JPH04247919A - 反応射出成形法及び反応射出成形装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反応射出成形法及び反
応射出成形装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、反応射出成形法（Ｒｅａｃｔｉ
ｏｎ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｌｄｉｎｇ；以下、Ｒ
ＩＭという。）は、二種以上の低分子量でかつ低粘度（
通常１０００ｃｐｏｉｓｅ以下）の液状原料を一定圧力
（１５０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２　）下においてミキシ
ングヘッド内で急速混合し、液状のままでその混合液を
金型のキャビティ内へ噴射し、その後キャビティ内での
混合液の重合硬化反応を待って一定形状の複合材料を射
出成形するようにした方法であり、通常の射出成形法で
二液反応型樹脂を取り扱う場合に樹脂の攪拌混合が採用
されるのとは異なり、その代わりに液状原料自身がミキ
シングヘッド内に加圧吐出される段階で噴霧状にノズル
から飛び出し、その圧力で混合されるところに大きな特
徴を有する。

【０００３】上記ＲＩＭは、混合液がキャビティ内に入
る瞬間ではまだ液状であり、しかもキャビティ内に充満
してしばらくしてから重合硬化反応が起こるような樹脂
を取り扱うので、射出圧力も小さく金締め圧は少なくて
済み従って金型はプラスチック製を含む安価なもので対
応でき、それゆえ大型成形品に適する等、専ら設備コス
トや生産性の面で優れている反面、成形品の強度面では
例えばＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ　Ｍｏｌｄ　Ｃｏｍｐｏｕｎ
ｄｉｎｇ）による場合よりも劣るという欠点がある。

【０００４】そこで、この強度面での欠点を補うべく開
発された技術としてＳｔｒｕｃｔｕａｌ　−ＲＩＭ（　
以下、ＳＲＩＭという。）　がある。かかるＳＲＩＭは
、例えばガラス繊維等よりなる強化長繊維をマット状若
しくはクロス状等に織って成形品に見合う形状のプリフ
ォーム体を予め形成しておき、このプリフォーム体を混
合液が噴射される前のキャビティ内にプリセットし、そ
こに当該プリフォーム体のマトリックスとなる混合液を
噴射注入する方法である。

【０００５】従って、このＳＲＩＭによれば、通常のＲ
ＩＭの有する強度上の問題が解決できるのであるが、そ
の効果が十分に得られるか否かはプリフォーム体をキャ
ビティ内にいかにうまく固定できるかにかかっている。 即ち、プリフォーム体を単にキャビティ内に充填させた
だけでは、混合液の注入口付近にある強化繊維が注入圧
力によってキャビティ内部へ押しやられる場合があり、
そのため成型品に強化繊維のない部分や強化繊維の密度
が変わることによる含浸不良の部分が生じたりすること
があるからである。

【０００６】そして、従来では、かかる不都合を回避す
るため、例えば前記プリフォーム体と金型の内面間に熱
可塑性樹脂よりなる繊維によってプリフォーム体をキャ
ビティ内に固定し、金型の加熱又は反応による自己発熱
でその樹脂繊維を溶融させ、マトリックス中に分散させ
ることによって熱可塑性樹脂よりなる繊維を取り除く方
法がとられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、熱可塑性樹脂繊維でプリフォーム体を固
定しているため、この樹脂繊維とマトリックスとなる混
合液との相容性の関係から成形品に表面むらが生じる場
合があり、しかも樹脂繊維の溶融による接着では十分な
接着が得られているか否かが把握できず、固定力にばら
つきがあり、安定した品質の成型品の供給が困難である
。

【０００８】また、樹脂繊維を溶融するのに加熱しなけ
ればならないのでは、低エネルギー低コストでの成形を
利点とする当該ＲＩＭの特質が滅殺されることになる。 更に、前記ＳＲＩＭでは、プリフォーム体を構成するの
に手間がかかり生産効率を律速するという根本的な問題
がある。本発明は、かかる諸点に鑑み、高品質高強度の
成形品を従来より簡単かつ確実に射出成形し得る反応射
出成形法及び反応射出成形装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は次の技術的手段を講じた。即ち、請求項１記載
の発明は、二種以上の液状原料をミキシングヘッド３内
での急速混合を介して金型２０，２１のキャビティ２２
内へ噴射し、キャビティ２２内での混合液の重合硬化反
応を待って複合成形材料を射出成形する反応射出成形法
において、強化繊維２５よりなる磁性を有する若しくは
磁性を付加したプリフォーム体２６を混合液の噴射前に
予めキャビティ２２内に配置し、金型２０，２１若しく
は金型２０，２１外域に取付けた磁性体２３からの磁界
によってプリフォーム体２６を金型２０，２１に固定し
た後、キャビティ２２内に混合液を噴射するようにした
ことを特徴とする。

【００１０】また、請求項２記載の発明は、二種以上の
液状原料をミキシングヘッド３内での急速混合を介して
金型２０，２１のキャビティ２２内へ噴射し、キャビテ
ィ２２内での混合液の重合硬化反応を待って複合成形材
料を射出成形する反応射出成形法において、磁性を有す
る若しくは磁性を付加した強化短繊維２７を混合液の噴
射前に予めキャビティ２２内にばらまき、金型２０，２
１若しくは金型２０，２１外域に取付けた磁性体２３か
らの磁界によってキャビティ２２内の強化短繊維２７を
一定方向に配向させた後金型２０，２１に固定し、キャ
ビティ２２内に混合液を噴射するようにしたことを特徴
とする。

【００１１】更に、請求項３記載の発明は、二種以上の
液状原料を急速混合して外部へ噴射するミキシングヘッ
ド３と、ミキシングヘッド３からの混合液が充填される
キャビティ２２が内部に形成された金型２０，２１とを
備え、キャビティ２２内での混合液の重合硬化反応によ
って一定形状の複合成形材料を射出成形する反応射出成
形装置において、金型２０，２１若しくは金型２０，２
１外域に、混合液の噴射前にキャビティ２２内に配置し
た強化繊維２５よりなる磁性を有する若しくは磁性を付
加したプリフォーム体２６を金型２０，２１に固定する
磁性体２３、または混合液の噴射前にキャビティ２２内
にばらまいた磁性を有する若しくは磁性を付加した強化
短繊維をキャビティ２２内で一定方向に配向させかつ金
型２０，２１に固定する磁性体２３が取付けられている
ことを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１記載の本発明方法の骨子は、それ自体
予め磁性を有する若しくは磁性を付加したプリフォーム
体２６を金型２０，２１若しくは金型２０，２１外域に
取付けた磁性体２３の磁界によって固定する点にある。 かかるプリフォーム体２６を構成する強化繊維２５とし
ては、先ず、磁性を持つ金属繊維が考えられる。磁性を
持たないガラス繊維、カーボン繊維などの無機質繊維や
有機質繊維、磁性の無い金属繊維についてはＰＶＤ（Ｐ
ｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒｉｚｅ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒｉｚｅ
　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＣＶＩ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒｉｚｅ　Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）等によ
る磁性材のコーティングという方法によって磁性を付加
することですべての繊維を強化材として適用できる。あ
るいはプリフォーム体２６の一部に磁性を持つコーティ
ングをすればいずれの場合にも適用できる。また、最近
では、非常に高強度で高剛性、高靭性な鉄系の極細線（
神戸製鋼所製サイファー等）も開発されており、このよ
うな繊維が特に強化繊維の対象となる。

【００１３】このプリフォーム体２６は、チョップドス
トランドマットであったり、コンチニュアスストランド
マットあるいは平織りクロスいずれのものでもよい。磁
性を持たない繊維であっても、一部に磁性材をコーティ
ングするとか、プリフォーム体２６にした後、ＰＶＤ，
ＣＶＤやＣＶＩ等でコーティングすればよい。以上のプ
リフォーム体２６の作成の後、ＳＲＩＭ用の金型２０，
２１内にセットする。

【００１４】プリフォーム体２６のセットされる金型２
０，２１若しくは金型２０，２１外域には、磁性体２３
が取付けられており、この磁性体２３によって金型２０
，２１内部には磁界が発生する。磁界の強さは、一般の
プラスチック磁石の製造に使用される程度（０．５〜１
．６テスラ）でよく、この磁界を利用し先のプリフォー
ム体２６を金型２０，２１に固定する。この作用によっ
て、プリフォーム体２６は金型２０，２１に簡単にセッ
トされ、また混合液の注入圧力に打ち勝つ程度に磁界を
かけることにより、プリフォーム体２６の繊維が注入口
からの圧力によって奥へ押し入れられることにより繊維
の無い部分を作ることは無くなり、更にはその結果生じ
る未含浸部分は生じなくなる。また、従来のような熱可
塑性樹脂等の異物質を用いないために成形品表面にむら
は生じない。

【００１５】尚、図１２には、特に鉄系の強化材を想定
した場合の温度と磁性の関係を示す。一般に、磁性体に
ついては温度を上げていくと、磁性が減少する問題があ
る。鉄系の場合では、６９０〜８７０℃で急に磁性を失
う。これは、鉄の結晶を構成している原子の熱運動がさ
かんになり、特殊な結合状態を作っていることができな
くなって、磁区が破壊されてしまうからであるとされて
いる。本発明の反応射出成形法の場合、樹脂のゲル化、
硬化のためにある程度は加熱する必要があるが、通常の
成形温度で、１００〜２００℃、最高温度でも４００℃
を越えることはなく、本発明の反応射出成形法で強磁性
を利用することについては何ら問題は無い。

【００１６】次に、請求項２記載の本発明方法では、例
えば図５に示すようにキャビティ２２内にばらまかれた
強化短繊維２７が磁性体２３の磁界によって一定方向に
配向され、その後その配向した位置で固定された後、液
状原料の噴射が行われる点に特徴がある。即ち、図１３
に示すように、例えば鉄系の場合、磁束密度Ｂは１．６
テスラでほぼ飽和状態となる。また図１４に示すように
、一様な磁界に置かれた磁性体に対して、（１）　　Ｔ
＝ＭＬＳＢｓｉｎθ のトルクが作用することが知られており、強化短繊維２
７が、磁界に対して最大９０°の方向にあるとすれば、
（２）　　Ｔ＝−ＭＬＳＢ となり外部磁界の大きさに比例する。尚、Ｍは強化短繊
維２７の磁化の強さ、Ｌはその長さ、Ｓはその断面積で
ある。そのため、特に鉄系の場合では、１．６テスラ以
上の磁界をかける必要がなく、一般には、０．５〜１テ
スラで充分強化短繊維２７を配向させることができる。

【００１７】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２記載の方法を行いうる装置に関するものである。

【００１８】

【実施例】以下、図面に基いて本発明の実施例につき説
明する。図６は、本発明方法が採用される反応射出成形
装置（ＲＩＭ装置）の概要を示す。このＲＩＭ装置は、
二種類の液状原料を混合して金型へ送り込む射出装置１
と、射出装置１からの混合液を一定形状に成形する金型
装置２とからなる。

【００１９】射出装置１は、金型装置２近傍に位置する
ミキシングヘッド３と、ミキシングヘッド３に連通する
一対の計量シリンダ４，５と、各計量シリンダ４，５に
ピストン６を介して連動連結された油圧シリンダ７，８
とを備え、各タンク９，１０からそれぞれ計量シリンダ
４，５内に供給された二種類の液状原料の一定量が、油
圧シリンダ７，８によるピストン６の移動によってミキ
シングヘッド３側へ圧送されるようになっている。

【００２０】尚、１１は油圧ユニット、１２はアキュム
レータであり、当該射出装置１の原料配管系には酸化防
止のための窒素シールが施されている。前記ミキシング
ヘッド３は、計量シリンダ４，５からの二種類の液状原
料を急速混合して金型側へ噴射するためのもので、本実
施例では、図７及び図８に示すようにいわゆるニードル
バルブ方式のものを採用している。即ち、このミキシン
グヘッド３は、内部に上下方向に出退自在のプランジャ
１３を備え、プランジャ１３の左右両側にニードルバル
ブ１４，１５が相対向状に配置されて構成されたもので
、プランジャ１３が上昇（図８）したときに左右のニー
ドルバルブ１４，１５が互いに離れる方向に移動して噴
出口１６，１７が同時に開口されることにより、二種類
の液状原料がプランジャ１３下方で噴霧状となって急速
混合され、その後混合液が硬化しないうちに金型のキャ
ビティに射出されるようになっている。

【００２１】前記金型装置２は、上下プラテン１８，１
９にそれぞれ上下金型２０，２１を着脱自在に備えて成
り、金型２０，２１内部のあわせ面部にはキャビティ２
２が形成されている。そして、本実施例では、図９に示
すように、この金型２０，２１上下部と相対向側部に、
磁束密度を変更し得る磁性体（電磁石）２３が前記キャ
ビティ２２を上下及び横方向から挟むように取付けられ
ている。尚、２４は混合液をキャビティ２２内に送り込
むための通路である。

【００２２】次に、上記ＲＩＭ装置を用いて本発明方法
に係るＳＲＩＭを行った場合の効果を検証する実施例に
ついて説明する。 （実験例１）この実験例１は、請求項１に係る発明に関
するものである。即ち、図１及び図２に示すように、キ
ャビティ２２幅方向と略同じ長さを有する強化繊維２５
をキャビティ２２内に同方向に均等に並べて充填（一方
向強化）することによりプリフォーム体２６を構成し、
その後磁界をかける場合とかけない場合以外の条件は同
じくしてＳＲＩＭを行い、できた成形品の強度を比較す
る比較実験を行った。

【００２３】（実験例１ａ） ア　　材料：強化材　　超極細鉄線（株式会社神戸製鋼
所製　　サイファー）引張り 強度　　４５０〜５００ｋｇｆ／ｍｍ２　、径φ３０μ
ｍ　、含有率　　７０％ マトリックス　　エポキシ樹脂　　引張り強度　　７〜
８ｋｇｆ／ｍｍ２　 イ　　金型サイズ：３０×３０×３ｍｍの直方体ウ　　
強化形態：一方向連続強化（ＵＤ　　Ｕｎｉ　Ｄｉｒｅ
ｃｔｉｏｎ）エ　　射出圧力：２００ｋｇｆ／ｃｍ２　
オ　　型締め圧：１５ｋｇｆ／ｃｍ２　カ　　磁界：図
１における上下方向に１テスラキ　　成形サイクル：２
分 上記条件によりＳＲＩＭを行った。射出圧力による繊維
の移動もなく、また未含浸部もない成形品を得ることが
できた。この成形品を強化方向に平行に引張り強度試験
を行ったところ、３１７ｋｇｆ／ｍｍ２　の引張り強度
を得た。この結果は、ほぼ複合則と一致する。

【００２４】（実験例１ｂ） ア〜オ、キについては実験例１ａに同じ。 カ　　磁界：なし 上記条件によりＳＲＩＭを行った。射出圧力により事前
にセットした繊維が中央注入口を中心にして対象に移動
し、中央部分に樹脂のリッチな部分ができた。また、未
含浸部も種々の部分で見られた。この成形品を強化方法
に引張り強度試験を行ったところ、中央部から切り出し
た試験片では１４５ｋｇｆ／ｍｍ２　の引張り強度を得
た。この値は、先の実施例の１／２．２であり複合則と
は一致しない。

【００２５】（実験例１ｃ） ア　　材料：強化材　　ガラス繊維　　引張り強度　　
３５０ｋｇｆ／ｍｍ２　 含有率　　５３％ マトリックス　　ウレタン樹脂　　引張り強度　　１〜
２ｋｇｆ／ｍｍ２　 イ　　金型サイズ：３０×３０×３ｍｍの直方体ウ　　
強化形態：一方向連続強化（ＵＤ　　Ｕｎｉ　Ｄｉｒｅ
ｃｔｉｏｎ）エ　　射出圧力：１５０ｋｇｆ／ｃｍ２　
オ　　型締め圧：１５ｋｇｆ／ｃｍ２　カ　　磁界：無
し キ　　成形サイクル：１分 上記条件によりＳＲＩＭを行った。射出圧力により繊維
が中央注入口を中心にして対象に移動し、中央部分に樹
脂のリッチな部分ができた。但し、未含浸部はない。こ
の成形品を強化方法に引張り強度試験を行ったところ、
中央部から切り出した試験片では１２５ｋｇｆ／ｍｍ２
　の引張り強度を得た。この値は複合則とは一致せず、
その６７％である。

【００２６】（実験例２）この実験例２は、請求項２に
係る発明に関するものである。本実験では、先ず強化短
繊維２７を図５に示すようにキャビティ２２内にランダ
ムにばらまき、その後前記金型２０，２１の側部に設け
た磁性体（電磁石）２３のみを作動させて強化短繊維２
７を図３及び図４に示す如くに配向させる。そして、配
向後に側部の磁性体２３の磁界はそのままで上下の磁性
体２３を作動させて強化短繊維を固定した場合と、配向
後に磁界なしとした場合とでそれぞれＳＲＩＭを行い、
できた成形品の強度を比較することとした。

【００２７】（実験例２ａ） ア　　材料：サイファー　　引張り強度４５０〜５００
ｋｇｆ／ｍｍ２　、径φ３０μｍ　 長さ１０ｍｍ 含有率　　６０％ マトリックス　　エポキシ樹脂　　引張り強度　　７〜
８ｋｇｆ／ｍｍ２　 イ　　金型サイズ：３０×３０×３ｍｍの直方体ウ　　
強化形態：一方向不連続強化 エ　　射出圧力：２００（ｋｇｆ／ｃｍ２　）オ　　型
締め圧：１５（ｋｇｆ／ｃｍ２　）カ　　磁界：配向用
磁界１．５テスラ 配向後上下方向にも１．０テスラ キ　　成形サイクル：２分 上記条件によりＳＲＩＭを行った。射出圧力による繊維
の移動もなく、また未含浸部分もない成形品を得ること
ができる。強化方向に平行な方向に引張り強度試験を行
ったところ、２５０ｋｇｆ／ｍｍ２　の引張り強度を得
た。この値は、不連続一方向強化の理論的複合則と略一
致する。

【００２８】（実験例２ｂ） ア〜オ、キについては上記実験例２ａと同じ。 カ　　磁界：配向用磁界１．５テスラ 配向後の磁界なし 上記条件によりＳＲＩＭを行った。注入口を中心とした
樹脂のリッチな部分ができた。この部分では短繊維の方
向がかなり狂わされていた。この成形品を強化方向に引
張り強度試験を行ったところ、中央部分から切り出した
試験片では１５０ｋｇｆ／ｍｍ２　の引張り強度を得た
。この値は、ランダム配向の理論的な強度よりは高いが
配向後、磁界をかけないことによって射出圧力の影響で
配向がくずれるためである。

【００２９】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
は上記のものに限定されない。先ず、磁性体２３の取付
け場所については、要は金型２０，２１のキャビティ２
２内に十分な磁界を励起させうるところのものであれば
よく、例えば、図１０に示すような上下プラテン１８，
１９側に取付けたり、図１１に示すような下プラテン１
９から突出したブラケット２８等に取付けたりして、金
型２０，２１の外域に設けることにしてもよい。また、
磁性体２３は磁界が一定のいわゆる永久磁石でもよいこ
とは勿論である。

【００３０】更に、ミキシングヘッド３については、前
記ニードルバルブ方式のものに限られず、プランジャ１
３の出退のみで液状原料の噴出を制御する方式のもので
あってもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プリフォーム体２６（強化繊維２５）を磁性体２３によ
って金型２０，２１に固定しているので、極めて簡単か
つ確実な固定が可能となり、しかも従来の熱可塑性樹脂
による固定とは異なり金型２０，２１を加熱する必要も
なく、安定かつ良質なＳＲＩＭ成形品をより低コストで
得ることができる。

【００３２】また、本発明によれば、強化材として短繊
維２７を採用する場合には、磁性体２３によってその短
繊維２７を一定方向に配向することにより、プリフォー
ム作業もキャビティ２２内で行なうことができ、生産効
率の更なる向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す金型の縦断面図である。

【図２】同下金型の平面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す金型の縦断面図であ
る。

【図４】同下金型の平面図である。

【図５】強化短繊維をばらまいたときの平面図である。

【図６】反応射出成形装置の概略図である。

【図７】レジン循環状態のミキシングヘッドの断面図で
ある。

【図８】レジン噴射状態のミキシングヘッドの断面図で
ある。

【図９】金型装置の側面図である。

【図１０】金型装置の側面図である。

【図１１】金型装置の側面図である。

【図１２】温度と磁化の強さの関係を示すグラフである
。

【図１３】磁束密度と磁界の強さの関係を示すグラフで
ある。

【図１４】一様な磁界中にある短繊維にかかるトルクを
示す説明図である。

【符号の説明】

３　　ミキシングヘッド ２０　　金型 ２１　　金型 ２２　　キャビティ ２３　　磁性体 ２５　　強化繊維 ２６　　プリフォーム体 ２７　　強化短繊維

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　二種以上の液状原料をミキシングヘッ
   ド（３）内での急速混合を介して金型（２０）（２１）
   のキャビティ（２２）内へ噴射し、キャビティ（２２）
   内での混合液の重合硬化反応を待って複合成形材料を射
   出成形する反応射出成形法において、強化繊維（２５）
   よりなる磁性を有する若しくは磁性を付加したプリフォ
   ーム体（２６）を混合液の噴射前に予めキャビティ（２
   ２）内に配置し、金型（２０）（２１）若しくは金型（
   ２０）（２１）外域に取付けた磁性体（２３）からの磁
   界によってプリフォーム体（２６）を金型（２０）（２
   １）に固定した後、キャビティ（２２）内に混合液を噴
   射するようにしたことを特徴とする反応射出成形法。
2. 【請求項２】　　二種以上の液状原料をミキシングヘッ
   ド（３）内での急速混合を介して金型（２０）（２１）
   のキャビティ（２２）内へ噴射し、キャビティ（２２）
   内での混合液の重合硬化反応を待って複合成形材料を射
   出成形する反応射出成形法において、磁性を有する若し
   くは磁性を付加した強化短繊維（２７）を混合液の噴射
   前に予めキャビティ（２２）内にばらまき、金型（２０
   ）（２１）若しくは金型（２０）（２１）外域に取付け
   た磁性体（２３）からの磁界によってキャビティ（２２
   ）内の強化短繊維（２７）を一定方向に配向させた後金
   型（２０）（２１）に固定し、キャビティ（２２）内に
   混合液を噴射するようにしたことを特徴とする反応射出
   成形法。
3. 【請求項３】　　二種以上の液状原料を急速混合して外
   部へ噴射するミキシングヘッド（３）と、ミキシングヘ
   ッド（３）からの混合液が充填されるキャビティ（２２
   ）が内部に形成された金型（２０）（２１）とを備え、
   キャビティ（２２）内での混合液の重合硬化反応によっ
   て一定形状の複合成形材料を射出成形する反応射出成形
   装置において、金型（２０）（２１）若しくは金型（２
   ０）（２１）外域に、混合液の噴射前にキャビティ（２
   ２）内に配置した強化繊維（２５）よりなる磁性を有す
   る若しくは磁性を付加したプリフォーム体（２６）を金
   型（２０）（２１）に固定する磁性体（２３）、または
   混合液の噴射前にキャビティ（２２）内にばらまいた磁
   性を有する若しくは磁性を付加した強化短繊維をキャビ
   ティ（２２）内で一定方向に配向させかつ金型（２０）
   （２１）に固定する磁性体（２３）が取付けられている
   ことを特徴とする反応射出成形装置。