JPH05185466A

JPH05185466A - 複合樹脂成形加工法

Info

Publication number: JPH05185466A
Application number: JP510292A
Authority: JP
Inventors: Teruyuki Nishitani; 輝行西谷; Satoru Matoba; 哲的場; Michio Morikawa; 道雄森川; Hirofumi Yamada; 宏文山田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 1992-01-14
Filing date: 1992-01-14
Publication date: 1993-07-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】プレス成形が可能な繊維強化熱可塑性プラス
チックを用いて成形品の表面外観が優れた成形体を得る
方法を提供する。【構成】繊維強化熱可塑性プラスチックを用いて、表
面品位の優れた成形体を得る方法において、成形型枠内
で繊維強化熱可塑性プラスチックをスタンピング成形し
て、骨格層を形成した後、同一の型枠を用いて射出圧縮
成形により繊維を含まない熱可塑性プラスチックの表皮
層９を繊維強化熱可塑性プラスチックの骨格層５の表面
に一体的に構成せしめる。上記骨格層の形成後に上記成
形型枠を一定距離移動させて、表皮層を形成する側の骨
格層表面と型枠との間に間隙を形成し、繊維を含まない
熱可塑性プラスチックの所定量を射出した後、加圧充填
する。上記表皮層９を形成する繊維を含まない熱可塑性
プラスチッックに無機材質フィラーを１０重量％以上、
４０重量％以下配合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス成形が可能な繊
維強化熱可塑性プラスチックを用いて、成形品の表面外
観が優れた成形体を得る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＭＣ（シート・モールデイング・コン
パウンド）等の熱硬化性プラスチックに続いて、繊維強
化熱可塑性プラスチックを自動車の外板等に使用するこ
とが検討されている。具体的には、自動車のフェンダ
ー、ドア等の垂直部およびフード、天井等の水平部材へ
の適用である。

【０００３】こうした適用により、繊維強化熱可塑性プ
ラスチックは比強度、比剛性の点に優れることから、従
来材質である鉄板に比べて、大幅な軽量化が達成でき
る。また、ＳＭＣ成形と比べると、サイクル時間が短く
生産性が高いこと、リサイクルがしやすいという特徴を
持つ。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように機械的
な特性に優れる反面、最大の課題は表面外観の改善であ
る。以下、繊維強化熱可塑性プラスチックによって外板
部材をスタンピング成形する方法を述べ、その問題点を
説明する。

【０００５】先ず、繊維強化熱可塑性プラスチックシー
トを所定のサイズに切断し、ブランクシートとする。こ
のブランクシートを遠赤外線加熱炉等にて、所定温度ま
で加熱した後、プレス金型内にチャージする。チャージ
後、所定圧力にて圧縮成形し製品を得る方法である。

【０００６】しかしながら、こうした方法では、機械的
な特性に優れた成形体は得られても、表面品位に優れた
成形体を得ることができず、クラスＡと呼ばれる自動車
用外板の表面品位には、遠く及ばないのが現状である。
この表面品位悪化の最大の原因は、繊維強化熱可塑性プ
ラスチック中に含まれている、例えば、ガラス繊維が成
形時に表層に突出し、表面外観、表面粗度を著しく悪化
させるためである。

【０００７】こうした表面品位を改善する方法として
は、いくつかの提案がなされていて、具体的に例えば、
特開平３−９９８１２号公報があげられる。これによれ
ば、繊維を含まない熱可塑性樹脂の層、例えば、樹脂シ
ートを先に真空成形した後、繊維質強化熱可塑性材料を
裏面に成形して一体化させ、ガラス繊維の突出を防ぐと
いう方法である。

【０００８】しかし、この方法においても、金型および
プレス装置が複雑となって費用がかさむと同時に成形上
の制約が残されていた。即ち、表皮層である繊維を含ま
ない熱可塑性樹脂の層を形成した後に、骨格層となる繊
維質強化熱可塑性材料を成形すると同時に、冷却された
表皮層を再溶融して一体化する必要があり、使用樹脂の
組み合わせの制約、厳しい温度条件または金型内に熱絶
縁層を設置する等の制約があった。本発明の目的は、繊
維強化熱可塑性プラスチックの特長である、優れた機械
的特性を維持しつつ、表面外観にも優れた成形体を得る
方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、繊維強化熱可
塑性プラスチックを用いて、表面品位の優れた成形体を
得る方法において、成形型枠内で繊維強化熱可塑性プラ
スチックをスタンピング成形して、骨格層を形成した
後、同一の型枠を用いて射出圧縮成形により繊維を含ま
ない熱可塑性プラスチックの表皮層を繊維強化熱可塑性
プラスチックの骨格層の表面に一体的に構成せしめるこ
とを特徴とする複合樹脂成形加工法を要旨とする（請求
項１）。

【００１０】また、本発明は、上記骨格層の形成後に上
記成形型枠を一定距離移動させて、表皮層を形成する側
の骨格層表面と型枠との間に間隙を形成し、繊維を含ま
ない熱可塑性プラスチックの所定量を射出した後、加圧
充填することを特徴とする請求項１記載の複合樹脂成形
加工法（請求項２）、また、本発明は、上記繊維強化熱
可塑性プラスチックが、熱可塑性プラスチック中に６mm
以上３０mm以下の強化繊維を３０重量％以上５０重量％
以下の割合で分散させたものであることを特徴とする請
求項１または２記載の複合樹脂成形加工法（請求項
３）、また、本発明は、上記表皮層を形成する繊維を含
まない熱可塑性プラスチックに無機材質フィラーを１０
重量％以上、４０重量％以下配合したことを特徴とする
請求項１、２または３記載の複合樹脂成形加工法（請求
項４）、である。

【００１１】

【作用】本発明は、繊維強化熱可塑性プラスチックを用
いて、表面品位の優れた成形体を得る方法において、成
形型枠内で繊維強化熱可塑性プラスチックをスタンピン
グ成形して、骨格層を形成した後、同一の型枠を用いて
射出圧縮成形により繊維を含まない熱可塑性プラスチッ
クの表皮層を繊維強化熱可塑性プラスチックの骨格層の
表面に一体的に構成せしめるので、該骨格層が断熱保温
層として機能し、薄い均一な表皮層が形成できる。

【００１２】また、本発明は、上記骨格層の形成後に上
記成形型枠を一定距離移動させて、表皮層を形成する側
の骨格層表面と型枠との間に間隙を形成し、繊維を含ま
ない熱可塑性プラスチックの所定量を射出した後、加圧
充填するので、骨格層の所望する側の表面に薄い均一な
表皮層が形成できる。

【００１３】また、本発明は上記繊維強化熱可塑性プラ
スチックが、熱可塑性プラスチック中に６mm以上３０mm
以下の強化繊維を３０重量％以上５０重量％以下の割合
で分散させたものを用いるので、樹脂と強化繊維とが強
固な結合をもたらす。さらに、本発明は、上記表皮層を
形成する繊維を含まない熱可塑性プラスチックに無機材
質フィラーを１０重量％以上、４０重量％以下配合した
ので、骨格層と表皮層の熱膨脹率及び成形収縮率をほぼ
同等とすることができる。

【００１４】以下、図面に基づいて具体的に説明を行
う。図１（Ａ）、（Ｂ）は、繊維強化熱可塑性プラスチ
ックのスタンピング成形の工程を示している。Ａ図に示
すように、予め加熱された繊維強化熱可塑性プラスチッ
クのブランクシート４は、６０〜８０℃に温度調節を施
した金型１内にチャージされる。チャージ後、Ｂ図に示
すように、速やかに上金型２を下降させて１００〜３０
０kg／cm²の圧力でスタンピング成形して骨格層５を形
成させる。

【００１５】本発明に使用できる繊維強化熱可塑性プラ
スチックとしては、具体的には、例えば、特開昭６０−
１５８２２８号に示される繊維補強プラスチック製シー
トをあげることができる。構成する熱可塑性樹脂として
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリ
スチレン、ポリアミド等の化学的に分解等の変化を起こ
さずに熱軟化できるものであれば使用することができ
る。

【００１６】一方、強化繊維としては、弾性率の高い繊
維、具体的には、例えば、ガラス、カーボン、セラミッ
ク、アラミド等の繊維を使用できる。こうした材料の特
徴は繊維がシート全体に均一に分布し、補強効果と信頼
性が高いことである。

【００１７】図２（Ａ）、（Ｂ）は、熱可塑性プラスチ
ックの射出圧縮成形の工程を示している。Ａ図に示すよ
うに、この同一の金型１を少し開き、上金型２と骨格層
５の間に、隙間を開けた状態で、下金型３の側面に設け
た、例えば、フィルム状の樹脂導入ゲート部６を通じて
射出装置８を用いて、溶融した樹脂７を所定量注入す
る。

【００１８】Ｂ図に示すように、樹脂７の流れ込み完了
後、金型１をプレス圧力によって閉じ、型締め力によっ
て樹脂７を骨格層５を覆うようにして表皮層９を形成す
る。樹脂７は上金型２面に表皮を形成するとともに、骨
格層５の表面に含まれる樹脂および強化繊維と溶着し
て、強固な接合を形成する。表皮層９の厚みとしては、
成形体全体の強度、物性の確保、熱膨脹率の差による反
り変形防止等の観点から薄くする必要があり、１mm未満
とすることが好ましい。

【００１９】ここで、本工程を逆にした場合、即ち、表
皮層を成形した後に骨格層を形成する場合には、本発明
のように表皮層を十分に薄くした安定な成形体を得るこ
とができない。これは、上下両方の金型への熱損失が生
じるため、表皮層を形成する樹脂の温度が本発明法に比
べて大幅に低下し、金型全体を覆うだけの流動性が得ら
れないからである。従って表皮層の厚みは少なくとも１
mm、好ましくは２mm以上の肉厚が必要となり、物性及び
安定性に優れた成形体を得ることができない。これに対
して本法によると、先に骨格層を金型上に形成すること
により、断熱保温層が形成され、金型への熱損失を大幅
に低減して薄肉化が可能となる。

【００２０】表皮層を形成する樹脂としては、流動性が
良く、表面外観に優れた熱可塑性樹脂であれば良いが、
繊維強化熱可塑性プラスチックのマトリックスを構成す
る同系統の樹脂を選定することが好ましい。具体的に
は、例えば、骨格層がポリプロピレン−ガラス繊維系で
あれば、表皮層を形成する樹脂としてはポリプロピレン
系が望ましい。同一の樹脂を選定することにより、相互
の接合を強固にすることができる。

【００２１】ところで、この骨格層の熱膨脹率および成
形収縮率は樹脂のみに比べて、大幅に低くなるので、表
皮層用樹脂に無機材フィラーなどを添加することによ
り、熱膨脹率および成形収縮率等の調節を図ることがで
きる。無機材質フィラーとしては、タルク、炭酸カルシ
ウム、ガラス、ガラス繊維の粉砕品等の微細形状品から
選択すれば良く、その粒度は１００メッシュ以下が外観
上優れるので好ましい。無機材質フィラーの配合割合と
しては、効果発現の観点から１０重量％以上、樹脂の流
動性の維持の観点から４０重量％以下が好ましい。

【００２２】また、上記繊維強化熱可塑性プラスチック
の補強繊維としては、前記引用した特開昭６０−１５８
２２８号に示されるような、短繊維をシート中に均一に
分散したものが好ましい。即ち、成形した骨格層表面全
体に強化繊維が僅かに突出または骨格層の表面付近に内
在することにより、表皮層を形成する樹脂とこの強化繊
維とが強固な結合を形成するからである。

【００２３】こうした点から、繊維強化熱可塑性プラス
チックとしては熱可塑性プラスチック中に短い強化繊維
を分散させた、具体的には繊維の長さとしては、弾性率
および強度の向上の観点から６mm以上、成形体中の均一
な分散の観点から、３０mm以下としたものを３０重量％
以上、５０重量％以下含む物が望ましい。

【００２４】

【実施例】次に、本発明の詳細について、以下の実施例
にてさらに説明を加える。自動車用外板部品の成形繊維強化熱可塑性プラスチックシートシート厚み：３．８mm 強化繊維：ガラス繊維（直径１０μm ，長さ１３mmの繊
維を集束したもの）を４０重量％含有、マトリックス樹
脂：高流動性ポリプロピレン上記のシートそのまま（以下単層シート）及び上記シー
ト上にタルク入りポリプロピレンシート（タルク３０重
量％、０．２mm厚）をラミネート成形した複合シートの
２種を使用。

【００２５】表皮材質ポリプロピレン（タルク２０重量％添加）成形方法以下に述べる本発明法による。成形圧力：スタンピング成形、射出圧縮成形共に１７５
kg／cm² 成形時間：スタンピング成形、加圧時間３０秒射出圧縮成形、加圧時間４０秒金型温度：８０℃ 表面粗さの測定機械式表面粗度計を使用し、各部分の粗度を比較測定。上記１〜４の条件にて、以下のように実施。

【００２６】所定サイズの３枚のブランク・シートに切
断した９５０ｇのポリプロピレン−ガラス繊維系の材料
を遠赤外線ヒーター炉に入れて加熱する。約４分後に表
面温度が２２０℃となった時点で、すばやく取り出して
下金型内にチャージする。チャージ後、３０秒以内で上
金型を下降し、スタンピング成形を行う。加圧力は好ま
しくは１５０kg／cm²以上であり、１７５kg／cm²で３
０秒間保持した。このスタンピング成形工程で、骨格層
が形成される。

【００２７】この骨格層形成後、上金型を３〜４mmだけ
僅かに上昇し、骨格層と上金型間に隙間を設ける。その
後直ちに、この隙間内に予め溶融した表皮形成用のポリ
プロピレン樹脂を射出装置により圧送する。この時、樹
脂の導入用ゲートの本数、位置を成形体の形状によっ
て、適宜設定する必要があり、ウェルド発生防止のた
め、フィルムゲートを使用した。表皮形成用ポリプロピ
レン樹脂の圧送完了後、再度のプレス機の加圧操作によ
り、圧縮成形を行い、即ち、上金型を下降・加圧し表皮
樹脂層の形成と骨格層との接合を同時に実施する。加圧
は１７５kg／cm²で３０秒間保持した。

【００２８】得られた製品は、繊維強化熱可塑性プラス
チックの骨格層が平均して２．０mm、表面表皮層が平均
して０．６mmの二層構造成形体となった。成形体の表面
は平滑であり、ガラス繊維の突出は認められなかった。
また、骨格層と表皮層との間は強固に密着しており、剥
離は認められなかった。表面外観の測定は、表面粗度計
を使用した。測定結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】本発明の方法により、繊維強化熱可塑性プ
ラスチックのみの従来の成形方法に比べて、大幅な向上
が図られていることが分かる。これは、従来の成形方法
では不可避であった表面へのガラス繊維の突出および凹
凸の影響が無くなったためと考えられる。

【００３１】なお、本法成形品に３０〜５０μm の下塗
処理を行い塗装を施した結果、平均粗さで０．２μm 、
目視外観上でも良好な表面品位を得た。また、繊維強化
熱可塑性プラスチックのみの単層シートとその表面にタ
ルク入りポリプロピレンのシートをラミネートした複合
シートを比較すると、複合シートによる表面品位の向上
効果が認められた。さらに、複合シートの表層がタルク
入りポリプロピレンとなったことにより、上金型にガラ
ス繊維が接触する事による金型表面の損傷が皆無とな
り、金型寿命の向上に寄与できることが分かった。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した本発明の成形加工法によれ
ば、優れた表面外観を有する複合樹脂成形品を得ること
ができると共に、高い機械的特性を付与することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による繊維強化熱可塑性プラスチックの
スタンピング成形工程図。

【図２】本発明による表皮用熱可塑性プラスチックの射
出圧縮成形工程図。

【図３】本発明による成形品の部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１成形用金型２上金型３下金型４加熱されたブランクシート５繊維強化熱可塑性プラスチックの骨格層６樹脂導入ゲート部７溶融した熱可塑性樹脂８射出機９表皮層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｋ 105:16 Ｂ２９Ｌ 9:00 4Ｆ (72)発明者森川道雄愛知県刈谷市一里山町金山100番地トヨタ車体株式会社内 (72)発明者山田宏文愛知県刈谷市一里山町金山100番地トヨタ車体株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維強化熱可塑性プラスチックを用いて
表面品質の優れた成形体を得る方法において、成形型枠
内で繊維強化熱可塑性プラスチックをスタンピング成形
して、骨格層を形成した後、同一の型枠を用いて射出圧
縮成形により繊維を含まない熱可塑性プラスチックの表
皮層を繊維強化熱可塑性プラスチックの骨格層の表面に
一体的に構成せしめることを特徴とする複合樹脂成形加
工法。
【請求項２】上記骨格層の形成後に上記成形型枠を一
定距離移動させて、表皮層を形成する側の骨格層表面と
型枠との間に間隙を形成し、繊維を含まない熱可塑性プ
ラスチックの所定量を射出した後、加圧充填することを
特徴とする請求項１記載の複合樹脂成形加工法。
【請求項３】上記繊維強化熱可塑性プラスチックが、
熱可塑性プラスチック中に６mm以上３０mm以下の強化繊
維を３０重量％以上５０％重量以下の割合で分散させた
ものであることを特徴とする請求項１または２記載の複
合樹脂成形加工法。
【請求項４】上記表皮層を形成する繊維を含まない熱
可塑性プラスチックに無機材質フィラーを１０重量％以
上４０重量％以下配合したことを特徴とする請求項１、
２または３記載の複合樹脂成形加工法。