JP7020988B2 - 成形品の製造方法 - Google Patents
成形品の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7020988B2 JP7020988B2 JP2018079364A JP2018079364A JP7020988B2 JP 7020988 B2 JP7020988 B2 JP 7020988B2 JP 2018079364 A JP2018079364 A JP 2018079364A JP 2018079364 A JP2018079364 A JP 2018079364A JP 7020988 B2 JP7020988 B2 JP 7020988B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mold
- resin
- thermoplastic resin
- composite material
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Description
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、金型を閉じた状態で熱可塑性樹脂を射出充填するため、圧力損失が大きく、射出圧力や射出速度を上げた場合射出充填時に複合材料がずれてしまうことがあった。さらに、接合時に金型全体を昇温し、その後冷却するため金型全体に加熱ヒーターと冷却機構を設置する必要があり、ホットランナー、エジェクトピン等を金型内に設置することが困難で金型の設計自由度が低く、生産効率をさらに向上させる工夫が求められていた。
[1]
連続強化繊維と熱可塑性樹脂Aとを含む樹脂複合材料の少なくとも一部の表面上に熱可塑性樹脂Bが積層された成形品の製造方法であって、
上記熱可塑性樹脂Aの融点以下の金型のキャビティ内に上記樹脂複合材料を配置する配置工程、
上記金型を寸開した状態で、上記樹脂複合材料の少なくとも一部の表面上に熱可塑性樹脂Bを射出充填する射出充填工程、
上記金型を閉じ、上記金型の一部を上記熱可塑性樹脂Aの融点以上まで加熱し、上記樹脂複合材料と上記熱可塑性樹脂Bとを圧縮成形して上記樹脂複合材料と上記熱可塑性樹脂Bとを接合する接合工程、
を含むこと特徴とする成形品の製造方法。
なお、本明細書において、熱可塑性樹脂Aの融点を「TmA」、熱可塑性樹脂Bの融点を「TmB」と称する場合がある。
上記配置工程では、上金型3及び下金型4の温度が熱可塑性樹脂Aの融点以下である、上金型3と下金型4とに挟まれた空洞であるキャビティ5内に、樹脂複合材料1を配置する(図1(a))。この例では、加熱機構とホットランナー41が設けられた下金型4と、加熱機構及び冷却機構を備えた上金型3とからなる金型を用いている。
上記射出充填工程では、金型を寸開した状態まで閉じて(図1(b))、樹脂複合材料1の表面上に熱可塑性樹脂B2を射出充填する(図1(c))。この例において、寸開した状態では、上金型3と下金型4とのパーティングラインに沿って連通する隙間6が存在している。また、熱可塑性樹脂B2は、ホットランナー41を介して、樹脂複合材料1の下金型側の表面上に射出充填される。
上記接合工程では、金型を閉じ(図1(d))、上金型3を熱可塑性樹脂Aの融点以上まで加熱し(図1(e))、樹脂複合材料1と熱可塑性樹脂B2とを圧縮成形して接合する。なお、図1(e)における上金型3は、加熱している様子を模式的に示している。
その後、加熱した上金型を冷却し(図1(f))、金型を開いて成形品を得ることができる。
以下詳細に説明する。
(樹脂複合材料)
上記樹脂複合材料は、連続強化繊維と熱可塑性樹脂Aとを少なくとも含む。
上記連続強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール系繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリケトン繊維、金属繊維、セラミックス繊維からなる群から選ばれる少なくとも1種の繊維が好ましい。中でも、機械的特性、熱的特性、汎用性の観点から、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維が好ましく、経済性の面からは、ガラス繊維が好ましい。上記連続強化繊維は、一種を単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。
上記シランカップリング剤は、通常、ガラス繊維の表面処理剤として用いられ、界面接着強度向上に寄与することが好ましい。
上記シランカップリング剤としては、例えば、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン等のアミノシラン類;γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のメルカプトシラン類;エポキシシラン類;ビニルシラン類;等が挙げられる。上記シランカップリング剤は、一種を単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。
上記潤滑剤は、ガラス繊維の開繊性向上に寄与することが好ましい。
上記潤滑剤としては、目的に応じて、通常の液体又は固体の任意の潤滑材料等が使用可能であり、例えば、カルナウバワックス、ラノリンワックス等の動植物系又は鉱物系のワックス;脂肪酸アミド、脂肪酸エステル、脂肪酸エーテル、芳香族系エステル、芳香族系エーテル等の界面活性剤;等が挙げられる。上記潤滑剤は、一種を単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。
上記結束剤は、ガラス繊維の集束性向上及び界面接着強度向上に寄与することが好ましい。
上記結束剤としては、目的に応じて、ポリマー、熱可塑性樹脂等が使用可能である。上記結束剤は、一種を単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。
上記結束剤の熱可塑性樹脂は、上記連続強化繊維の周囲を被覆する樹脂(例えば、熱可塑性樹脂A及び/又は熱可塑性樹脂B)と同種の熱可塑性樹脂及び/又は変性熱可塑性樹脂であると、成形品となった後、ガラス繊維等の連続強化繊維と熱可塑性樹脂の接着性が向上し、好ましい。
ここで、変性熱可塑性樹脂とは、熱可塑性樹脂の主鎖を形成し得るモノマー成分以外に、その熱可塑性樹脂の性状を変化させる目的で、異なるモノマー成分を共重合させ、親水性、結晶性、熱力学特性等を改質したものを意味する。
オレフィン系モノマーと共重合可能な上記モノマーとしては、例えば、アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、クロトン酸、イソクロトン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸等の不飽和カルボン酸等が挙げられ、これらは、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
オレフィン系モノマーが60質量%以上であれば、マトリックスとの親和性が良好であり、また、オレフィン系モノマーの質量%が95質量%以下であれば、変性ポリオレフィン系樹脂の水分散性が良好で、連続強化繊維への均一付与が行いやすい。
上記塩基性化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ類;アンモニア;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアミン類;等が挙げられる。
上記結束剤の上記変性ポリオレフィン系樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、5,000~200,000が好ましく、50,000~150,000がより好ましい。ガラス繊維の集束性向上の観点から5,000以上が好ましく、水分散性とする場合の乳化安定性の観点から200,000以下が好ましい。
分子鎖中にポリアルキレンオキサイド鎖を導入する方法としては、例えば、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の一部又は全部をジアミン又はジカルボン酸に変性したものを共重合する方法等が挙げられる。3級アミン成分を導入する方法としては、例えば、アミノエチルピペラジン、ビスアミノプロピルピペラジン、α-ジメチルアミノε-カプロラクタム等を共重合する方法等が挙げられる。
ポリカルボン酸又はその無水物としては、芳香族ジカルボン酸、スルホン酸塩含有芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、脂環式ジカルボン酸、3官能以上のポリカルボン酸等が挙げられる。
スルホン酸塩含有芳香族ジカルボン酸としては、例えば、スルホテレフタル酸塩、5-スルホイソフタル酸塩、5-スルホオルトフタル酸塩等が挙げられる。
脂肪族ジカルボン酸又は脂環式ジカルボン酸としては、例えば、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ダイマー酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、無水コハク酸、無水マレイン酸等が挙げられる。
3官能以上のポリカルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等が挙げられる。
これらの中で、変性ポリエステル系樹脂の耐熱性を向上させる観点から、全ポリカルボン酸成分の40~99モル%が芳香族ジカルボン酸であることが好ましい。また、変性ポリエステル系樹脂を水分散液とする場合の乳化安定性の観点から、全ポリカルボン酸成分の1~10モル%がスルホン酸塩含有芳香族ジカルボン酸であることが好ましい。
上記ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリテトラメチレングリコール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールA又はそのアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。3官能以上のポリオールとしては、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
変性ポリエステル系樹脂の重量平均分子量としては、3,000~100,000であることが好ましく、10,000~30,000がより好ましい。ガラス繊維の集束性向上の観点から3,000以上が好ましく、水分散性とする場合の乳化安定性の観点から100,000以下が好ましい。
結束剤の全量を100質量%として、アクリル酸のホモポリマー、アクリル酸とその他共重合性モノマーとのコポリマー、並びにこれらの第1級、第2級及び/又は第3級アミンとの塩より選択された1種以上のポリマーを50質量%以上用いることが好ましく、60質量%以上用いることがより好ましい。
連続強化繊維にガラス繊維を用いる場合、当該ガラス繊維の集束剤は、シランカップリング剤を0.1~2質量%、潤滑剤を0.01~1質量%、結束剤を1~25質量%含有することが好ましく、これらの成分を水で希釈し、全質量を100質量%に調整することが好ましい。
ガラス繊維用の集束剤における上記シランカップリング剤の配合量は、ガラス繊維の集束性向上及び界面接着強度向上と成形品の機械的強度向上との観点から、0.1~2質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1~1質量%、さらに好ましくは0.2~0.5質量%である。
ガラス繊維用の集束剤における上記潤滑剤の配合量は、充分な潤滑性を与えるという観点、及びエアスプライサーによる繋ぎ糸の引張り破断強度向上と混繊工程における開繊性向上の観点から、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.02質量%以上であり、界面接着強度向上と成形品の機械的強度向上の観点から、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下である。
ガラス繊維用の集束剤における上記結束剤の配合量は、ガラス繊維の集束性制御及び界面接着強度向上と成形品の機械的強度向上との観点から、好ましくは1~25質量%、より好ましくは3~15質量%、更に好ましくは3~10質量%である。
ガラス繊維用の集束剤は、使用態様に応じて、水溶液、コロイダルディスパージョンの形態、乳化剤を用いたエマルジョンの形態等、いずれの形態に調整してもよいが、集束剤の分散安定性向上、耐熱性向上の観点から、水溶液の形態とすることが好ましい。
集束剤中のシランカップリング剤、潤滑剤及び結束剤の合計質量は、ガラス繊維100質量%に対して、好ましくは0.1~3質量%、より好ましくは0.2~2質量%、さらに好ましくは0.2~1質量%である。ガラス繊維の集束性制御と界面接着強度向上の観点から、上記合計質量が0.1質量%以上であることが好ましい。また、エアスプライサーによる繋ぎ糸の引張り破断強力向上と混繊工程における開繊性向上の観点から、3質量%以下であることが好ましい。
連続強化繊維の単糸数は、混繊時の開繊性、及び取扱い性の観点から、30~15,000本であることが好ましい。
上記樹脂複合材料に含まれる上記熱可塑性樹脂Aは、連続強化繊維を含む成形品に通常用いられるものを使用することができる。熱可塑性樹脂Aは、繊維状に加工できる観点から、結晶性樹脂であることが好ましい。
熱可塑性樹脂Aとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂;ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46等のポリアミド系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂;ポリオキシメチレン等のポリアセタール系樹脂;ポリカーボネート系樹脂;ポリエーテルケトン;ポリエーテルエーテルケトン;ポリエーテルスルホン;ポリフェニレンサルファイド;熱可塑性ポリエーテルイミド;テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体等の熱可塑性フッ素系樹脂;、及びこれらを変性させた変性熱可塑性樹脂;から選ばれる少なくとも1種の熱可塑性樹脂が好ましく、該熱可塑性樹脂を溶融紡糸して得られた連続繊維であることがより好ましい。
中でも、ポリオレフィン系樹脂、変性ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、熱可塑性ポリエーテルイミド、及び熱可塑性フッ素系樹脂が好ましく、機械的物性、汎用性の観点から、ポリオレフィン系樹脂、変性ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂及びポリエステル系樹脂がより好ましく、熱的物性の観点を加えると、ポリアミド系樹脂及びポリエステル系樹脂がさらに好ましい。また、繰り返し荷重負荷に対する耐久性の観点から、ポリアミド系樹脂がよりさらに好ましく、ポリアミド66を好適に用いることができる。
上記熱可塑性樹脂Aは、一種を単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。
ポリエステル系樹脂とは、主鎖に-CO-O-(エステル)結合を有する高分子化合物を意味する。
ポリエステル系樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリ-1,4-シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエチレン-2,6-ナフタレンジカルボキシレート等が挙げられる。ポリエステル系樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上の混合物として用いてもよい。
ポリアミド系樹脂とは、主鎖に-CO-NH-(アミド)結合を有する高分子化合物を意味する。
ポリアミド系樹脂としては、例えば、ラクタムの開環重合で得られるポリアミド、ω-アミノカルボン酸の自己縮合で得られるポリアミド、ジアミン及びジカルボン酸を縮合することで得られるポリアミド、並びにこれらの共重合物が挙げられる。ポリアミド系樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上の混合物として用いてもよい。
ω-アミノカルボン酸としては、例えば、ラクタムの水による開環化合物であるω-アミノ脂肪酸が挙げられる。
ラクタム又はω-アミノカルボン酸は、それぞれ2種以上の単量体を併用して縮合させてもよい。
単量体としてのジアミン及びジカルボン酸はそれぞれ1種単独又は2種以上の併用により縮合させてもよい。
上記樹脂複合材料の素材の形態は、特に限定されず、連続強化繊維と熱可塑性樹脂Aの繊維の混繊糸、複合糸等を含む布帛状、熱可塑性樹脂Aが連続強化繊維に含浸したプリプレグ状、シート状、フィルム状、紛体状、粒状、ペレット状等が挙げられ、金型内での形状追従性、操作性、形状柔軟性の観点から、布帛状であることが好ましい。
例えば、織物は、シャトル織機、レピア織機、エアジェット織機、ウォータージェット織機等の製織機を用い、少なくとも一部に複合糸条を含んでいればよい。中でも、複合糸条を含む繊維を配列させた経糸に、緯糸を打ち込むことによって得ることが好ましい。
編物は、丸編み機、横編み機、トリコット編み機、ラッシェル編み機等の編み機を用い、少なくとも一部に複合糸条を含む繊維を編成することによって得られる。
不織布は、少なくとも一部に複合糸条を含む繊維をウェブと呼ばれるシート状の繊維集合体とした後、ニードルパンチ機、ステッチボンド機、柱状流機等の物理作用やエンボスロール等による熱作用や接着剤によって繊維同士を結合させることによって得られる。
その他の布帛の形態等については、適宜特開2015-101794に記載の方法を用いることができる。
上記樹脂複合材料の素材として布帛状の形態のものを用いると、板状のものに対して布帛状のものは、表面に凹凸を有しているため、射出充填された熱可塑性樹脂Bとの接合面に凹凸が生じ、樹脂複合材料と熱可塑性樹脂Bとの接合面積が大きくなり、かつ樹脂複合材料と熱可塑性樹脂Bとのアンカー効果が発現することによって、より高い接合強度が得られる傾向にある。
その他、混繊法の詳細については、適宜特開2015-101794号公報に記載された方法を用いることができる。
上記熱可塑性樹脂Bとしては、一般に射出成形で用いる樹脂を使用できる。
熱可塑性樹脂Bとしては、例えば、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、ミデイアムインパクトポリスチレンのようなゴム補強スチレン系樹脂、スチレン-アクリロニトリル共重合体(SAN樹脂)、アクリロニトリル-ブチルアクリレートゴム-スチレン共重合体(AAS樹脂)、アクリロニトリル-エチレンプロピルゴム-スチレン共重合体(AES)、アクリロニトリル-塩化ポリエチレン-スチレン共重合体(ACS)、ABS樹脂(例えば、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン-アルファメチルスチレン共重合体、アクリロニトリル-メチルメタクリレート-ブタジエン-スチレン共重合体)等のスチレン系樹脂:ポリメチールメタクリレート(PMMA)等のアクリル系樹脂:低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)等のポリエチレン、ポリプロピレン(PP)等のオレフィン系樹脂:ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂:エチレン塩化ビニル酢酸ビニル共重合体、エチレン塩化ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂:ポリエチレンテレフタレート(PETP、PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBTP、PBT)、全芳香族ポリエステル等のポリエステル系樹脂:ポリカーボネート(PC)、変性ポリカーボネート等のポリカーボネート系樹脂:ポリアミド66、ポリアミド6、ポリアミド46等のポリアミド系樹脂:ポリオキシメチレンコポリマー、ポリオキシメチレンホモポリマー等のポリアセタール(POM)樹脂:その他のエンジニアリング樹脂、スーパーエンジニアリング樹脂(例えば、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、熱可塑性ポリイミド(TPI)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PSU)等);セルロースアセテート(CA)、セルロースアセテートブチレート(CAB)、エチルセルロース(EC)等のセルロース誘導体:液晶ポリマー、液晶アロマチックポリエステル等の液晶系ポリマー(LCP):熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)、熱可塑性スチレンブタジエンエラストマー(SBC)、熱可塑性ポリオレフィンエラストマー(TPO)、熱可塑性ポリエステルエラストマー(TPEE)、熱可塑性塩化ビニルエラストマー(TPVC)、熱可塑性ポリアミドエラストマー(TPAE)等の熱可塑性エラストマー:ポリアリレート;ポリフェニレンエーテル;変性ポリフェニレンエーテル;ポリルスホン;等が挙げられる。熱可塑性樹脂Bは、一種を単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。
また、上記樹脂複合材料との接合強度に一層優れる観点から、熱可塑性樹脂Aの融点(TmA)と熱可塑性樹脂Bの融点(TmB)とが近いことが好ましく、TmAとTmBとの差が100℃以内であることがより好ましく、45℃以内であることがさらに好ましい。
具体的には、上記熱可塑性樹脂Aがポリアミド66である場合、上記熱可塑性樹脂Bは、ポリアミド系樹脂であることが好ましく、ポリアミド66であることがより好ましい。
各種充填剤としては、連続強化繊維と同種の材料の不連続強化材料である短繊維、長繊維材料等が挙げられる。ガラス短繊維、長繊維を用いる場合には、上記集束剤を用いてもよく、集束剤としては上記シランカップリング剤、上記潤滑剤及び上記結束剤を含むことが好ましい。
上記金型としては、例えば、上金型と下金型との2つの型からなる金型、3つ以上型からなる金型等が挙げられる。中でも、金型間のパーティングラインの数が減り、金型キャビティ内の温度や圧力変化が少なくなる観点から、上金型と下金型との2つの型からなる金型が好ましい。
金型には、他の構成部品、温度調節機構、温度計、圧力計、ベント機能等が備えられていてもよい。
なお、本明細書において、熱伝導率とは、JIS H7801により測定される値をいう。
金型のキャビティ面は、平面、凹凸面、波形面、これらの組み合わせ、等の形状であってもよい。
金型キャビティ内には、樹脂複合材料のみを配置してもよいし、他の部材と共に配置してもよい。上記樹脂複合材料は、射出充填される熱可塑性樹脂Bと接合をさせる観点から、熱可塑性樹脂Bが金型キャビティ内に射出される位置に少なくとも接していることが好ましい。例えば、下金型から熱可塑性樹脂Bが射出される図1の例において、上記樹脂複合材料は、少なくとも下金型のキャビティ面に接するように配置されることが好ましい。
また、配置工程の金型の温度は、成形サイクルが早くなり、生産効率が一層向上する観点から、TmA-80℃以上であることが好ましい。
本実施形態の製造方法では、樹脂複合材料を配置した後、金型を寸開した状態とする。
寸開した状態としては、外部と金型キャビティ内とをつなぐわずかな隙間がある状態をいい、金型の外部とキャビティ内とを連通する隙間が存在する状態が好ましく、パーティングラインに沿って連通する隙間が存在することがより好ましい。外部と金型キャビティ内とをつなぐわずかな上記隙間としては、例えば、金型を構成する型間のパーティングラインの少なくとも一部が接着していない状態、外部とキャビティ内とを連通し、蒸気、二酸化炭素等をキャビティ内に供給する管がある状態等であってよい。なお、隙間を介してキャビティ内部から外部へ圧力が逃げない状態となっている場合は、金型が寸開した状態に含まれないものとする。
金型を閉じた状態で射出成形をすると、圧力損失が大きく、連続複合材料中の連続強化繊維の繊維方向がずれることがある。寸開した状態で射出成形をすることにより、圧力損失が小さく、連続強化繊維のずれが小さく、射出する熱可塑性樹脂Bの異方性が低い外観の優れた成形品を得ることができる。
隙間は1つであってもよいし、複数個であってもよい。
射出充填工程において、充填する熱可塑性樹脂Bの温度としては、樹脂複合材料と熱可塑性樹脂Bとの接合性の観点から、TmB+10~TmB+60℃であることが好ましく、より好ましくはTmB+25~TmB+50℃である。
また、樹脂複合材料の表面上の複数か所に射出充填をしてもよい。
本実施形態の成形品の製造方法において、熱可塑性樹脂Bの射出充填の終了後、金型を閉じる。
射出充填の終了と同時に金型を閉じてもよいし、間隔(例えば、5秒以内の間隔)をあけて金型を閉じてもよい。中でも、接着強度に一層優れた成形品が得られる観点から、射出充填の終了と同時に金型を閉じることが好ましく、金型を閉じ、金型の一部を加熱し、圧縮成形する工程を連続して行うことがより好ましい。
上記接合工程は、金型を閉じた状態で行われることが好ましい。
金型の一部としては、熱可塑性樹脂Bが射出充填される表面と反対の上記樹脂複合材料の表面側の型であることが好ましい。また、該型は加熱機構及び冷却機構が設けられていることが好ましい。
熱可塑性樹脂Bが射出充填される表面側の型は、冷却機構が設けられていないことが好ましく、ホットランナー、エジェクタピン等が設けられていることが好ましい。
通常、生産効率の観点から、射出成形の金型には、金型を加熱及び冷却するためのヒーターや冷却器が内蔵されている。特に、温度の上げ下げは生産効率に大きくかかわるため、型全体にヒーターや冷却器が内蔵されている。そのため、ホットランナーやエジェクトピン等を型に設けることができず、製品や金型の設計自由度に制限があった。本発明の成形品の製造方法では、金型の一部を加熱するため、加熱する部分以外に冷却器を設けなくてもよいため、製品や金型を自由に設計できる。
また。樹脂の劣化を抑える観点から、TmA+50℃以下であることが好ましい。
本発明の成形品の製造方法において、樹脂複合材料側の金型を加熱することにより(図1(e))、樹脂複合材料中の熱可塑性樹脂Aが溶融して、熱可塑性樹脂Bと接着することで、接合強度に優れる成形品を得ることができる。
ここで、プレス圧力の方が射出保圧力よりも大きい場合、樹脂複合材料中の熱可塑性樹脂Aが流出し、強化繊維が全く入っていない非強化樹脂部分が形成されてしまうため、その部分が脆弱となる傾向にある。一方、射出保圧力の方がプレス圧力よりも大きい場合、射出保圧力に負けて連続強化繊維の配向が崩れる、成形品の外観が乱れる等の傾向にある。
なお、圧力が同等とは、必ずしも同一である必要はなく、±10MPa、好ましくは±5MPaの圧力差がある場合も含まれる。なお、ここで射出保圧力とは射出成形時の保持圧力のことである。
「樹脂複合材料の作製方法」
繊度685dtexで単糸数400本のガラス繊維を連続強化繊維として用いた。
熱可塑性樹脂Aとして、交絡処理を施していない繊度144dtexで単糸数144本のポリアミド66繊維を用いた。熱可塑性樹脂Aの融点は、265℃であった。
上記のガラス繊維2束と、上記のPA66繊維2束を合糸・引き揃えた後、流体交絡ノズルに実質的に垂直に供給し、流体交絡させて、複合糸条を得た。
得られた複合糸条を経糸、緯糸として用い、織物(布帛:樹脂複合材の素材)を製織した。
成形機は、竪型射出圧縮成形機(東芝機械製S100V-8A)を用いた。また、金型は、加熱機構と冷却機構とを備えた上金型、及び加熱機構とホットランナーとエジェクタピンとを備えた下金型からなる金型を使用した。
「配置工程」:200℃に加熱した金型を開き、上記布帛を5枚、金型内の所定の位置にセットし(図1(a))、次いで布帛の天面から上金型の成形面まで5mm空いた状態(寸開状態)まで、上金型を下金型に近づけた(図1(b))。上金型と下金型とのPL面(パーティングライン面)が5mm離れた状態とし、外部とキャビティ内とを連通する隙間の断面積は、313cm2であった。
「接合工程」:上記寸開後、短繊維GF33%含有のポリアミド66樹脂[商品名:レオナ(登録商標)14G33]の樹脂組成物を、シリンダー設定温度290℃、射出圧力20MPa、射出速度50mm/secで、温度290℃に設定されたホットランナーを介して射出充填し(図1(c))、射出充填が終了する直前に型締め力65tで型締めし(図1(d))、ホットランナーを介して射出保圧力10MPaをかけた。次いで上金型の温度を熱可塑性樹脂(A)の融点以上である300℃まで昇温後(図1(e))、3分間保持することにより、圧縮成形を行った。
「冷却工程」:次いで、上金型を200℃に冷却し、冷却固化を行った(図1(f))。熱可塑性樹脂(A)の固化温度以下である200℃まで射出保圧力を10MPaに保持した。
「離型工程」:上記金型を開放し、エジェクタピンを用いて平板の成形品を取り出した。
実施例2では実施例1で使用した金型を使用したが、ホットランナーが無い金型と想定し、ホットランナーの温度を、ホットランナーが組み込まれている下金型と同じ200℃に設定した。
「布帛裁断工程」:上述のようにして作製した織物(布帛)を、幅250mm、長さ250mmに裁断した。
「配置工程」:上下の金型を200℃に加熱した状態で開き、上記布帛を5枚、金型内の所定の位置にセットし、次いで上金型と下金型とのPL面(パーティングライン面)から5mm離れた位置まで上金型を下金型に近づけた。外部とキャビティ内とを連通する隙間の断面積は、313cm2であった。
「接合工程」:上記寸開後、短繊維GF33%含有のポリアミド66樹脂[商品名:レオナ(登録商標)14G33]の樹脂組成物を、シリンダー設定温度290℃、射出圧力20MPa、射出速度50mm/secで射出充填し、温度200℃に設定されたホットランナーを介して射出充填し、射出充填が終了する直前に型締め力65tで型締めし、射出保圧力10MPaを10秒間かけた。
そのまま射出成形機のノズルを金型タッチしたまま、次いで金型の温度を熱可塑性樹脂Aの融点以上である300℃まで昇温後、3分間保持することにより、圧縮成形を行った。
「冷却工程」:次いで、金型を200℃に冷却し、冷却固化を行った。
「離型工程」:上記金型を開放し、エジェクタピンを用いて平板の成形品を取り出した。
比較例1では、織物(布帛)の配置工程において、上金型と下金型とのパーティング面を接着させて、離型工程まで型締め力65tで型締めを行った。また、金型が完全に閉じた状態で射出を行うと圧力損失が大きいため、樹脂組成物は、射出圧力50MPa、射出速度50mm/secで射出充填した。それ以外は実施例1と同様の条件で成形を行った。
比較例2では金型の両面が加熱可能ではあるが、金型全体に埋めたヒーターと冷却水管によってエジェクトピン・ホットランナーのレイアウトが出来なかった金型を使用した。
「布帛裁断工程」:上述のようにして作製した織物(布帛)を、幅250mm、高さ250mmに裁断した。
「配置工程」:上下の金型を200℃に加熱した状態で開き、上記布帛を5枚、金型内の所定の位置にセットし、型締め力100tで型締めした。
「接合工程」:型締め後、短繊維GF33%含有のポリアミド66樹脂[商品名:レオナ(登録商標)14G33]の樹脂組成物を、シリンダー設定温度290℃、射出圧力50MPa、射出速度100mm/secで樹脂複合材料の下側に射出充填し、射出保圧力10MPaを10秒間かけた。そのまま射出成形機のノズルを金型タッチしたまま、次いで上下両方の金型の温度を熱可塑性樹脂Aの融点以上である300℃まで昇温後、3分間保持することにより、圧縮成形を行った。
「冷却工程」:次いで、金型を200℃に冷却し、冷却固化を行った。
「離型工程」:上記金型を開放し、手動で平板の複合成形品を取り出した。
実施例及び比較例で得られた成形品について、下記の測定を行った。
(樹脂複合材料のずれ)
樹脂複合材料のずれは下記2点の有無を確認した。
1.連続強化繊維の蛇行
2.連続強化繊維の目開き
上記2点のいずれかが成形品に発生した場合「×」(不良)と評価し、いずれも発生していない場合「○」(良好)と評価した。
生産効率は、金型にエジェクタピンとホットランナーを組み込めるかで判断した。エジェクタピンが組み込めれば離型速度が向上し、生産効率の向上につながる。またホットランナーが組み込めればランナーレスとなり、成形品のランナーをカットする工程がなくなり、生産効率の向上につながる。
いずれか一方の金型でエジェクタピンとホットランナーの両方を使用した場合を「◎」(最良)、エジェクタピンもしくはホットランナーのいずれかを使用した場合を「○」(良好)、どちらも使用しなかった場合を「×」(不良)と評価した。
界面強度は、試験片の形状以外は、ISO178に準じ以下の条件にて評価した。
成形品からの長さ100mm、幅10mmで長方形状に切断し、下記条件にて曲げ試験を実施した。
・試験環境:23℃50RH%
・試験速度:1mm/min
・スパン間:32mm
・使用機器:インストロン50kN(インストロン社製)
図2に、この曲げ強度の試験の概略を示す。図2中、7で示すのが上述の試験片である。試験片7の熱可塑性樹脂材料B側から、曲げ圧子8を介して矢印方向に荷重を加え、曲げ試験を行った。
曲げ試験は与えている荷重が20%低下したところを試験終了とし、試験終了後の樹脂複合材料と熱可塑性樹脂Bとで形成されている界面をマイクロスコープ(商品名「VHX1000」)で観察することで評価した。
なお、表中の「◎」(優れる)は試験終了時に界面において全く破壊がなかったものを、「○」(良好)は一部界面での破壊があったものを、「×」(不良)は界面が完全に破壊しているものを示している。
2 熱可塑性樹脂B
3 上金型
4 下金型
41 ホットランナー
5 キャビティ
6 隙間
7 試験片
8 曲げ圧子
9 支持棒
Claims (1)
- 連続強化繊維と熱可塑性樹脂Aとを含む樹脂複合材料の少なくとも一部の表面上に熱可塑性樹脂Bが積層された成形品の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂Aの融点以下の金型のキャビティ内に前記樹脂複合材料を配置する配置工程、
前記金型を寸開した状態で、前記樹脂複合材料の少なくとも一部の表面上に熱可塑性樹脂Bを射出充填する射出充填工程、
前記金型を閉じ、前記金型の一部を前記熱可塑性樹脂Aの融点以上まで加熱し、前記樹脂複合材料と前記熱可塑性樹脂Bとを圧縮成形して前記樹脂複合材料と前記熱可塑性樹脂Bとを接合する接合工程、
を含むこと特徴とする成形品の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018079364A JP7020988B2 (ja) | 2018-04-17 | 2018-04-17 | 成形品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018079364A JP7020988B2 (ja) | 2018-04-17 | 2018-04-17 | 成形品の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019181901A JP2019181901A (ja) | 2019-10-24 |
JP7020988B2 true JP7020988B2 (ja) | 2022-02-16 |
Family
ID=68338922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018079364A Active JP7020988B2 (ja) | 2018-04-17 | 2018-04-17 | 成形品の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7020988B2 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009220554A (ja) | 2008-02-21 | 2009-10-01 | Teijin Chem Ltd | 多層成形品の製造方法および多層成形品 |
WO2016167349A1 (ja) | 2015-04-17 | 2016-10-20 | 三菱レイヨン株式会社 | 繊維強化複合材料成形品及びその製造方法 |
JP2016187875A (ja) | 2015-03-30 | 2016-11-04 | 三菱レイヨン株式会社 | 成形体の製造方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3019527B2 (ja) * | 1991-09-19 | 2000-03-13 | 住友化学工業株式会社 | 繊維強化熱可塑性樹脂成形品およびその成形方法 |
-
2018
- 2018-04-17 JP JP2018079364A patent/JP7020988B2/ja active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009220554A (ja) | 2008-02-21 | 2009-10-01 | Teijin Chem Ltd | 多層成形品の製造方法および多層成形品 |
JP2016187875A (ja) | 2015-03-30 | 2016-11-04 | 三菱レイヨン株式会社 | 成形体の製造方法 |
WO2016167349A1 (ja) | 2015-04-17 | 2016-10-20 | 三菱レイヨン株式会社 | 繊維強化複合材料成形品及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019181901A (ja) | 2019-10-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6483848B2 (ja) | 複合成形体及びその製造方法 | |
US11241809B2 (en) | Molding die and compression molding Method | |
JPWO2019172208A1 (ja) | 熱可塑性樹脂コーティング強化繊維複合糸、該複合糸の製造方法、連続繊維強化樹脂成形体、複合材料成形体の製造方法 | |
JP2017186723A (ja) | 複合糸及び布帛並びにそれらの製造方法 | |
JP6734643B2 (ja) | 複合糸、織物、及び連続強化繊維樹脂成形体 | |
JP7020988B2 (ja) | 成形品の製造方法 | |
JP7286264B2 (ja) | 布及びその製造方法並びに連続繊維強化樹脂複合材料 | |
JP6598532B2 (ja) | 布帛 | |
JP6991766B2 (ja) | 連続繊維不織布、複合材用強化繊維基材およびそれらの成形体ならびに製造方法 | |
JP2019104138A (ja) | 射出インサート成形方法 | |
JP7370200B2 (ja) | 繊維強化樹脂複合体及び繊維強化樹脂複合体の製造方法 | |
JP2024056588A (ja) | 成形体及びその製造方法 | |
JP2019130848A (ja) | シート、成形体、及び成形体の製造方法 | |
JP2017186696A (ja) | 複合糸、布帛及び成形体並びに複合糸及び成形体の製造方法 | |
JP2000212868A (ja) | 不織布及びその成形方法、並びに該不織布を用いたクッション体及び車両用シ―ト | |
JP2023095279A (ja) | 連続繊維強化樹脂複合材料及びその製造方法 | |
JP2022121230A (ja) | 連続繊維強化樹脂複合材料及びその製造方法 | |
US20230117001A1 (en) | Continuous fiber reinforced resin composite material and method of producing same, and continuous fiber reinforced resin molded article | |
JP2023000373A (ja) | 連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料及びその製造方法 | |
JP2023111522A (ja) | 繊維強化熱可塑性樹脂成形体及びその製造方法 | |
JP2023149049A (ja) | 連続繊維強化樹脂複合材料 | |
JP2023152719A (ja) | ペレット及びペレットの製造方法 | |
JP2022167478A (ja) | 連続繊維強化樹脂複合材料及びその製造方法 | |
JP2021084267A (ja) | 連続繊維強化樹脂複合材料及びその製造方法 | |
JP2021186992A (ja) | 成形体及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201222 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211216 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20211221 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220119 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220201 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220203 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7020988 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |