２色成形法がある。しかし、この場合、１つの型締め装置に対し、２組の金型を用いることから、金型の回転機構等を含め、装置が複雑になり、コストの上昇を招くことにもなる。また、大型の成形品には対応できていないのが現状である。
また、特開平４−４１４７号公報には、特定のポリプロピレン系複合樹脂と特定の熱可塑性エラストマーとからなる積層成形体及びその製造方法が示されているが、必ずしも外観が非常に優れた製品を得ることができない場合がある。
特開平３−２６５１７号公報には、多層品の製造方法及び装置が開示されているが、使用する樹脂についてはほとんど記載されていない。これらの方法によって成形を実施した場合、成形品意匠面のチャージマーク、成形品端部の基材樹脂露出、形状の複雑な部分での表層材と基材の混じり合い等の外観不良が起こり、良好な外観の成形品を得ることができない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、低コストで且つ従来このような圧縮成形法では不可能であった、外観が良好でかつリサイクル可能な多層品の効率的な圧縮成形方法を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、表層材が、温度２３０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるメルトフローレートが５〜２００ｇ／１０分である熱可塑性エラストマーであり、基材が熱可塑性樹脂であり、該基材を溶融状態でシート状に金型内に部分的に供給し、賦形した後、表層材及び基材を溶融状態で多層シート状に共押し出しし、該金型内に供給した基材と該共押し出しした基材とが接するように積層し、その後金型を閉じ加圧冷却する多層品の製造方法によって解決できることを見出した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
（Ａ）表層材
本発明の表層材は温度２３０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるメルトフローレートが５〜２００ｇ／１０分である熱可塑性エラストマーからなり、該熱可塑性エラストマーとは加熱すれば流動して通常の熱可塑性プラスチックと同様の成形加工ができ、常温ではゴム弾性を示す材料をいう。中でもオレフィン系エラストマーであるプロピレン系エラストマー（ＴＰＯ）やスチレン部分が３０重量％以下であるスチレン−ブタジエン共重合体エラストマーの水素添加物が、特に製品外観や表層材としての物性を満足し、かつ内層材との溶融接着性も良好であるのでさらに好適である。スチレン部分が３０重量％を越えるスチレン−ブタジエン共重合体エラストマーの水素添加物の場合は、ゴム弾性が小さく従って成形品の表面硬度が高くなり、クッション感が得られない。また同時に基材に、使用される熱可塑性樹脂、特にオレフィン系樹脂に対する密着性が失われる。
また、本発明の熱可塑性エラストマーには必要に応じて、一般に使われている安定剤、難燃化剤、加工性改良剤、滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、顔料のごとき添加剤や各種充填剤を添加してもよいことはもちろんである。
表層材の熱可塑性エラストマーの温度２３０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるメルトフローレート（以下、ＭＦＲと略す）は、５〜２００ｇ／１０分が好ましく更には１０〜１５０ｇ／１０分が好適である。５ｇ／１０分未満では、表層材としての流動性が不十分となり、厚みの制御が困難になってしまうとともに、フローマークによる外観不良が発生する。２００ｇ／１０分を越えるとダイリップへの付着等の成形上の問題が起き、また耐熱性、耐傷付き性等表層材としての必要物性が不良となってしまう。
また熱可塑性エラストマーの結晶化温度は、降温速度２０℃／分において８０〜１００℃であり且つ１０３℃における等温結晶化開始時間が５〜６０秒であることが好ましい。
熱可塑性エラストマーの結晶化温度は、示差熱測定装置により、降温速度２０℃／分にて測定できる。また１０３℃における等温結晶化開始時間は、同じ測定装置により２３０℃から８０℃／分にて降温させ、１０３℃に達した時点で温度を保った場合の、１０３℃に到達した時点から結晶化が始まるまでの時間とした。
結晶化温度が１００℃を越えると成形の際、早い段階で流動が停止してしまい基材を万遍なく被うことができない。８０℃に満たないものでは早い冷却サイクルに対応できず、成形品取り出しの際に傷が付いたりといった機械的損傷を受けることとなる。また１０３℃における等温結晶化開始時間が５秒未満では、成形の冷却に対し、金型のタッチに応じ敏感に結晶化が進展するため、成形品の表面に金型タッチ時間の差による光沢むらや転写不良が発生する。また６０秒を越えるといつまでも軟化状態が続くため冷却サイクルが長くなってしまい実用的でない。
【０００６】
（Ｂ）基材
本発明の基材は熱可塑性樹脂からなり、中でもオレフィン系樹脂が好ましく、プロピレン系樹脂が成形性や製品物性が良好であるのでさらに好適である。プロピレン系樹脂としてはプロピレン単独重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレン−エチレンランダム共重合体及びそれらの混合物、さらには前記プロピレン系樹脂を含む他の樹脂、例えばポリエチレン、エチレン−α−オレフィン共重合体エラストマー、スチレン−ブタジエン共重合体エラストマー及びその誘導体等との混合物も含まれる。
本発明の熱可塑性樹脂は一種類でも二種類以上でも用いることができ、タルク、ガラスファイバー、木粉等の充填材が混合されたものも熱可塑性樹脂として用いることができる。また必要に応じて、一般に使われている安定剤、難燃化剤、加工性改良剤、滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、顔料のごとき添加剤を添加してもよいことはもちろんである。
基材の熱可塑性樹脂の温度２３０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるＭＦＲは、３〜４０ｇ／１０分が好ましく更には５〜３０ｇ／１０分が好適である。３ｇ／１０分未満では内層材としての流動性が不十分であり、成形品がショートショットとなる。４０ｇ／１０分を越えると機械的特性特に耐衝撃性が劣る。
しかしながらこのＭＦＲの値はあくまでも目安であり、重要なことは、５００ｓｅｃ^−１の剪断速度において、２１０℃での粘度が７×１０^２〜４×１０^３ポイズのものが好ましく、更に好ましくは８×１０^２〜３×１０^３ポイズ、更に好適には１×１０^３〜２．５×１０^３のものを用いると、良好な成形品が得られる。
熱可塑性樹脂の粘度はＪＩＳ−Ｋ７１９９熱可塑性プラスチックのキャピラリーレオメータによる流れ特性試験方法に準じ、キャピログラフ（東洋精機製）により、剪断速度、温度及び粘度の関係を測定できる。この範囲の粘度は共押出シートのチャージにおける最適粘度であり、７×１０^２ポイズに満たない場合にはシートの供給の際に重なりが生じその結果圧縮成形の際に表層エラストマーと基材樹脂の混じりあいが起こり、まだら模様となってしまう。逆に４×１０^３ポイズを越えるような樹脂を用いると溶融時の樹脂のドローダウンが小さく、製品形状に応じ所望のシート形状に供給できなくなる。この場合には加圧の際に流動させるに必要な距離が長くなることから、成形品端部に表層材の欠損を生じる。いずれも外観不良となってしまう。
【０００７】
（Ｃ）多層品
本発明における多層品は表層材と基材とからなり、表層材は多層品の表面片側に位置して基材を覆う一層または二層以上の材料であり、基材は表層材に覆われる一層または二層以上の材料である。表層材または基材が一層の場合には、表層材である熱可塑性エラストマー及びまたは基材である熱可塑性樹脂を発泡させ、クッション性を付与することにより更に高級感を持たせ意匠性を高めたり、軽量化することができる。表層材または基材が二層以上の場合には、基材に接する側の表層材である熱可塑性エラストマーまたは表層材に接する側の基材である熱可塑性樹脂の一層を発泡させることもできる。
発泡体は圧縮成形の工程において、押出機による溶融過程から型締め後に固化する過程までの間に得ることができる。具体的には発泡させたい層の熱可塑性エラストマー及びまたは熱可塑性樹脂を、予め発泡剤を混練して発泡能力を持たせたペレットとし、押出機より金型上に発泡剤に適合した温度にて溶融供給し発泡させ、後型締めを行い金型のクリアランス、開閉のタイミング、型締力等を適切にコントロールすることにより得ることができる。
また表層材と基材の接着力が不足する場合には、表層材または基材の一方を二層とし、接着性の高い熱可塑性エラストマーまたは熱可塑性樹脂を介在させ全体として三層とすることにより、各種樹脂の積層に対応することができる。本発明の多層品において表層材及び基材の厚みの関係は、基材の厚みが表層材の厚みよりも大きいほうが製品の機械的特性が改善されるので好ましいが、その他の目的に応じ適宜選択できることはもちろんである。基材の厚みが表層材の厚みよりも大きい場合には、表層材のＭＦＲは基材のＭＦＲよりも大きいことが好ましい。表層材のＭＦＲが基材のＭＦＲと同じかまたは小さい場合、表層材が基材をまんべんなく覆うことができず、基材が製品表面に露出してしまい外観を損なうこととなる。本発明の多層品の表層材には各種しぼ模様を付けることが可能であり、本発明の表層材を用いることにより成形金型との均一な接触が図られ、しぼ模様をきれいに転写した、非常に外観の良好な成形品が得られる。また他の成形法との併用による表面への加飾、絵柄の転写や、他のフィルム、シート、表皮材などのインサート成形も可能であり更に意匠性を向上させることができる。
【０００８】
（Ｄ）成形方法
本発明の多層品は、圧縮成形機に取り付けられた金型内に、第一段階として先ず基材を溶融状態で部分的に供給した後、最終成形品の形状を満たさないように部分的に固化、賦形を行う。具体的には最終成形品の表層材表面からみて厚肉である部分例えば、ボスやリブのような部分とその周辺部分において行う。この場合、形状の残り部分の空間は、最終成形品の表面から厚み方向に１０ｍｍ以下であることがひけの防止効果が大きいので好ましい。次に第二段階として、表層材及び基材を溶融状態で多層シート状に、好ましくは表層材及び基材の厚みが１０ｍｍ以下となるように共押し出しし、金型内に供給した基材と共押し出しした基材とが接するように積層し、その後型閉めを行い、最終成形品の形状に圧縮成形する。その後金型を開放することにより成形品が得られる。
本発明の方法は、多層品の表層材面に対して垂直方向の最大厚みが１０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍを超える部分を有する多層品の成形に好適である。該部分としては上述のボスやリブのような部分が挙げられる。
本発明のように第一段階としてボスやリブ等の厚肉の三次元的な形状部分に予め樹脂を充填、賦形することにより、局部的な厚肉部を持つ形状品においてもひけや樹脂の欠損を無くし、外観の良好な成形品を得ることが可能となる。
上記のように樹脂を供給する方法としては、第一段階での押出機と第二段階での押出機を別々のものとしても良いし、共用としてもよい。前者の場合には、第一段階での溶融樹脂の供給は、Ｔダイスからのシート状に限らず、丸棒やパイプ状でも良い。またノズルから金型のランナー及びゲートを通しての射出方式でもよい。また第二段階では、複数の押出機を用いて溶融状態の表層材及び基材を多層Ｔダイスより共押し出しする方法が好ましい。
本発明で用いる圧縮成形機は各種の装置を用いることができ、圧縮する時の圧力は成形品によって適宜設定することができる。
【０００９】
本発明の多層品は、特定の表層材及び基材からなるため、該多層品成形の際に表層材が基材を均一に覆うことができ端材が発生しない。これは基材の熱可塑性樹脂の粘度が適切にコントロールされ金型上への平坦な樹脂供給が行えるためである。且つ二段階で成形することにより局部的な厚肉形状品でもひけ、欠損のない外観良好な製品が得られる。また表層材の固化速度が適度に遅いため、表層材は金型面と均一に接触することができ金型の形状をそのまま転写し、外観が良好な多層品となる。さらに表層材にオレフィン系エラストマーやスチレン部分が３０重量％以下であるスチレン−ブタジエン共重合体エラストマーの水素添加物を用い、基材にオレフィン系樹脂を選択することによりリサイクルも可能となる。
【００１０】
【実施例】
（実施例１）
表層材としてＭＦＲが１０ｇ／１０分であり、プロピレン含量が７０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物を６３重量％含むプロピレン系エラストマー（以下、ＴＰＯと略す）を用い、基材としてＭＦＲが２０ｇ／１０分であり、プロピレン含量が５０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物２０重量％とプロピレン８０重量％からなるプロピレン−エチレンブロック共重合体８０重量％に対し、タルク２０重量％を含むブレンド物を用いた。
図１に示すように、先ず第一段階として基材４を２層Ｔダイスを有するホットフロー成形機の一方の押出機で１８５℃にて溶融させ、単層にてＴダイスより押し出し下型上に供給した。ここで上金型１と下金型２を閉じ、５秒間型締めを行った後、下金型２に成形品を残し金型を開いた。この時の成形品は表層材面に対して垂直方向に３０ｍｍの厚みのボスを持つものであった。
次に表層材及び基材を、２層Ｔダイスを有するホットフロー成形機より温度１８５℃にて２層共押し出しすることにより該中途形状の基材上に供給した。図２に示すように、再度上金型と下金型とを圧縮、型締めし、冷却した後、金型を開放して成形品を取り出した。その結果を表１に示したが、得られた成形品は図３に示すような形状の、表層材の厚み１．０ｍｍ、基材の厚み２．５ｍｍの多層品であり、上金型のしぼ模様が鮮明に転写されたものであり、表層材及び基材の端材が発生することなく成形できた。なおこの実施例における成形条件は以下のように設定した。上金型の温度：６０℃、下金型の温度：４０℃、加圧圧力：５０ｋｇ／ｃｍ² 、冷却時間：２５秒。
【００１１】
（実施例２）
表層材としてＭＦＲが４０ｇ／１０分であり、プロピレン含量が７０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物を７０重量％含むＴＰＯを用い、基材としてＭＦＲが１０ｇ／１０分であり、プロピレン単独重合体９０重量％とプロピレン含量が４０重量％であるエチレン−プロピレン共重合体１０重量％の混合物８５重量％に対し、タルク１５重量％を含むブレンド物を用い、２００℃にて押し出しした以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は４０秒とした。その結果を表１に示した。
【００１２】
（実施例３）
表層材としてＭＦＲが８０ｇ／１０分であり、プロピレン含量が７０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物を５５重量％含むＴＰＯを用いた以外は実施例２と同様に行った。冷却時間は３０秒とした。その結果を表１に示した。
【００１３】
（実施例４）
表層材としてＭＦＲが１６０ｇ／１０分であり、プロピレン含量が７０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物を６７重量％含むＴＰＯを用い、基材としてＭＦＲが８ｇ／１０分であり、プロピレン含量が５０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物１５重量％とプロピレン８５重量％からなるプロピレン−エチレンブロック共重合体を用い、２１０℃にて押し出しした以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は３５秒とした。その結果を表１に示した。
【００１４】
（実施例５）
表層材としてＭＦＲが２０ｇ／１０分であり、スチレン含量が１８重量％であるスチレン−ブタジエン共重合体エラストマーの水素添加物を用い、基材としてＭＦＲが５ｇ／１０分であり、エチレン含量が３重量％であるプロピレン−エチレンランダム共重合体を用い、２３０℃にて押し出しした以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は４５秒とした。その結果を表１に示した。
【００１５】
（実施例６）
表層材としてＭＦＲが３０ｇ／１０分であり、スチレン含量が２５重量％であるスチレン−ブタジエン共重合体エラストマーの水素添加物を用い、基材としてＭＦＲが２５ｇ／１０分であり、プロピレン含量が５０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物２２重量％とプロピレン７８重量％からなるプロピレン−エチレンブロック共重合体を用い、１８５℃にて押し出しした以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は４５秒とした。その結果を表１に示した。
【００１６】
（実施例７）
表層材として実施例４と同様のＴＰＯを用い、基材としてＭＦＲが３０ｇ／１０分であるプロピレン単独重合体を用い、２１０℃にて押し出しした以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は３５秒とした。その結果を表１に示した。
【００１７】
（実施例８）
第一段階として、基材を別の丸棒形状ダイスを有する押出機で２００℃にて溶融させ押し出し、下型上に供給した以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は２５秒とした。その結果を表１に示した。
【００１８】
（比較例１）
表層材としてＭＦＲが３ｇ／１０分であり、プロピレン含量が７０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物を７２重量％含むＴＰＯを用い、基材としてＭＦＲが３０ｇ／１０分であるプロピレン単独重合体を用いた以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は７５秒とした。その結果を表２に示した。
【００１９】
（比較例２）
基材としてＭＦＲが８０ｇ／１０分であり、プロピレン単独重合体８５重量％とプロピレン含量が４０重量％であるエチレン−プロピレン共重合体１５重量％の混合物８７重量％に対し、タルク１３重量％を含むブレンド物を用いた以外は実施例１と同様に行った。その結果を表２に示した。
【００２０】
（比較例３）
表層材としてＭＦＲが２２０ｇ／１０分であり、プロピレン含量が７０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物を４５重量％含むＴＰＯを用い、基材としてＭＦＲが８ｇ／１０分であり、プロピレン含量が５０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物１２重量％とプロピレン８８重量％からなるプロピレン−エチレンブロック共重合体を用い、２１０℃にて押し出しした以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は２５秒とした。その結果を表２に示した。
【００２１】
（比較例４）
表層材及び基材を、２層Ｔダイスを有するホットフロー成形機より下金型上に供給し、二段階での成形品を行わなかった以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は３０秒とした。その結果を表２に示した。
【００２２】
（比較例５）
表層材としてＭＦＲが１０ｇ／１０分であり、スチレン含量が４０重量％であるスチレン−ブタジエン共重合体エラストマーの水素添加物を用いた以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は８５秒とした。その結果を表２に示した。
【００２３】
（比較例６）
基材としてＭＦＲが１ｇ／１０分であり、プロピレン含量が５０重量％であるエチレン−プロピレン共重合物１０重量％とプロピレン９０重量％からなるプロピレン−エチレンブロック共重合体を用い、２６０℃にて押し出しした以外は実施例１と同様に行った。冷却時間は２５秒とした。その結果を表２に示した。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
【発明の効果】
本発明により、下記のごとき効果を発揮することができる。
（１）金型からの直接転写により、鮮明なしぼ模様を有する外観の非常に良好な多層品が得られ、またボス、リブ等部分的に厚肉部を有する製品でも、ひけや欠損の無い成形品が得られる。
（２）表層材と基材との密着性が良好な多層品が得られる。
（３）従来の表皮貼り成形に比べて、表層材の端材ロスが無く、併せて表層材の巻き込み処理が不要であり、省人化、コストダウンを達成できる。
（４）表層材及び基材がオレフィン系の場合、リサイクルが可能である。
（５）従来の圧縮成形機を使用することができ、装置コストの負担が軽い。また多色射出成形に比べ、装置及び金型がシンプルとなる。
（６）本発明の多層品は多方面に利用することができる。中でも自動車内装分野の材料として好適であり、代表的な用途として、ドアトリム、ピラー、コンソールボックス、シートバックパネルなどが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層品の製造方法の一例を示す工程図。
【図２】本発明に係る多層品の成形において表層材及び基材を上下金型で圧縮した状態の一例を示す立面図。
【図３】本発明の多層品の一例である自動車内装材のドアトリムの平面図。
【符号の説明】
１上金型
２下金型
３ホットフロー成形機ダイス
４基材
５表層材
６ボス

Claims

表層材が、温度２３０℃、荷重２．１６ｋｇにおけるメルトフローレートが５〜２００ｇ／１０分である熱可塑性エラストマーであり、基材が熱可塑性樹脂であり、該基材を溶融状態でシート状に金型内に部分的に供給し、賦形した後、表層材及び基材を溶融状態で多層シート状に共押し出しし、該金型内に供給した基材と該共押し出しした基材とが接するように積層し、その後金型を閉じ、加圧冷却する多層品の製造方法。
共押し出しした表層材及び基材の厚みが１０ｍｍ以下となるように表層材及び基材を共押し出しし、且つ多層品の表層材面に対して垂直方向の最大厚みが１０ｍｍを超える部分を有することを特徴とする請求項１に記載の多層品の製造方法。
熱可塑性樹脂が、５００ｓｅｃ^-1の剪断速度において、２１０℃での粘度が７×１０² 〜４×１０³ ポイズであることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の多層品の製造方法。
熱可塑性エラストマーがオレフィン系エラストマー及びまたはスチレン部分が３０重量％以下であるスチレン−ブタジエン共重合体エラストマーの水素添加物であり、熱可塑性樹脂がオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多層品の製造方法。