JP5442927B2 - 多層成形品を製造する成形法 - Google Patents
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Description
本発明は、多層成形品を製造する成形法に関する。
近年、樹脂製品の付加価値を高めるために、製品の高装飾性及び高意匠性が要求されている。この要求を満たすための手段として、フィルム、シート、成形品等を予め金型内に配置した後、樹脂を金型内に射出するインサート成形及び多色成形がある。しかし、該方法では、得られた製品にそり、ねじれ等の変形が生じていた。
金型温度が射出する熱可塑性樹脂の熱変形温度より0〜100℃高くなるように設定する成形方法において、5〜100℃/分の温度勾配で急加熱及び/又は急冷することにより成形サイクル時間を短縮する所定の射出成形品を得る方法が知られている(特許文献1)。該方法では、そり、ねじれ等の変形を十分に防止することができなかった。
本発明は、そり、ねじれ等の変形のない多層成形品を得ることができる成形法を提供するものである。
本発明者は、従来の多色成形又はインサート成形法が有する成形品のそり、ねじれ等の変形の問題を解決すべく種々検討した。その結果、射出された樹脂が、予め金型キャビティー内に存在する樹脂部材(以下、単に「樹脂部材」と言うことがある)に接触する部分と金型キャビティーに接触する部分とでは、該樹脂の線膨張に差が生じかつ冷却固化に時間差が生じて該樹脂の収縮に差が生じ、そり、ねじれ等の変形が生ずるのであろうとの知見を得た。この知見に基づいて、本発明者は、射出開始時に、樹脂部材の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度を所定値にして、即ち、樹脂部材の金型キャビティーに接触していない面とそれに対向する金型キャビティー面との温度差を所定値にして、樹脂を射出し、次いで、該金型キャビティー面の温度を所定の降温速度で低下すれば、得られる成形品のそり、ねじれ等の変形を防止することができることを見出した。加えて、上記の金型キャビティー面の温度を所定温度まで降温することにより、得られる成形品にそり、ねじれ等の変形を与えることなく、比較的短い成形サイクルを達成し得ることを見出した。
即ち、本発明は、
(1)予め成形された樹脂部材を金型キャビティー内に存在せしめ、次いで、該金型キャビティー内に樹脂を射出して多層成形品を製造する成形法において、射出開始時に、上記樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、300℃以下かつ射出される樹脂が非晶性樹脂の場合にはそのガラス転移点−30℃以上又は射出される樹脂が結晶性樹脂の場合にはその融点−50℃以上であり、但し樹脂がポリマーブレンドの場合にはマトリックッスを形成する樹脂が非晶性であるか結晶性であるかにに従う、かつ上記樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面の温度より10〜150℃高く、射出開始後に、該金型キャビティー面の温度を10〜100℃/分の降温速度で低下させることを特徴とする方法である。
(1)予め成形された樹脂部材を金型キャビティー内に存在せしめ、次いで、該金型キャビティー内に樹脂を射出して多層成形品を製造する成形法において、射出開始時に、上記樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、300℃以下かつ射出される樹脂が非晶性樹脂の場合にはそのガラス転移点−30℃以上又は射出される樹脂が結晶性樹脂の場合にはその融点−50℃以上であり、但し樹脂がポリマーブレンドの場合にはマトリックッスを形成する樹脂が非晶性であるか結晶性であるかにに従う、かつ上記樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面の温度より10〜150℃高く、射出開始後に、該金型キャビティー面の温度を10〜100℃/分の降温速度で低下させることを特徴とする方法である。
好ましい態様として、
(2)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、280℃以下であるところの上記(1)記載の方法、
(3)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、250℃以下であるところの上記(1)記載の方法、
(4)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、射出される樹脂のガラス転移点−20℃以上又は射出される樹脂の融点−40℃以上であるところの上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の方法、
(5)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、射出される樹脂のガラス転移点−10℃以上又は射出される樹脂の融点−30℃以上であるところの上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の方法、
(6)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面の温度より20〜130℃高いところの上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の方法、
(7)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面の温度より40〜100℃高いところの上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の方法、
(8)降温速度が20〜80℃/分であるところの上記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の方法、
(9)降温速度が30〜60℃/分であるところの上記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の方法、
(10)樹脂部材の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、射出される樹脂のガラス転移点−40℃以下又は射出される樹脂の融点−60℃以下に降温下されるところの上記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の方法、
(11)樹脂部材の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、射出される樹脂のガラス転移点−50℃以下又は射出される樹脂の融点−70℃以下に降温されるところの上記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の方法、
(12)降温が、射出開始から射出終了後5分の間に開始されるところの上記(1)〜(11)のいずれか一つに記載の方法、
(13)降温が、射出開始から射出終了後3分の間に開始されるところの上記(1)〜(11)のいずれか一つに記載の方法、
(14)降温が、射出開始後射出終了前に開始されるところの上記(1)〜(11)のいずれか一つに記載の方法
を挙げることができる。
(2)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、280℃以下であるところの上記(1)記載の方法、
(3)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、250℃以下であるところの上記(1)記載の方法、
(4)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、射出される樹脂のガラス転移点−20℃以上又は射出される樹脂の融点−40℃以上であるところの上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の方法、
(5)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、射出される樹脂のガラス転移点−10℃以上又は射出される樹脂の融点−30℃以上であるところの上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の方法、
(6)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面の温度より20〜130℃高いところの上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の方法、
(7)樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面の温度より40〜100℃高いところの上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の方法、
(8)降温速度が20〜80℃/分であるところの上記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の方法、
(9)降温速度が30〜60℃/分であるところの上記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の方法、
(10)樹脂部材の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、射出される樹脂のガラス転移点−40℃以下又は射出される樹脂の融点−60℃以下に降温下されるところの上記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の方法、
(11)樹脂部材の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、射出される樹脂のガラス転移点−50℃以下又は射出される樹脂の融点−70℃以下に降温されるところの上記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の方法、
(12)降温が、射出開始から射出終了後5分の間に開始されるところの上記(1)〜(11)のいずれか一つに記載の方法、
(13)降温が、射出開始から射出終了後3分の間に開始されるところの上記(1)〜(11)のいずれか一つに記載の方法、
(14)降温が、射出開始後射出終了前に開始されるところの上記(1)〜(11)のいずれか一つに記載の方法
を挙げることができる。
本発明の成形法によれば、そり、ねじれ等の変形のない多層成形品を短い成形サイクルで効率よく製造することができる。加えて、所定の金型表面の温度を所定値に制御すると言う簡便な方法である故に、複雑な金型設計及び複雑な温度制御の必要がなく、従って、簡便かつ安価に成形品を製造することができる。
本発明の方法において、射出開始時に、予め成形された樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、上記樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面の温度より10〜150℃、好ましくは20〜130℃、さらに好ましくは40〜100℃高い。上記上限を超えては、そり、ねじれ等の変形が生じ、上記下限未満では、反対側へのそり、ねじれ等の変形が生じる。ここで、予め成形された樹脂部材とは、インサート成形においては、別途、成形されて金型キャビティー内の所定の位置に配置された成形体(インサート)を言い、多色成形では、多色成形型中で予め成形され、多色成形型の金型機構により金型キャビティー内の所定の位置に配置された成形体を言う。予め成形された樹脂部材は、好ましくは射出成形により成形される。予め成形された樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面とは、予め成形された樹脂部材上に射出される樹脂が接触する金型キャビティー面を言う。
加えて、射出開始時に、樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度は、300℃以下かつ射出される樹脂のガラス転移点−30℃以上又は射出される樹脂の融点−50℃以上、好ましくは280℃以下かつ射出される樹脂のガラス転移点−20℃以上又は射出される樹脂の融点−40℃以上、より好ましくは250℃以下かつ射出される樹脂のガラス転移点−10℃以上又は射出される樹脂の融点−30℃以上である。上記上限を超えると、逆方向のそり、ねじれ等の変形が生じ、かつ成形サイクルが長くなる場合がある。上記下限未満では、従来の方向のそり、ねじれ等が生じやすくなる。ここで、二つの下限値に関し、射出される樹脂が非晶性樹脂の場合にはガラス転移点を基準とした下限をとり、一方、射出される樹脂が結晶性樹脂の場合には融点を基準とした下限をとる。射出される樹脂がポリマーブレンドの場合には、マトリックスを形成する樹脂が非晶性樹脂の場合にはガラス転移点を基準とした下限をとり、結晶性樹脂の場合には融点を基準とした下限をとる。ガラス転移点及び融点はDSCで20℃/minの昇温速度で測定した値を意味する。
射出開始後に、樹脂部材の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度を0.1〜200℃/分、好ましくは10〜100℃/分、より好ましくは20〜80℃/分、特に好ましくは30〜60℃/分の降温速度で低下させる。上記上限を超えては、そり、ねじれ等の変形が生じ、かつ設備コストが大きくなりすぎる。上記下限未満では、成形サイクルが長くなる。降温する温度は、好ましくは射出される樹脂のガラス転移点−40℃以下又は射出される樹脂の融点−60℃以下、より好ましくは射出される樹脂のガラス転移点−50℃以下又は射出される樹脂の融点−70℃以下である。下限に特に制限はないが、好ましくは10℃以上、より好ましくは常温以上である。上記上限を超えては、突き出し時の変形が生じやすくなり、成形サイクルが長くなる場合がある。上記下限未満では、更に温度を低くしても特に効果は得られず成形サイクルが長くなるばかりである。射出される樹脂のガラス転移点及び融点は上記と同じである。
本発明において、降温は射出開始後、好ましくは射出開始から射出終了後5分の間に開始される。より好ましくは、射出開始後射出終了前又は射出終了後3分の間に開始される。降温を、射出終了後5分より後に開始したのでは、成形サイクルが長くなるために好ましくない。
本発明の成形法としては、例えば、多色成形法及びインサート成形法を挙げることができる。本発明の方法を、図1を参照にしてインサート成形法により説明する。まず、予め所定の樹脂を使用して樹脂部材aを成形し、これを第一金型1及び第二金型2から成る金型キャビティー内に第一金型面に接するように設置する。ここで、樹脂部材aとしては、例えば、平板、フィルム、シート、その他各種形状の成形体が挙げられる。次いで、第二金型2の金型面3の温度を、加熱媒体、例えば、水蒸気、熱水、熱油、電気ヒーター、赤外線照射等により、300℃以下かつ射出される樹脂のガラス転移点−30℃以上又は射出される樹脂の融点−50℃以上であり、かつ樹脂部材aの表面4の温度より10〜150℃高い温度に加熱する。次いで、成形機5から所定の樹脂bを金型キャビティー内に射出する。射出される樹脂の金型内での厚さは、通常15mm以下、好ましくは10mm以下である。射出開始後に、第二金型2の金型面3の温度を、冷媒、例えば、冷却水、冷却油等により、0.1〜200℃/分の降温速度で低下させ、好ましくは射出される樹脂のガラス転移点−40℃以下又は射出される樹脂の融点−60℃以下に降温する。次いで、金型を開放して2層成形品が得られる。3層以上の成形品は、該操作を繰返すことにより製造される。第１金型の金型温度に特に制限はなく、射出される樹脂に好ましい一般的な一定の金型温度に維持することが好ましい。第１金型の金型温度は、射出される樹脂のガラス転移点−40℃以下又は融点−60℃以下に設定することが好ましく、射出される樹脂のガラス転移点−50℃以下又は融点−70℃以下に設定することがより好ましい。ここで、金型キャビティー面の温度は下記のようにして設定及び降温した。樹脂を射出せずして金型温度を昇温しながら金型キャビティー面の温度を測定した。次いで、このようにして昇温した金型温度を降温しながら金型キャビティー面の温度を測定した。降温に関しては、降温時間と温度との関係を、いくつか降温速度を変えることにより測定した。測定結果から、昇温及び降温に要した時間とその時間における金型キャビティー面の温度との関係をグラフにプロットした。これに基づいて、所望の温度及び降温速度となるように、金型温度を設定及び降温した。金型キャビティー内に設置された予め成形された樹脂部材の表面温度は下記のようにして測定することができる。インサート成形の場合には、例えば、金型が開いた状態で該樹脂部材を金型内に設置し、金型を閉める直前に該樹脂部材の表面の温度を表面温度計により測定することができる。また、多色成形の場合には、例えば、樹脂を射出して樹脂部材を予め成形した後、一旦金型を開き、その際に該樹脂部材の表面温度を測定することができる。
本発明の方法において、予め成形された樹脂部材を形成する樹脂と射出される樹脂との組み合わせに制限はない。熱可塑性樹脂であればいずれの組み合わせであってもよく、透明、不透明、有色、無色を問わず使用され得る。例えば、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリカーボネート(PC)、ポリエステル、ポリエーテルイミド、スチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)及びこれらの樹脂から成るアロイから選ばれる組み合わせを挙げることができる。該組み合わせは、同一の樹脂同士及び同一のアロイ同士の組み合わせであってもよい。上記ポリエステルとしては、テレフタル酸、イソフタル酸及びシクロヘキサンジカルボン酸から選ばれる少なくとも一種と、エチレングリコール、ブタンジオール及びシクロヘキサンジメタノールから選ばれる少なくとも一種とから得られるポリエステルが使用される。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリシクロヘキサンジメチルテレフタレート(PCT) 、ポリシクロヘキサンジメチルシクロヘキサンジカルボキシレート(PCCD) 及びこれらのコポリマー等が挙げられる。スチレン系樹脂としては、例えば、ポリスチレン(PS)、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)、スチレン-アクリロニトリルコポリマー(SAN)、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)、アクリロニトリル-エチレン・プロピレン・ジエンゴム‐スチレン共重合体(AES)、アクリロニトリル・スチレン・アクリルゴム共重合体(ASA) 等が挙げられる。ポリカーボネート(PC)としては、ビスフェノールAのホモポリカーボネート、ジメチルビスフェノールC、フェノールフタレインフェニルフタルイミドビスフェノール、イソフタル酸、テレフタル酸、レゾルシノール及びポリシロキサンから選ばれる少なくとも一種とビスフェノールAとのコポリマーが挙げられる。
以下の実施例において、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
実施例１
ポリカーボネート(PC)/ポリブチレンテレフタレート(PBT)アロイ樹脂(Xenoy 1102、商標、GE Plastics社製)から、縦150mm×横150mm×厚さ2mmの平板を予め射出成形により製造した。金型として、縦150mm×横150mm×厚さ6mmの平板形状の金型を使用した。上記の平板を該金型キャビティー内に、平板の一面のみが金型キャビティーに接触するようにして設置した。該平板の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度を、水蒸気を使用して140℃に昇温した。このときの平板表面の温度は40℃であった。次いで、該金型キャビティー面のほぼ中央から、ポリカーボネート(PC)樹脂(Lexan 141、商標、GE Plastics社製、ガラス転移点：151℃)をキャビティー内に射出した。射出終了後直ちに、上記の金型キャビティー面の温度を冷却水により、降温速度50℃/分で80℃まで降温した。また、該平板が接触している側の金型温度は80℃一定に保持した。得られた成形品の平面度は0.2mmであった。得られた成形品を定盤上に置き、成形品の一辺の中央から対向する辺の中央に向かって、10mm間隔でミツトヨ製三次元測定器を用いて位置を測定し（測定点16）、最も低い高さと最も高い高さの差を平面度とした。
ポリカーボネート(PC)/ポリブチレンテレフタレート(PBT)アロイ樹脂(Xenoy 1102、商標、GE Plastics社製)から、縦150mm×横150mm×厚さ2mmの平板を予め射出成形により製造した。金型として、縦150mm×横150mm×厚さ6mmの平板形状の金型を使用した。上記の平板を該金型キャビティー内に、平板の一面のみが金型キャビティーに接触するようにして設置した。該平板の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度を、水蒸気を使用して140℃に昇温した。このときの平板表面の温度は40℃であった。次いで、該金型キャビティー面のほぼ中央から、ポリカーボネート(PC)樹脂(Lexan 141、商標、GE Plastics社製、ガラス転移点：151℃)をキャビティー内に射出した。射出終了後直ちに、上記の金型キャビティー面の温度を冷却水により、降温速度50℃/分で80℃まで降温した。また、該平板が接触している側の金型温度は80℃一定に保持した。得られた成形品の平面度は0.2mmであった。得られた成形品を定盤上に置き、成形品の一辺の中央から対向する辺の中央に向かって、10mm間隔でミツトヨ製三次元測定器を用いて位置を測定し（測定点16）、最も低い高さと最も高い高さの差を平面度とした。
実施例２
予め製造した平板を金型キャビティー内に設置するに際して120℃のオーブンで加熱した。金型内に樹脂を射出する際の平板表面の温度は100℃であった。該平板表面の温度は、金型が開いた状態で該平板を金型内に設置し、金型を閉める直前に表面温度計により測定したものである。上記以外は実施例1と同一に実施した。得られた成形品の平面度は0.4mmであった。
予め製造した平板を金型キャビティー内に設置するに際して120℃のオーブンで加熱した。金型内に樹脂を射出する際の平板表面の温度は100℃であった。該平板表面の温度は、金型が開いた状態で該平板を金型内に設置し、金型を閉める直前に表面温度計により測定したものである。上記以外は実施例1と同一に実施した。得られた成形品の平面度は0.4mmであった。
実施例３
ポリカーボネート(PC)/アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)アロイ樹脂(サイコロイC6600、商標、GE Plastics社製)を使用して平板を予め成形した以外は、実施例１と同一にして実施した。得られた成形品の平面度は0.15mmであった。
ポリカーボネート(PC)/アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)アロイ樹脂(サイコロイC6600、商標、GE Plastics社製)を使用して平板を予め成形した以外は、実施例１と同一にして実施した。得られた成形品の平面度は0.15mmであった。
比較例１
平板の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度を、温水温調機を使用して80℃に設定し昇降温しなかったこと以外は、実施例1と同一に実施した。得られた成形品の平面度は5mmであった。
平板の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度を、温水温調機を使用して80℃に設定し昇降温しなかったこと以外は、実施例1と同一に実施した。得られた成形品の平面度は5mmであった。
比較例２
平板の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度を、温水温調機を使用して80℃に設定し昇降温しなかったこと以外は、実施例2と同一に実施した。得られた成形品の表面度は7mmであった。
平板の金型キャビティーに接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度を、温水温調機を使用して80℃に設定し昇降温しなかったこと以外は、実施例2と同一に実施した。得られた成形品の表面度は7mmであった。
本発明の成形法によれば、そり、ねじれ等の変形のない多層成形品を短い成形サイクルで効率よく製造することができる。従って、携帯電話のハウジング、ゲーム機器部品、パソコン部品、家庭用電気機器のボディー、自動車のインスツルメントパネル、自動車のグレージング等の多層構造製品の製造に有効に使用し得る。
a：樹脂部材
b：樹脂
1：第一金型
2：第二金型
3：金型面
4：樹脂部材aの表面
5：成形機
b：樹脂
1：第一金型
2：第二金型
3：金型面
4：樹脂部材aの表面
5：成形機
Claims (6)
- 予め成形された樹脂部材を金型キャビティー内に存在せしめ、次いで、該金型キャビティー内に樹脂を射出して多層成形品を製造する成形法において、射出開始時に、上記樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、300℃以下かつ射出される樹脂が非晶性樹脂の場合にはそのガラス転移点−30℃以上又は射出される樹脂が結晶性樹脂の場合にはその融点−50℃以上であり、但し樹脂がポリマーブレンドの場合にはマトリックッスを形成する樹脂が非晶性であるか結晶性であるかに従う、かつ上記樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面の温度より10〜150℃高く、射出開始後に、該金型キャビティー面の温度を10〜100℃/分の降温速度で低下させることを特徴とする方法。
- 樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、280℃以下かつ射出される樹脂のガラス転移点−20℃以上又は射出される樹脂の融点−40℃以上であり、かつ上記樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面の温度より20〜130℃高いところの請求項1記載の方法。
- 降温速度が20〜80℃/分であるところの請求項1又は2記載の方法。
- 樹脂部材の金型キャビティー面に接触していない面に対向する金型キャビティー面の温度が、射出される樹脂のガラス転移点−40℃以下又は射出される樹脂の融点−60℃以下に降温されるところの請求項1〜3のいずれか一つに記載の方法。
- 降温が、射出開始から射出終了後５分の間に開始されるところの請求項1〜4のいずれか一つに記載の方法。
- 射出開始から降温終了までの間、上記樹脂部材が接触している側の金型温度が一定に保持されるところの請求項1〜５のいずれか一つに記載の方法。
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