JPH03184820A - 異方性を緩和した繊維強化樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を各種繊維
状強化材で強化した繊維強化樹脂成形材料を射出成形す
る方法に関する。詳しくは、繊維強化樹脂成形品の゛異
方性を緩和し、樹脂の種類に関係なく得られた繊維強化
樹脂成形品の常温および加温時の機械的強度を著しく改
良する方法に関する。

［従来の技術］ 熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を通常の方法で射出成
形する際、金型内の流動過程において、該樹脂は第１図
ａに示す様な厚さ方向の流速分布で流動し、さらに第１
図すに示す様なせん断速度分布を形成する。この際、せ
ん断速度の速い両表層部の樹脂は流れ方向に分子配向し
、その他の層の樹脂は流れ方向に直角に配向する。該樹
脂を強化するために繊維状強化材を配合した成形材料に
おいても、第１図すに示す様なせん断速度分布を形威し
、両表層部では繊維状強化材が流れ方向に配向し、その
他の層では流れ方向に直角に配向する。ここで、両表層
部の厚さの占める割合は非常に少ないため、流れ方向に
配向する繊維状強化材の割合が少ない。このため、例え
ば曲げ強度において、流れ方向の値が直角方向の値より
著しく低くなり、機械的性質に異方性が生じ、従来の方
法で得られた射出成形品は産業上好ましくないことが多
い、また、異方性の強い成形品を落球衝撃すると、繊維
または樹脂の配向方向に亀裂が生じ、破壊部の形状は一
般的に長円形となる。

一方、積極的に異方性を生じさせる方法を平井等がＦＲ
Ｐ　Ｃ０Ｎ−ＥＸ’８９の講演要旨集（８９ページ）に
発表している。この方法は、金型のキャビティーにスプ
リングで支持されたスライド・コアを設け、キャビティ
ーの断面形状を有すると共に、実質的に金型の内表面と
の間に空隙を有しないスライド・コアを射出された樹脂
圧とスライド・コアの支持圧との差圧で後退させ、樹脂
の流動先端をスライド・コアの先端で規制する方法であ
る（第２図〉。この方法によれば、全ての繊維状強化材
は流れ方向に直角に配向すると提案している。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明は、上記問題点を解決するものである。

即ち、本発明の目的は、繊維状強化材を配合した繊維強
化樹脂成形材料を射出成形する際、繊維状強化材を従来
技術より流れ方向に多く配向させ、得られた繊維強化樹
脂成形品の機械的性質の異方性を緩和させる方法を提供
することにある。

［問題点を解決するための手段および作用コ本発明は、
繊維強化樹脂成形材料を金型内に射出成形して繊維強化
樹脂成形品を成形するに際し、金型のキャビティー内に
該金型の内表面との間に空隙を介して位置するスライド
・コアを有し、かつ成形材料の流動方向に該スライド・
コアを移動可能とする機構を備えた金型を使用すること
を特徴とする、異方性を緩和した繊維強化樹脂成形品の
製造方法に間するものである。

本発明で用いられるスライド・コアは、繊維強化樹脂成
形材料の流動方向に移動する機構を備えたものである。

該スライド・コアの移動は、該コアの先端で受ける成形
材料の圧力がら独立してコアが移動する機構を備えてい
ても良いし、射出圧力と同等または以下の圧力で支持さ
れ、該コアの先端で受ける成形材料の圧力と支持圧力と
の差圧で移動する機構を備えても良い、差圧で移動する
機構の場合、該コアの移動速度は差圧を適宜に選択する
ことにより、任意に選べる。

５− 本発明で用いられるスライド・コアは、金型のキャビテ
ィー内で該金型の内表面との間に空隙を介して位置し、
要すれば部分的に該コアは金型の内表面と接触しても良
い。平板状製品を成形する場合、該コアの幅を金型の幅
方向と同一にすれば製品の全域で異方性が緩和され、該
コアの幅を金型の幅方向の一部分にすれば該当部分だけ
で異方性が緩和される。

本発明で用いられるスライド・コアの先端部近傍には、
該コアが射出された成形材料の圧力によって所定の位置
から移動しないように、スペーサーを設けても良い。ス
ペーサーの材質は、金型の内表面を傷つけない物であれ
ば、特に限定されない。

本発明における金型内の繊維強化樹脂成形材料の流動状
態を第３図の概念図で説明する。第３図ａは射出成形の
初期状態を、第３図すは完了直前の状態を示したもので
ある。初期状態において、金型のゲートから射出された
繊維強化樹脂成形材料は、ゲート近傍に配置されたスラ
イド・コアにより二つの流路に分けられる。一方、該コ
アは、射出された繊維強化樹脂成形材料の圧力と該コア
の支持圧力との差圧で繊維強化樹脂成形材料の流動方向
に移動する。該コアの先端と分流した繊維強化樹脂成形
材料の流動先端との相対位置は、第３図ａに示したよう
に、射出成形の初期状態では該コアの先端より繊維強化
樹脂成形材料の流動先端が先行するように設定される。

射出成形中は繊維強化樹脂成形材料の流動先端と該コア
の先端とは等速で移動してもよく（第３図ｂ）、繊維強
化樹脂成形材料の流動先端の速度の方が速くてもよい。

繊維強化樹脂成形材料の流動先端と該コアの先端との距
離は、本発明効果を発現させるためには特定されない。

例えば、繊維強化樹脂成形材料の流動先端がキャビティ
ーの末端に到達するまで、該コアの先端を繊維強化樹脂
成形材料の圧力と同等以上の該コアの支持圧力でゲート
近傍に固定し、次いで繊維強化樹脂成形材料の圧力と新
たに設定した該コアの支持圧力との差圧でキャビティー
の末端まで移動させても良い、しかし、この方法では、
該コアに接触した樹脂が固化（熱可塑性樹脂の場合）ま
たは硬化（熱硬化性樹脂の場合）し、この部分がキャビ
ティーの末端へ移動する際に融合不良またはウェルド・
ラインを生じるので適用範囲が限定される。この不都合
を解決するためには、該コアをゲート近傍に固定した状
態で繊維強化樹脂成形材料の射出を完了し、該コアをキ
ャビティー外に移動させた後に、形成された該空隙を埋
めるまで金型を完全に閉めきる方法が有効である。

本発明において、繊維強化樹脂成形品の異方性緩和効果
の発現は、第４図に示したせん断速度分布で説明される
。即ち、スライド・コアによって射出された繊維強化樹
脂成形材料は二つに分流されるため、二層の高せん断速
度層が二層形成される。このため、繊維強化樹脂成形材
料の流れ方向に配向する繊維状強化材の層は４層となる
。該コアがない場合には、繊維状強化材の層は２層であ
るので、本発明方法の方がよりベニア板構造の繊維状強
化配向物が得られ、異方性が緩和される。

本発明方法において、スライド・コアの個数は一個に限
定されない。復数個使用すれば、より繊維強化樹脂成形
材料の流れ方向に配向する繊維状強化材の層が増加し、
異方性が緩和される。

本発明方法において、スライド・コアを支持する圧力は
油圧、空気圧等が例示されるが、特に限定されない。

本発明方法において、使用される熱可塑性樹脂は、ポリ
エチレン、ポリプロビレ・ン、ポリスチレン、ナイロン
、ポリアセタール、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、ポリカーボネート、ポリフェ
ニレンスルフイツト、ボリアリレートポリエーテルスル
ホン、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン等が
例示される。　本発明方法において、使用される熱硬化
性樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、メラミン樹脂等が例示される本発明方法
において、使用される繊維状強化材は、ガラス繊維、チ
タン酸カリウム・ウィスカー、セラミック・ウィスカー
等の無機繊維および炭素繊維、アラミド繊維等の有ｍ繊
維が例示される本発明方法において、繊維の長さは任意
に選べるが、十分な繊維強化製品を得るためには、アス
ペクト比が５以上の繊維状強化材の使用が好ましい 本発明の製造方法において、公知の添加剤を必要に応じ
て用いることができる。例えば、不飽和ポリエステル樹
脂の収縮防止のために使用される低収縮化剤としては、
成形温度において体積膨張率の高い高分子材料が適当で
あり、ポリスチレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂
および、スチレン・ブタジェンのブロック共重合物およ
び該共重合物の水添物などの特殊合成ゴムなどが例示さ
れる。さらに、好適な低収縮化剤として、炭酸カルシウ
ム、水酸化アルミニウムなどの無機充填材などが例示さ
れる。

本発明方法において、不飽和ポリエステル樹脂の硬化剤
としては、ジクミルパーオキサイド、べンゾイルパーオ
キサイド、ｔ−ブチルパーオキザイドなどの有機過酸化
物が例示される。

本発明方法において、使用される離型剤としては、ステ
アリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸
アルミニウムなどの金属石けん類が例示される。

本発明方法において、着色剤およびその他の添加剤は特
定されない。

本発明方法において、樹脂温度、金型温度、射出圧力、
スライド・コアの支持圧力等の成形条件は、使用する繊
維強化樹脂成形材料により異なるが、当該業者は容易に
最適化できる。

［実施例］ 以下に、スライド・コアのある金型を用い、射出成形時
に射出圧力と該コアの支持圧との差圧で該コアを後退さ
せることにより、異方性を緩和した繊維強化樹脂成形品
を得る方法について、具体例を挙げて一本発明の詳細な
説明する。

実施例　１ 下記の組成のガラス繊維強化不飽和ポリエステル樹脂成
形材料を、石川島播磨重工業製の熱硬化性樹脂用２００
トン射出成形機と本発明方法の金型を使用して、以下の
条件で射出成形した。金型の構造は、厚さ３ＩＩ１ｍ、
幅１００ｍｍ、長さ　］ＯＯ＋ｎｍのキャビティーを有
し、厚さ１．ｍｍ、幅９０ｍｍのスライド・コアをキャ
ビティーの中央部に位置させ、油圧で支持できる構造と
した。金型内のスライド・コアの先端は射出前にゲート
近傍に配置し、射出された繊維強化樹脂成形材料の流動
先端と該コアの先端との距離は２０ｍｍ４″−設定した
。この距離は、ショート・ショット法で確認しながら該
コアの支持圧を調節して設定した。

得られた３ｍ＋ａ厚さの平板を落球衝撃テストをしたと
ころ、破壊部の形状はほぼ円形となり、異方性が認めら
れなかった。

（繊維強化樹脂成形材料） 不飽和ポリエステル　　　　　　　　５０部（エボラッ
ク　Ｎ３４０Ｋ） 低収縮化剤　　　　　　　　　　　　２０部（クレイト
ン　０１８５５） 炭酸カルシウム　　　　　　　　　１５０部（日東粉化
製　Ｎ５１００） 離型剤（ステアリン酸亜鉛）　　　　　２部硬化剤　　
　　　　　　　　　　　　　１部（ｔ−ブチルパーオキ
シベンゾエート）スチレン　　　　　　　　　　　　　
２０部ガラス繊維（１２，５＋ｎｎ＋長）　　　　　　
　６０部（成形条件） バレル温度 金型温度（固定側） 金型温度（可動側） 射出圧力 硬化時間 ５０℃ １６０℃ １５０℃ ７００　ｋｇ／ｃｍ２ ９０秒 実施例　２ 実施例１と同一組成のガラス繊維強化不飽和ポリエステ
ル樹脂材料、同一の射出成形機及び同一形状の金型を使
用し、以下の方法で射出成形した射出成形するにあたり
、金型内のスライド・コアの先端はゲートから１０ｍｍ
の位置に固定し、この状態の空隙に該成形材料を一次射
出した。次いでスライド・コアをキャビティー外へ移動
させながら、新たに形成される空隙を充満するように該
成形材料を二次射出して射出を完了した。

得られた３ｍｔ１１厚さの平板を落球衝撃テストをした
ところ、破壊部の形状はほぼ円形となり、異方性が認め
られなかった。

（成形条件〉 バレル温度 金星温度（固定側） 金型温度（可動側） 射出圧力 硬化時間 ５０℃ １６０℃ １５０℃ ７００　ｋｇ／ｃｍ２ ９０秒 実施例　３ 実施例１と同一組成のガラス繊維強化不飽和ボリエステ
ル樹脂成形材料および同一の射出成形機を使用し、本発
明方法の金型を使用して射出成形した。金型の構造は、
厚さ６ＩＩ１ｍ、幅１１００ＩＩ１、長さ１００　ｍｍ
のキャビティーを有し、該キャビティーの周縁部は射出
成形後に圧縮成形て′きるようにシア・エツジ構造とし
、厚さ２ｍｍ、幅９０ｍｍのスライド・コアをキャビテ
ィーの中央部に位置させ、油圧で支持できる構造とした
。

射出成形するにあたり、キャビティーの厚さは６旧とし
、金型内のスライド・コアの先端はゲートから１０ｍｍ
の位置に固定した。該成形材料が完全に射出完了した直
後にスライド・コアをキャビティー外へ移動し、次いで
キャビティーの厚さが４ｍｍになるまで金型を締め切る
方法で成形した。

得られた４ｍ＋ｎ厚さの平板を落球衝撃テストをしたと
ころ、破壊部の形状はほぼ円形となり、異方性が認めら
れなかった。

（成形条件） バレル温度　　　　　　５０℃ 金型温度（固定側）　１６０℃ 金型温度（可動側）　１５０℃ 射出圧力　　　　　　７００　ｋｇ／ｃｍ２硬化時間　
　　　　　　９０秒 比較例］ 射出開始時に、金型内のスライド・コアをキャビティー
の末端に配置した他は、実施例］と同条件で成形した。

得られた平板を落球衝撃したところ、破壊部の形状は繊
維強化樹脂成形材料の流れに直角方向に長円形となり、
異方性が著しかった。

［発明の効果］ 本発明によれば、繊維強化樹脂成形品の繊維状強化材の
配向状態を調節できる。従って、本発明によれば、異方
性を緩和した繊維強化樹脂成形品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、金型のキャビティー内を流動する繊維強化樹
脂成形材料の流速分布とせん断速度分布を示す、第２図
は、金型のキャビティー内を流動する繊維強化樹脂成形
材料の流動先端を完全に規制できるスライド・コアを有
する金型の概念図を示す、第３図は、本発明方法の一実
施例を示す概念図であり、第４図は、本発明方法の一実
施例における金型のキャビティー内のせん断速度分布図
である。 低せん断速度領域（繊維強化樹脂 成形材料が流れに直角に配向する 領域〉 高ぜん時速゛度領域（繊維強化樹脂 成形材料が流れ方向に配向する領 域〉 スプル− キャビティー スライド・コア 繊維強化樹脂成形材料の流動先端

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維強化樹脂成形材料を金型内に射出して繊維強
   化樹脂成形品を成形するに際し、金型のキャビティー内
   に該金型の内表面との間に空隙を介して位置するスライ
   ド・コアを有し、かつ成形材料の流動方向に該スライド
   ・コアを移動可能とする機構を備えた金型を使用するこ
   とを特徴とする、異方性を緩和した繊維強化樹脂成形品
   の製造方法。
2. （２）スライド・コアの移動が射出圧力と該コアの支持
   圧力との差圧によって作動する機構を有する請求項（１
   ）記載の製造方法。
3. （３）スライド・コアの先端をゲート近傍に位置した状
   態で繊維強化樹脂成形材料をキャビティー内に完全に充
   填した後、スライド・コアをキャビティー外に移動しな
   がら繊維強化樹脂成形材料を補充することを特徴とする
   請求項（１）記載の製造方法。
4. （４）スライド・コアの先端をゲート近傍に位置した状
   態で繊維強化樹脂成形材料をキャビティー内に完全に充
   填した後、スライド・コアをキャビティー外に移動し、
   形成された該空隙を完全に埋めるまで金型を締め切るこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の製造方法。