JP3816671B2 - 熱硬化性材料の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱硬化性材料を加圧加熱硬化して成形する方法及び装置に関し、より詳細には精密な金型の温度制御を行うことにより異なる肉厚を有する成形物であっても光沢不良やクラックの発生を抑えた、成形収率に優れた成形方法および成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱硬化性成形材料を加圧・加熱して成形を行う場合、温度制御が容易であることから加熱媒体として蒸気が従来から用いられていた。蒸気を利用して金型温度を制御する方法として、例えば特開平１−２５９９０７号公報には、蒸気供給ラインを通じて金型内部に蒸気を供給し金型の加熱するものにおいて、蒸気供給ラインに、供給蒸気圧力を制御する圧力制御ラインと、多量の供給蒸気を流すことのできるバイパスラインとが並列に設けられ、予め設定した金型設定温度と、実際に測定した金型測定温度との差が、所定の設定値よりも大きい場合は、バイパスラインを通して蒸気を金型に供給し、温度差が設定値よりも小さい場合には、圧力制御ラインを通して蒸気を金型に供給し、金型測定温度が金型設定温度になるよう圧力制御ラインの蒸気圧を制御する金型の温度制御方法が開示されている。また特開平８−３２３７６３号公報には、蒸気循環回路の出口配管側に三方弁を介して蒸気発生源側と真空ドレン回収装置に切替え可能に設け、循環される蒸気温度が設定温度以下のときは三方弁を真空ドレン回収装置側に切替えて型内に発生したドレンと蒸気を吸引排出する金型温度制御装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４や図５に示すような、加圧・加熱によって成形される自動車用スポイラーや洗面カウンターでは、肉厚が変化する部分（図上、斜線部分）の温度が金型成型時に設定温度以上に上昇しやすいため、光沢不良やクラックの発生といった問題が生じる。具体的には、図６及び図７に示す分割金型の断面図において、成形体表面側を成形する上型７の設定温度は高めに設定する一方、成形体裏面側を成形する下型８の設定温度は低めに設定し、成形体の表面側を相対的に速く硬化させることによって、硬化収縮に伴う変形や歪みを裏面側で吸収し、成形体表面側の表面性状を高めている。ここで下型８の凸部９では、熱伝導による上型７からの熱が集中するため金型温度が設定温度を超えることがある。この場合、上型７と下型８の温度差が小さくなる結果、成形体の凸部の光沢不良やクラックの発生といった問題が生ずる。したがって、金型、特に低温側金型の温度制御を精度よく行う必要がある。
【０００４】
しかしながら、かかる場合に蒸気を加熱媒体として使用する従来の金型温度制御では、速やかな加熱はできるものの、速やかに冷却すること現実には困難であった。すなわち媒体として蒸気を使用して金型を冷却するには、例えば蒸気トラップを解除し調節弁を使用して強制的に媒体通路に蒸気を供給して金型を冷却する方法が考えられるが、かかる方法ではその冷却効果は小さい。加えて、凸部９が細長い場合には、冷却媒体通路を凸部に内設することができないため迅速な冷却ができない。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、設定温度よりも高い温度領域が金型に生じたときは、当該部分を迅速に冷却し精密に温度制御を行いながら熱硬化性材料を成形する方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、加熱媒体として蒸気を使用する分割金型を使用し、加圧加熱して熱硬化性材料を成形する方法であって、少なくとも一方の金型に２以上の媒体通路を設け、冷却を必要とする部分の媒体経路に冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給することを特徴とする熱硬化性材料の成形方法が提供される。当該方法は、分割金型が高温側加熱型と低温側加熱型からなり、冷却を必要とする部分が低温側加熱型の凸部である場合に特に有効である。また熱エネルギーの有効利用の点から、媒体通路の排出口に、蒸気とドレンを回収し、排出蒸気によって水を加熱する回収部を設け、回収部で加熱された水及びドレンを冷却媒体の水として再供給するのが好ましい。
【０００７】
また本発明によれば、加熱媒体として蒸気を使用する分割金型を使用し、加圧加熱して熱硬化性材料を成形する装置であって、少なくとも一方の金型は２以上の媒体通路を有し、冷却を必要とする部分の媒体経路に、冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給することを特徴とする熱硬化性材料の成形装置が提供される。このとき、熱エネルギーの有効利用の点から、媒体通路の排出口に、排出蒸気とドレンを回収し、排出蒸気によって水を加熱する回収部を設け、回収部で加熱した水及びドレンを冷却媒体の水として再供給するのが好ましい。
【０００８】
本発明の成形方法では、分割金型の少なくとも一方の金型に２以上の媒体通路を設け、冷却を必要とする部分の媒体経路に冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給し該金型の温度を精密に制御するので、成形体の光沢不良やクラックの発生を抑制し、良好な成形収率を得ることができる。
【０００９】
本発明の成形方法で使用できる成形材料としては特に限定はなく、アクリル樹脂や不飽和ポリエステル樹脂を配合したバルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）、シートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）等を挙げることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に示す実施例に基づき、本発明の成形方法の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の成形方法の一実施例を示すシステム図、図２は図１に示された分割金型の断面図、図３は図１に示された分割金型の上型及び下型の媒体通路を示す説明図である。
【００１２】
図１において、熱硬化性材料を成形する二分割金型は上型３と下型４からなり、図２及び図３に示すように、上型３の成形面の近接内部には媒体通路Ａが形成され、下型４の成形面の近接内部には媒体通路Ｂ及び成形体の肉厚の薄い部分には更に媒体通路Ｃが形成されている。この媒体通路Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれに蒸気入口３ａ，４１ａ，４２ａが設けられ、蒸気入口３ａ．４１ａにはボイラー１から蒸気配管を介し、圧力計２２ａ，２３ａの測定値によって制御された減圧弁２２ｂ、２３ｂを通って蒸気が供給される。一方蒸気入口４２ａには、ボイラー１から蒸気配管を介し、圧力計２４ａの測定値によって制御された減圧弁２４ｂを通って供給される蒸気と、後述するドレン部６から供給される温水とを混合した混合物が供給される。これら媒体通路Ａ、Ｂ、Ｃには蒸気出口３ｂ、４１ｂ、４２ｂが形成され、これら蒸気出口にはそれぞれ出口配管が接続されている。媒体通路Ａ及びＢに接続された出口配管にはそれぞれ蒸気トラップ弁５１ａ，５２ａ及びバイパス弁５１ｂ、５２ｂが配設され、ドレンが所定量貯まると蒸気トラップ弁５１ａ，５２ａが開となり貯まったドレンをドレン回収部に排出する。バイパス弁は通常は閉状態としておく。一方媒体通路Ｃに接続された出口配管には流量調節弁５３ａ及びバイパス弁５３ｂが配設され、媒体通路Ｃからドレン回収部６へ排出される蒸気とドレンの混合物流量を調整する。３つの出口配管はその後集合して１つの出口配管となりドレン回収部６に接続される。
【００１３】
ドレン回収部６は、貯水タンク６１、エゼクター６３、ポンプ６２とから構成され、貯水タンクの温度が所定温度を超えたとき又は貯水量が一定量以下となったときには、貯水タンク６１に図示しない給水源から給水弁６４を通って水が補給される。エゼクター６３の吸引室には、媒体通路に接続された出口配管及びポンプ６２の出口側配管６８から分岐した配管６６が接続され、ポンプ６２から供給される水と共に媒体通路から排出されるドレン及び蒸気を配管６５を通して貯水タンク６１に回収する。貯水タンク６１の下部には排出管６７が接続され、排出管６７はポンプ６２入口側に接続される。ポンプ６２の出口側には配管６８が接続され、配管６８は、途中で配管６６を分岐し、流量計７１、流量調節弁７２を介して媒体通路Ｃの蒸気入口４２ａに接続され、媒体通路を通って排出されたドレン及び排出蒸気によって加温された貯水タンク内の水を、媒体通路Ｃへ再供給する。一方分岐した配管６６は前記のとおりエゼクター６３に接続され、貯水タンク６１から排出された水はエゼクターを介して貯水タンクに循環される。
【００１４】
本発明の成形方法は上記構成の装置により実施されるものであるから、下型２において、上型からの熱伝導によって金型温度が設定温度を超える兆しのある場合には、過熱部分の媒体通路（本実施例では媒体通路Ｃ）にドレン回収部６から供給される水（温水）とボイラー１から供給される蒸気とを混合して、いわゆる湿り蒸気として媒体通路Ｃに供給することによって、迅速かつ有効に冷却することができる。かかる処理によって金型温度は設定温度を維持することができる。蒸気と水の混合物を冷却媒体として使用すると、迅速かつ有効に冷却できるのは、蒸気に分散してミスト状となった水が気化するときに熱を奪うという作用を有効に利用したものである。
【００１５】
また金型内に内設された媒体通路を通って蒸気出口から排出されたドレンは、配管を通ってドレン回収部６へ排出され、エゼクター６３を介して貯水タンク６１へ回収され、媒体通路Ｃへ供給する媒体として再利用される。また排出蒸気は貯水タンク６１内の水の加熱に利用され、排出蒸気によって加温された水（温水）はポンプ６２を介して上記回収ドレンと共に媒体通路Ｃへ供給する媒体として利用される。
【００１６】
【実施例】
実施例１
上記成形装置を使用して、表１に示す成形条件でキッチンカウンターを成形した。図１、図２に示す断面形状を有する長さ２８００ｍｍのＳＫキッチンカウンター天板用金型を用いて、媒体通路Ａ，Ｂのそれぞれに蒸気圧がゲージ圧で、１．２ｋｇ／ｃｍ² 、０．６ｋｇ／ｃｍ² に調節された蒸気を供給する。媒体通路Ｃには、ドレン回収部からポンプによって流量調節弁を介して再供給される約６６℃の温水と、蒸気圧がゲージ圧で０．６ｋｇ／ｃｍ² に調節された蒸気とを混合した、蒸気入口温度が１００℃の混合媒体を供給する。上記各媒体通路に媒体を通すことによって、金型を所定温度まで加熱する。媒体通路Ａ，Ｂの蒸気出口から排出された蒸気は、蒸気トラップで蒸気とドレンに分離され、分離されたドレンはドレン回収部へ送られる。一方媒体通路Ｃの蒸気出口から排出された蒸気は、流量調節弁を経てドレン回収部へ送られる。
【００１７】
金型設定温度は、上型成形面（媒体通路Ａ）１２０℃、下型平面（媒体通路Ｂ）１１０℃、下型バックガード部（媒体通路Ｃ）１０５℃であるのに対して、蒸気を４時間供給した後、図８に示す下型８においてａ、ｂ、ｃの各測定位置で接触式表面温度計を用いて金型の表面温度を測定したところ、上型成形面（媒体通路Ａ）１２０℃、位置ａ（媒体通路Ｂ）１１０℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１０５℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）１０４℃であった。ここで、成形材料として表１に示す熱硬化性材料３４ｋｇを下型略中央に配置する。成形圧力１，４００ｔｏｎ（約７５ｋｇ／ｃｍ² ）、型締め速度１ｍｍ／ｓｅｃ、保圧時間１０ｍｉｎの成形条件で成形を行った。製品を成形する工程を約１５分サイクルで５ショット繰り返した。５ショット目の製品を脱型した直後に金型表面温度を再度測定したところ、位置ａ（媒体通路Ｂ）１１１℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１０６℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）１０５℃とほぼ設定温度通りであった。成形品はすべて光沢良好で、クラックの発生も見られなかった。結果をまとめて表１に示す。
【００１８】
実施例２
媒体通路Ａ，Ｂに供給する蒸気の蒸気圧をゲージ圧で、２．８ｋｇ／ｃｍ² 、１．９ｋｇ／ｃｍ² とし、媒体通路Ｃに供給する媒体として、ドレン回収部からポンプによって流量調節弁を介して再供給される約６６℃の温水と、蒸気圧がゲージ圧で１．９ｋｇ／ｃｍ² に調節された蒸気とを混合物を使用し、該混合物の蒸気入口温度は１２７℃であった。
【００１９】
金型設定温度は、上型成形面（媒体通路Ａ）１４０℃、下型平面（媒体通路Ｂ）１３０℃、下型バックガード部（媒体通路Ｃ）１３０℃とした。
【００２０】
蒸気を４時間供給した後の金型表面温度は、上型成形面（媒体通路Ａ）１４０℃、位置ａ（媒体通路Ｂ）１３０℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１２９℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）１２９℃であった。
【００２１】
実施例１と同様に成形を行った後、金型表面温度を再度測定したところ、位置ａ（媒体通路Ｂ）１３１℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１３０℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）１２９℃とほぼ設定温度通りであった。
【００２２】
成形品はすべて光沢良好で、クラックの発生も見られなかった。結果をまとめて表１に示す。
【００２３】
比較例１
媒体通路Ｃに蒸気圧がゲージ圧で、０．１ｋｇ／ｃｍ² （１０１℃）に調節された蒸気を供給した以外は実施例１と同様にして金型を昇温した。
【００２４】
蒸気を４時間供給した後、ａ、ｂ、ｃの各測定位置で接触式表面温度計を用いて金型の表面温度を測定したところ、上型成形面（媒体通路Ａ）１２０℃、位置ａ（媒体通路Ｂ）１１０℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１０７℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）１０８℃であった。
【００２５】
実施例１と同様に成形を行った後、金型表面温度を再度測定したところ、位置ａ（媒体通路Ｂ）１１１℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１１３℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）１１２℃と、下型の位置ｂにおいて設定温度より８℃、位置ｃにおいて７℃高い温度となっていた。成形品は光沢不良が発生し、一部クラックの発生も見られた。結果をまとめて表１に示す。
【００２６】
比較例２
媒体通路Ｃに、蒸気圧がゲージ圧で、１．９ｋｇ／ｃｍ² （１３０℃）の蒸気のみを供給する以外は実施例２と同様にして金型を昇温した。
【００２７】
蒸気を４時間供給した後、ａ、ｂ、ｃの各測定位置で接触式表面温度計を用いて金型の表面温度を測定したところ、上型成形面（媒体通路Ａ）１４０℃、位置ａ（媒体通路Ｂ）１３０℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１２９℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）１２９℃であった。
【００２８】
実施例１と同様に成形を行った後、金型表面温度を再度測定したところ、位置ａ（媒体通路Ｂ）１３１℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１３３℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）１３２℃と、下型の位置ｂ、ｃにおいて設定温度より３℃、２℃高い温度となっていた。成形品は光沢不良が発生し、一部クラックの発生も見られた。結果をまとめて表１に示す。
【００２９】
比較例３
媒体通路Ｃに８０℃の温水を供給した以外は実施例１と同様にして金型を昇温した。
【００３０】
蒸気を４時間供給した後、ａ、ｂ、ｃの各測定位置で接触式表面温度計を用いて金型の表面温度を測定したところ、上型成形面（媒体通路Ａ）１２０℃、位置ａ（媒体通路Ｂ）１１０℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１０５℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）９５℃であった。
【００３１】
実施例１と同様に成形を行った後、金型表面温度を再度測定したところ、位置ａ（媒体通路Ｂ）１１１℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１０８℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）９７℃と、同じ媒体通路Ｃにおいて位置ｂとｃとで温度ムラが発生した。成形品には光沢不良が発生し、位置ｃに未硬化物による汚れ（型汚れ）が発生した。
【００３２】
比較例４
媒体通路Ｃにエアーを供給した以外は実施例１と同様にして金型を昇温した。
蒸気を４時間供給した後、ａ、ｂ、ｃの各測定位置で接触式表面温度計を用いて金型の表面温度を測定したところ、上型成形面（媒体通路Ａ）１２０℃、位置ａ（媒体通路Ｂ）１１０℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１１０℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）１０９℃であった。
【００３３】
実施例１と同様に成形を行った後、金型表面温度を再度測定したところ、位置ａ（媒体通路Ｂ）１１１℃、位置ｂ（媒体通路Ｃ）１１２℃、位置ｃ（媒体通路Ｃ）１１３℃と、位置ｂ、ｃにおいて設定温度より７℃、８℃高い温度となっていた。成形品は光沢不良が発生し、一部クラックの発生も見られた。結果をまとめて表１に示す。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【発明の効果】
本発明の成形方法及び成形装置によれば、冷却を必要とする部分の媒体通路に冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給するので、精密な金型温度制御ができ、成形時の過熱による成形品の光沢不良やクラック発生といった不具合を低減することができる。
【００３６】
また冷却媒体として蒸気と水を使用するため、加熱媒体として蒸気を使用する既存の金型において媒体通路に水を添加すれさえすればよいので、金型を新たに作成する必要がなく経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形方法の一実施例を示すシステム図である。
【図２】図１に示された分割金型の断面図である。
【図３】図１に示された分割金型の上型及び下型の媒体通路を示す説明図である。
【図４】本発明の成形法が好ましく適用される自動車スポイラーにおける製品欠陥を起こしやすい部位を示す説明図である。
【図５】本発明の成形法が好ましく適用される洗面カウンターにおける製品欠陥を起こしやすい部位を示す説明図である。
【図６】金型断面において、設定温度よりも温度が上がりやすい部位を示す説明図である。
【図７】金型断面において、設定温度よりも温度が上がりやすい部位を示す説明図である。
【図８】下型における温度測定位置を示す図である。
【符号の説明】
１ ボイラー
３ 上型
４ 下型
６ ドレン回収部
１１，６５，６７，６８ 配管
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ 圧力計
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ 減圧弁
７１ 流量計
７２ 流量調節弁

Claims (5)

1. 加熱媒体として蒸気を使用する分割金型を使用し、加圧加熱して熱硬化性材料を成形する方法であって、
   少なくとも一方の金型に２以上の媒体通路を設け、冷却を必要とする部分の媒体経路に冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給することを特徴とする熱硬化性材料の成形方法。
2. 分割金型が高温側加熱型と低温側加熱型からなり、冷却を必要とする部分が低温側加熱型の凸部である請求項１記載の成形方法。
3. 媒体通路の排出口に、排出蒸気とドレンを回収し、排出蒸気によって水を加熱する回収部を設け、回収部で加熱された水及びドレンを冷却媒体の水として再供給する請求項１又は２記載の成形方法。
4. 加熱媒体として蒸気を使用する分割金型を使用し、加圧加熱して熱硬化性材料を成形する装置であって、
   少なくとも一方の金型は２以上の媒体通路を有し、冷却を必要とする部分の媒体経路に、冷却媒体として蒸気と水の混合物を供給することを特徴とする熱硬化性材料の成形装置。
5. 媒体通路の排出口に、排出蒸気とドレンを回収し、排出蒸気によって水を加熱する回収部を設け、回収部で加熱した水及びドレンを冷却媒体の水として再供給する請求項４記載の成形装置。

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