JP6830596B2 - メッキ成形体の製造方法及びメッキ成形体 - Google Patents
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Description
まず、セルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂を成形して、成形体を得る(図1のステップS1)。熱可塑性樹脂としては、例えば、ナイロン等のポリアミド、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ABS樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等を用いることできる。中でも、ポリアミド、ポリプロピレン、ABS樹脂は、本実施形態で用いる熱可塑性樹脂として好ましい。ポリアミドは、親水性が比較的高いため、無電解メッキ膜の形成に適している。ポリプロピレンは安価な上、軽量で耐薬品に優れており、自動車等のメッキ部品として好ましい。一方で、ポリプロピレンは、メッキ液が浸透し難いが、抽出剤を混合すること等によりメッキ可能である。ABS樹脂は、従来からメッキ部品として最も多く使われており、応用範囲が広い。従来のABS樹脂へのメッキは、メッキ前処理として、クロム酸等を用いたエッチングが必要であったが、後述するように、クロム酸に代えて有機溶媒を用いたエッチングも可能である。これらの熱可塑性樹脂は、1種類の樹脂を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
成形体の成形方法は、特に限定されず、汎用の方法を用いることができる。例えば、まず、熱可塑性樹脂及びCNFを含む樹脂ペレットを用意し、その樹脂ペレットを汎用の方法により成形して成形体を得てもよい。熱可塑性樹脂中に均一にCNFが分散している樹脂ペレットを用いて成形体を製造することで、成形体中においてもCNFの良好な分散状態を維持することができる。樹脂ペレットの組成は、製造する成形体の組成に基づいて適宜決定できる。
成形体の成形方法は、特に限定されない。射出成形、押出成形等の汎用の成形により、製造した樹脂ペレットを成形して所望の形状の成形体を得てもよい。また、製造した樹脂ペレットを発泡成形して、内部に発泡セルを有する発泡成形体を得てもよい。発泡成形体は、一般に、機械的強度が低下する傾向にあるが、発泡成形体がCNFを含有することで、CNFの補強効果により、発泡による機械的強度の低下を一部相殺できる。発泡成形は、化学発泡剤を用いる化学発泡法と、物理発泡剤を用いる物理発泡法とに大別されるが、発泡剤が安価で、且つ発泡剤の残渣の悪影響が無い物理発泡法が好ましい。特に、物理発泡剤として、二酸化炭素や窒素を用いた発泡成形は、CNFの発泡核剤効果や増粘効果により、発泡セルが微細化するため好ましい。また、二酸化炭素や窒素の物理発泡剤の圧力は、超臨界圧力以下であることが好ましい。超臨界圧力以下とすることで、成形体を射出成形する場合に発生するスワールマークと呼ばれる成形体の外観不良の発生を抑制できる。
本実施形態では、メッキ前処理として、まず、成形体をエッチング処理又は、膨潤処理することが好ましい。そして、その後、成形体に金属塩を含む無電解メッキ触媒液を接触させる(図1のステップS2)。これにより、無電解メッキ触媒として機能する金属塩由来の金属イオンを成形体表面に付与できる。
成形体に触媒液を接触させる前に、成形体をエッチング処理又は膨潤処理することが好ましい。成形体をエッチング処理すると、成形体の最表面に露出するCNFの量が増加し、無電解メッキ触媒として機能する金属イオンが成形体表面により吸着し易くなる。また、成形体を膨潤処理すると、成形体内に触媒液と共に金属イオンが浸透し易くなり、成形体内部(表面近傍)のCNFによって吸着される。このように、成形体をエッチング処理又は膨潤処理すると、成形体に吸着する金属イオンが増加し、成形体の無電解メッキ反応性がより向上する。
成形体をエッチング処理又は膨潤処理した後、成形体に金属塩を含む無電解メッキ触媒液を接触させる(図1のステップS2)。これにより、無電解メッキ触媒として機能する金属塩由来の金属イオンを成形体表面に付与できる。
次に、メッキ前処理を行った成形体に無電解メッキ液を接触させて、メッキ膜を形成し(図1のステップS3)、本実施形態のメッキ成形体(メッキ膜を有する成形体)を得る。無電解メッキ液としては、目的に応じて任意の汎用の無電解メッキ液を使用しでき、例えば、無電解ニッケルリンメッキ液、無電解銅メッキ液、無電解錫メッキ液を用いることができ、中でも、触媒活性が高く液が安定であるという点から、無電解ニッケルリンメッキ液が好ましい。
本実施例では、まず、熱可塑性樹脂と、CNFと、更にブロック共重合体を含有する樹脂ペレットを製造し、製造した樹脂ペレットを成形して成形体を得た。そして、得られた成形体に、エッチング、無電解メッキ触媒の付与、及び無電解メッキをこの順を行い、本実施例のメッキ部品を得た。
まず、本実施例で樹脂ペレットの製造に用いた製造装置1000について説明する。図2に示すように、製造装置1000は、可塑化シリンダ210を有する押出成形機200と、水(液体A)を可塑化シリンダ210に供給する供給機構100と、制御装置(不図示)を備える。制御装置は、押出成形機200と、供給機構100の動作を制御する。
本実施例では、熱可塑性樹脂が可塑化溶融する高温下においても、CNFの分散した高粘度スラリー及び溶融樹脂に添加した水を液体の状態で溶融樹脂に混練可能な押出成形機200を用いる。図2に示す押出成形機200は、可塑化シリンダ210と、可塑化シリンダ210の先端に設けられるダイ29と、可塑化シリンダ210内に回転自在に配設されたスクリュ20と、スクリュ20を駆動させるスクリュ駆動機構(不図示)と、可塑化シリンダ210内に配置される上流側シール機構S1及び下流側シール機構S2と、可塑化シリンダ210に接続する真空ポンプPを備える。本実施例では、可塑化シリンダ210内において、可塑化溶融された溶融樹脂は、図2における右手から左手に向かって流動する。したがって、本実施例の可塑化シリンダ210の内部においては、図2における右手を「上流」又は「後方」、左手を「下流」又は「前方」と定義する。尚、本実施例の押出成形機200は、従来公知の押出成形機の構成と同様に、可塑化シリンダ210の後方側から見た場合に、スクリュ20を反時計回りに回転させると溶融樹脂を前方(ノズル部側)に送る正回転をし、時計回りに回転させると逆回転するように構成されている。
次に、図2に示す液体Aの供給機構100について説明する。供給機構100は、押出成形機200の導入バルブ212に接続しており、液体Aを成形機200に供給する。供給機構100は、液体Aの収容容器(液相タンク)10と、収容容器10から液体Aを吸引後、所定の圧力に昇圧し、更に流量一定で液送可能なダブルプランジャーポンプ11と、ダブルプランジャーポンプ11から送られる液体Aを成形機200に供給する前に圧力調整する背圧弁12とから構成される。更に、背圧弁12の上流側(ダブルプランジャーポンプ11側)と下流側(押出成形機200側)には、それぞれ、圧力計13及び14が設けられている。圧力計13は、背圧弁12によって調整される、背圧弁12より上流側の溶液Aの圧力(ダブルプランジャーポンプ11側の圧力、1次圧力)を示し、圧力計14は、背圧弁12により下流側の溶液Aの圧力(成形機200側の圧力、2次圧力)を示す。
押出成形機200に備えられる下流側シール機構S2について説明する。下流側シール機構S2は、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23(徐減圧部23A)との境界領域に設けられる。下流側シール機構S2は、高圧混練ゾーン22の溶融樹脂の圧力をほぼ一定に調整した状態で、高圧混練ゾーン22から減圧ゾーン23へ溶融樹脂を流動させることができる圧力保持機構である。本実施例では、溶融樹脂に液体(CNFスラリーの溶媒及び液体A)が混合されるため、溶融樹脂の粘度が低下する。このように低粘度化した溶融樹脂の圧力を高めるためには、以下に説明するような機械的なシール機構が有効である。一方で、例えば、スクリュフライトの形状設計によって溶融樹脂の圧力を制御する等の手法では、低粘度化した溶融樹脂の圧力制御は難しいと考える。
以上説明した図2に示す製造装置1000を用いて、熱可塑性樹脂と、CNFと、ブロック共重合体とを含む樹脂ペレットを製造した。
次に、得られた樹脂ペレットを汎用の射出成形機を用いて射出成形し、60mm×80mm×2mmの平板状の成形体を得た。樹脂温度は230℃、金型温度は70℃とした。得られた成形体の表面には黒点が観察された。この観察結果から、成形体中のCNFの少なくとも一部は凝集したと推測される。
次に、得られた成形体を40℃のジプロピレングリコールモノメチルエーテル(DPGM)に、10分間浸漬し、その後、水洗した。成形体表面には、微細孔が形成された。これは、成形体に含まれるABS樹脂のブタンジエン成分が溶出したためと推測される。
まず、無電解メッキ触媒液として、50mg/Lの塩化パラジウムを含む、2.0Nの塩酸(塩酸水溶液)を調製した。無電解メッキ触媒液を30℃に調整し、成形体を5分間浸漬した。その後、無電解メッキ触媒液から、成形体を取り出して水洗した。
界面活性剤(ラウリル硫酸ナトリウム)を0.2重量%溶解した無電解ニッケルリンメッキ液(奥野製薬工業製、トップニコロンHMB)を70℃に調整し、成形体を10分間浸漬し(無電解メッキ時間10分)、膜厚1μmの無電解ニッケルリンメッキ膜を形成した。無電解メッキ膜は、成形体表面の全面に形成された。次に、無電解ニッケルリン膜を形成した成形体を置換銅メッキ液(奥野製薬液工業製、ANCアクチ)に常温で1分間浸漬し、更に、汎用の電解銅メッキ法により、40μmの銅メッキ膜を形成し、本実施例のメッキ成形体を得た。
本比較例では、ABS樹脂とブロック共重合体をドライブレントしたものを射出成形し、得られた成形体に、実施例1と同様の方法により、エッチング、無電解メッキ触媒の付与、及び無電解メッキをこの順を行いメッキ部品を得た。ABS樹脂とブロック共重合体は、実施例1と同様のものを同様に比率で用いた。即ち、本比較例は、成形体中にCNFを含まない以外は実施例1と同様の組成の成形体を成形し、実施例1と同様の方法により、メッキ部品を製造した。
本実施例では、CNFを含有した樹脂ペレット(ユニチカ製)を成形し、得られた成形体に無電解メッキ触媒の付与、及び無電解メッキをこの順を行い、メッキ部品を得た。本実施例では、実施例1異なり、ブロック共重合体は用いず、また、成形体のエッチングは行なわなかった。
CNF含有樹脂ペレットを汎用の射出成形機を用いて射出成形し、60mm×80mm×2mmの平板状の成形体を得た。樹脂温度は270℃、金型温度は100℃とした。得られた成形体の表面は、平滑であり、CNFの浮きは殆ど目立たなかった。
本実施例では、無電解メッキ時間を実施例1よりも短い5分とした以外は、実施例1と同様の方法により、無電解メッキ触媒の付与、無電解メッキ、置換銅メッキ及び電解銅メッキを行い、メッキ成形体を得た。無電解メッキ膜は、成形体表面の全面に形成された。
本比較例では、CNFを分散しない汎用非強化PA6ペレット(ユニチカ製、ユニチカナイロンA1030BRF−BA)を成形し、得られた成形体に、実施例2と同様の方法により、無電解メッキ触媒の付与、及び無電解メッキをこの順を行い、メッキ部品を得た。即ち、本比較例は、成形体中にCNFを含まない以外は実施例2と同様の組成の成形体を用いて、実施例2と同様の方法により、メッキ部品を製造した。
本実施例では、物理発泡剤として加圧窒素を用いて、実施例2で用いた樹脂ペレット(ユニチカ製)を発泡成形した。得られた発泡成形体に無電解メッキ触媒の付与、及び無電解メッキをこの順を行い、本実施例のメッキ部品を得た。
まず、本実施例で用いる発泡成形体を製造する製造装置について説明する。本実施例では、図4に示す製造装置(射出成形装置)2000を用いて発泡成形体を製造する。製造装置2000は、主に、スクリュ(可塑化スクリュ)40が回転及び進退自在に内設された可塑化シリンダ410と、物理発泡剤を可塑化シリンダ410に供給する物理発泡剤供給機構であるボンベ400と、金型が設けられた型締めユニット(不図示)と、可塑化シリンダ410及び型締めユニットを動作制御するための制御装置(不図示)を備える。可塑化シリンダ410内において可塑化溶融された溶融樹脂は、図4における右手から左手に向かって流動する。したがって本実施例の可塑化シリンダ410内部においては図4における右手を「上流」または「後方」、左手を「下流」または「前方」と定義する。
本実施例では、ボンベ400として、窒素が15MPaで充填された窒素ボンベを用いた。まず、ボンベ400を開放し、圧力計452の示す圧力が2MPaとなるように減圧弁451により窒素の圧力を調整し、容器412を介して飢餓部44へ加圧窒素を供給した。図4において、成形装置2000中に供給した加圧窒素(物理発泡剤)をPFAとして示す(図4中、ドット模様の領域)。成形体の製造中、ボンベ400は常時、開放した状態とした。
本実施例では、無電解メッキ時間を実施例1よりも短い3分とした以外は、実施例1と同様の方法により、無電解メッキ触媒の付与、無電解メッキ、置換銅メッキ及び電解銅メッキを行い、メッキ成形体を得た。無電解メッキ膜は、成形体全面に形成された。
12 背圧弁
13,14 圧力計
20 スクリュ
20A 圧力保持部
21 可塑化ゾーン
21A フィード部
21B 圧縮部
22 高圧混練ゾーン
23 減圧ゾーン
23A 徐減圧部
23B 飢餓減圧部
24 再圧縮ゾーン
29 ダイ
31 半割シールリング
33 ポペット弁
34 皿バネ
100 供給機構
200 押出成形機
201 樹脂供給口、
202 導入口
203 ベント
210 可塑化シリンダ
211 樹脂供給用ホッパ
212 導入バルブ
213 ベント容器
1000 製造装置
A 液体
P 真空ポンプ
S1 上流側シール機構
S2 下流側シール機構
40 スクリュ(可塑化スクリュ)
41 フィード部
42 圧縮部
43 流動速度調整部
44 飢餓部
45 再圧縮部
48 シャットオフバルブ
49 ノズル先端
400 ボンベ
401 樹脂供給口
402 物理発泡剤導入口
410 可塑化シリンダ
411 樹脂供給用ホッパ
412 容器
451 減圧弁
452 圧力計
2000 製造装置(射出成形装置)
PFA 物理発泡剤
R 溶融樹脂
S3 シールリング
Claims (9)
- メッキ成形体の製造方法であって、
セルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂を成形して、成形体を得ることと、
前記成形体に膨潤処理、又はエッチング処理を施すことと、
前記膨潤処理、又はエッチング処理を施した前記成形体に金属塩を含む無電解メッキ触媒液を接触させ、前記金属塩由来の金属イオンを成形体内に浸透させて前記成形体の内部の前記セルロースナノファイバーに吸着させることと、
前記無電解メッキ触媒液を接触させた前記成形体に、無電解メッキ液を接触させて、前記成形体の表面に無電解メッキ膜を形成することとを含む製造方法。 - 前記無電解メッキ触媒液に含まれる金属塩が、塩化パラジウム、塩化銀、塩化銅、及び硝酸銀からなる群から選択される1つであることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリアミド、ポリプロピレン、又はABS樹脂を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記成形体を成形することが、
前記熱可塑性樹脂と、前記セルロースナノファイバーとを含む樹脂ペレットを用意することと、
前記樹脂ペレットを成形して、前記成形体を得ることとを含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。 - 前記樹脂ペレットを用意することが、
前記熱可塑性樹脂を可塑化溶融した溶融樹脂と、前記セルロースナノファイバーが溶媒に分散したスラリーとの混合物を得ることと、
前記混合物から、前記溶媒を除去することと、
前記溶媒を除去した前記混合物を押出成形して、押出成形体を得ることと、
前記押出成形体を粉砕して、前記樹脂ペレットを得ることとを含む請求項4に記載の製造方法。 - 前記樹脂ペレットを用意することが、
前記溶融樹脂と前記スラリーとの前記混合物に、水を加えることを更に含む請求項5に記載の製造方法。 - メッキ成形体であって、
熱可塑性樹脂と、セルロースナノファイバーと、無電解メッキ触媒とを含む成形体と、
前記成形体の表面に形成された無電解メッキ膜とを含み、
前記無電解メッキ触媒が前記成形体内に浸透して、前記成形体内部の前記セルロースナノファイバーに吸着しているメッキ成形体。 - 前記成形体が、内部に発泡セルを有する発泡成形体であることを特徴とする請求項7に記載のメッキ成形体。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリアミド、ポリプロピレン、又はABS樹脂を含むことを特徴とする請求項7又は8に記載のメッキ成形体。
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