JPH07178753A - 極薄成形品の成形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極薄成形品を射出成形する方法 【構成】 熱可塑性樹脂の射出成形法に於て、金属から
成る金型の型壁面は断熱性重合体から成る断熱層で０．
０１〜１ｍｍ厚に被覆され、金型キャビティ厚みは１ｍ
ｍ以下の極薄であり、主金型は熱可塑性樹脂の（軟化温
度−２０℃）以下に冷却された状態で射出成形する成形
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は肉厚が１ｍｍ以下の各種
極薄成形品を射出成形する方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】成形品厚みが１ｍｍ以下の極薄成形品を
射出成形する方法について、良流動性樹脂の使用、高速
射出成形、金型温度を高くする方法等が使用されて成形
されている。これらの要因の中で最も大きな影響のある
のは金型温度であり、金型温度を高くすることは極薄成
形品の成形には非常に有効である。しかし、金型温度を
高くすると、可塑化された樹脂の冷却固化に必要な冷却
時間が長くなり成形能率が下がる。このため、金型温度
を高くすることなく型内樹脂流動を良くし、又金型温度
を高くしても必要な冷却時間が長くならない方法が要求
されている。金型に加熱用、冷却用の孔をそれぞれとり
つけておき交互に熱媒、冷媒を流して金型の加熱、冷却
を繰り返す方法も行われているが、この方法は熱の消費
量も多く、冷却時間が長くなる。

【０００３】金型キャビティを形成する型壁面を熱伝導
率の小さい物質で被覆することにより金型表面再現性を
良くする方法は米国特許第３５４４５１８号明細書で射
出成形について開示されている。押出ブロー成形につい
ても、同様に型壁面を熱伝導率の小さい物質で被覆する
方法が米国特許第５０４１２４７号明細書に開示されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は金型全体の温
度を高くすることなく、しかし、金型温度を高くしたこ
とゝ同等の効果を与え、極薄成形品を良好に成形する方
法が要求されており、本発明はこの要求に答えたもので
ある。

【０００５】

【発明を解決するための手段及び作用】すなわち、本発
明は、熱可塑性樹脂の射出成形法に於て、金属からなる
主金型の金型キャビティを形成する型壁面を、熱伝導率
が０．００２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下の耐熱性重
合体からなる断熱層で０．０１〜１ｍｍ厚に被覆した金
型を用い、主金型を熱可塑性樹脂の（軟化温度−２０
℃）以下に冷却して、１ｍｍ以下の厚みの成形品を射出
成形することを特徴とする極薄成形品の成形法である。

【０００６】更に本発明は、断熱層の厚み（Ｔｄ）と金
型キャビティ厚み（Ｔｃ）の比（Ｔｄ／Ｔｃ）が０．１
以上である上記の成形法であり、更に、本発明は、断熱
層が金型キャビティを形成する型壁面の両面に被覆され
た上記の成形法である。以下に本発明について詳しく説
明する。本発明の射出成形に使用できる合成樹脂は一般
の射出成形に使用できる熱可塑性樹脂である。例えば、
スチレン重合体、ＡＢＳ樹脂、あるいはその共重合体、
ポリエチレン、ポリプロピレン（以後ＰＰと略称）等オ
レフィン重合体、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポ
リアセタール樹脂（以後ＰＯＭと略称）塩化ビニール重
合体又はその共重合体、ポリカーボネート、ポリアミ
ド、ポリエステル等の一般に射出成形に使用される熱可
塑性樹脂が使用できる。特に各種電子機器の部品に使用
されるＰＯＭ、ＰＰ、ポリカーボネート等は良好に使用
できる。

【０００７】これ等の樹脂に、各種強化材や各種充填物
を配合した場合、あるいはポリマーアロイ等とした場合
は特に大きい効果が得られる。例えば、上記の樹脂に、
ゴム、ガラス繊維、アスベスト、炭酸カルシウム、タル
ク、硫酸カルシウム、木粉等の１種又は２種以上を配合
することができる。本発明に述べる主金型材質とは、一
般に金型に用いられるものである。例えば、鉄又は鉄を
主成分とする鋼材、アルミニウム又はアルミニウムを主
成分とする合金、亜鉛合金、ベリリウム−銅合金等の一
般に合成樹脂の成形に使用されている金属金型を包含す
る。特に鋼材が良好に使用できる。尚、これらの金型材
質の室温に於ける熱伝導率は一般に、０．０５ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上である。

【０００８】本発明で断熱層に用いる耐熱性重合体とは
ガラス転移温度が１５０℃以上、好ましくは１９０℃以
上、及び／又は融点が２５０℃以上、好ましくは２８０
℃以上の耐熱性重合体である。耐熱性重合体の熱伝導率
は０．００２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、一
般の重合体はこの熱伝導率以下である。又、該耐熱性重
合体の破断伸度は１０％以上の強靭な重合体が好まし
い。破断伸度の測定法はＡＳＴＭＤ６３８に準じて行
い、測定時の引っ張り速度は５ｍｍ／分である。

【０００９】本発明で断熱層として良好に使用できる重
合体は、主鎖に芳香環を有する耐熱性重合体であり、有
機溶剤に溶解する各種非結晶性耐熱重合体、各種ポリイ
ミド等が良好に使用できる。非結晶性耐熱重合体として
は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリル
スルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンエーテル、
ポリベンツイミダゾール等である。これ等の代表的な耐
熱性重合体の繰り返し単位を次に示す。

【００１０】

【化１】

【００１１】

【化２】

【００１２】

【化３】

【００１３】

【化４】

【００１４】

【化５】

【００１５】ポリイミドは各種あるが、直鎖型高分子量
ポリイミドが良好に使用できる。一般に直鎖型高分子量
ポリイミドは破断伸度が大きく、耐久性に優れている。
本発明に良好に使用できる直鎖型の高分子量ポリイミド
の例を表１に示した。なお、Ｔｇはガラス転移温度、
又、ｎはくりかえし単位の数を表わす。

【００１６】

【表１】

【００１７】直鎖型ポリイミドのＴｇは構成成分によっ
て異り、その例を表２および表３に示した。Ｔｇが１５
０℃以上の重合体が使用され、好ましくは１９０℃以
上、更に好ましくは２３０℃以上である。

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】本発明に良好に使用できる、溶剤に溶解で
きる各種可溶性ポリイミドを表４に示す。

【００２１】

【表４】

【００２２】射出成形は複雑な形状の成形品を一度の成
形で得られるところに経済的価値がある。この複雑な金
型表面を耐熱性重合体で被覆し、且つ強固に密着させる
には、耐熱性重合体溶液、あるいは／及び耐熱性重合体
前駆体溶液を塗布し、次いで加熱して耐熱性重合体を形
成させることが最も好ましい。従って、本発明の耐熱性
重合体、あるいは耐熱性重合体前駆体は溶剤に溶解でき
ることが好ましい。

【００２３】前記の非結晶性耐熱性重合体、可溶性ポリ
イミド、あるいはポリイミド前駆体はテトラヒドロフラ
ン、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド、
Ｎ−メチルピロリドン等の各種溶剤に溶解し、本発明に
使用される。直鎖型ポリイミド前駆体は、例えば芳香族
ジアミンと芳香族テトラカルボン酸二無水物を開環重付
加反応させることにより合成される。

【００２４】

【化６】

【００２５】これ等ポリイミド前駆体は加熱して脱水環
化反応させることによりポリイミドを形成する。最も好
ましい直鎖型ポリイミド前駆体はポリアミド酸でありそ
の代表例の繰り返し単位と、それをイミド化したポリイ
ミドの繰り返し単位を次に示す。

【００２６】

【化７】

【００２７】

【化８】

【００２８】

【化９】

【００２９】

【化１０】

【００３０】上記のポリイミド前駆体のポリマーはＮ−
メチルピロリドン等の溶媒に溶かし、金型壁面に塗布さ
れる。これら耐熱性重合体溶液、あるいは耐熱性重合体
前駆体溶液には、コーティング時の粘度を調整したり、
溶液の表面張力を調整、チキソトロピー性を調整するた
めの添加物を加えたり、及び／又は金型との密着性を上
げるための微少の添加物を加えることができる。

【００３１】断熱層に使用する耐熱性重合体について、
非結晶性耐熱性重合体、ポリイミドで説明したが、本発
明は基本的にこれ等に限定されるものではない。可とう
性が付与されたエポキシ樹脂、シリコーン系樹脂等は成
形条件等によっては使用できる。本発明の耐熱性重合体
皮膜と主金型との密着力は大きいことが必要であり、室
温で０．５ｋｇ／１０ｍｍ巾以上、好ましくは０．８ｋ
ｇ／１０ｍｍ巾以上、更に好ましくは１ｋｇ／１０ｍｍ
巾以上である。これは密着した断熱層を１０ｍｍ巾に切
り、接着面と直角方向に２０ｍｍ／分の速度で引張った
時の剥離力である。この剥離力は測定場所、測定回数に
よりかなりバラツキが見られるが、最小値が大きいこと
が重要であり、安定して大きい剥離力であることが好ま
しい。本発明に述べる密着力は金型の主要部の密着力の
最小値である。

【００３２】ポリイミド等の断熱材の薄層の表面の平滑
性等を更に向上させるため、あるいは表面の耐擦傷性を
更に向上させるため、あるいは離型性を良くするため、
ポリイミド層等の厚みの１／１０付近より薄い別材質を
ポリイミド表面等に塗布することも必要に応じてでき、
本発明に含まれる。合成樹脂のシートや型物の表面に、
耐擦傷性向上のために使用されている、一般にハードコ
ートと言われている塗料を塗布することもできる。例え
ば、熱硬化型のシリコーン系ハードコート剤、特に、シ
リコーン系ハードコート剤にエポキシ系物質を配合した
密着性に優れたハードコート剤は良好に使用でき、本発
明にとって好ましいものである。又、離型性を良くする
ためにフッ素樹脂やシリコーン系重合体を塗布すること
も良好にできる。

【００３３】本発明の金型キャビティ厚み（Ｔｃ）は断
熱層を被覆した後のキャビティ厚みである。本発明で
は、断熱層が金型キャビティを形成する型壁面の片面あ
るいは両面に被覆されているが、両面に被覆されている
金型は射出される樹脂の流動性改良効果が大きく、特に
好ましい。本発明では、断熱層の厚み（Ｔｄ）と断熱層
被覆後の金型キャビティ厚み（Ｔｃ）の比（Ｔｄ／Ｔ
ｃ）値が０．１以上であることが好ましく、更に好まし
くは０．２〜５である。

【００３４】金型から成る主金型の表面を合成樹脂から
成る薄い断熱層で被覆することについては、多くの公知
文献がある。しかし、従来これ等の金型は簡易金型とし
て成形回数が少ない成形には使用できるものの、数万回
の成形に耐える本格金型には鋼鉄等の強靭な材質で型キ
ャビティを形成することがこれまでの常識である。１ｍ
ｍ以下の極薄肉の金型キャビティを高速で合成樹脂が射
出成形される場合、鋼鉄等の強靭な材質で金型キャビテ
ィを形成することが数万回の成形を行う本格金型ではこ
れまで必須と考えられている。

【００３５】我々は、これについて更に深い研究を行
い、主金型の表面を薄い耐熱性重合体で被覆しても、一
定の条件を満たす合成樹脂から成る断熱層を使用すれ
ば、極薄の金型キャビティでも数万回の射出成形に耐え
ることを発見し本発明に至る。すなわち、本発明の極薄
金型キャビティの射出成形であっても、金型に射出され
た加熱可塑化樹脂は冷却された金型壁面に接触して接触
面に直ちに固化層を形成し、引続き射出される樹脂は固
化層と固化層の間を進行し、流動先端（ｆｌｏｗ ｆｒ
ｏｎｔ）に達すると、金型壁面の方向へ向い、金型壁面
と接して固化層となる、いわゆるｆｏｕｎｔａｉｎ ｆ
ｌｏｗが保たれる。その結果、射出された樹脂は金型壁
面を上かつ押しつける様に流れ、金型壁面をひきずる様
に流れない。従って、金型表面を選択された合成樹脂か
ら成る薄い断熱層で被覆すれば、該断熱層は射出される
樹脂で直接磨耗することは無く、極薄金型キャビティが
薄肉になる程、金型壁面を断熱層で被覆する効果が大き
くなり、樹脂の流動性を著しく改良する効果が大きいこ
とを見い出した。

【００３６】本発明では、断熱層を被覆した後の金型キ
ャビティ厚みは１ｍｍ以下であり、好ましくは０．１〜
０．６ｍｍ、更に好ましくは０．２〜０．５ｍｍであ
る。これは金型キャビティの主要部の厚みであり、極部
的にこの厚みより厚い部分、あるいは／及び薄い部分が
存在する場合も含まれる。本発明では主金型の温度を熱
可塑性樹脂の（軟化温度−２０℃）以下に冷却して成形
される。好ましくは（軟化温度−２５℃）以下、室温以
上で成形される。

【００３７】本発明に於ける樹脂の軟化温度とは合成樹
脂が容易に変形し得る温度であり、非結晶性樹脂ではビ
カット軟化温度（ＡＳＴＭ Ｄ１５２５）、硬質結晶性
樹脂では熱変形温度（ＡＳＴＭ Ｄ６４８ 荷重１８．
６ｋｇ／ｃｍ2 ）、軟質結晶性樹脂では熱変形温度（Ａ
ＳＴＭ Ｄ６４８ 荷重４．６ｋｇ／ｃｍ2 ）でそれぞ
れ示す温度とする。硬質結晶性樹脂とは、ポリオキシメ
チレン、ナイロン６、ナイロン６６等であり、軟質結晶
性樹脂とは、各種ポリエチレン、ポリプロピレン等であ
る。

【００３８】断熱層の厚みは０．０１ｍｍから１．０ｍ
ｍの範囲で適度に選択される。好ましくは０．０５から
０．５ｍｍである。０．０１ｍｍ未満では効果が低く、
１．０ｍｍを越えることは不要である。厚み（ｃｍ）／
熱伝導率（ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）値が１〜５０が
本発明に特に良好に使用できる。

【００３９】

【実施例】次の金型と各物質を用いる。 主 金 型：鋼材（Ｓ５５Ｃ）でつくられたスパイラル
フローテスト用金型。型キャビティ厚みは各種厚みのス
ペーサーにより変化させる。型表面は鏡面状であり、更
に表面は硬質クロムメッキされている。鋼材の熱伝導率
約０．２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃。 ポリイミド：直鎖型ポリイミド前駆体、ポリイミドワニ
ス「トレニース＃３０００」（東レ（株）商品名）。硬
化後のポリイミドのＴｇは３００℃、熱伝導率０．００
０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃。破断伸度６０％。 ポリイミド被覆金型：主金型の可動側と移動側の両面に
ポリイミド前駆体溶液を塗布し、１６０℃に加熱して部
分イミド化し、次いで該塗布、１６０℃加熱を６回繰り
返し、最後に２９０℃まで加熱して、１００％イミド化
して０．１０ｍｍ厚のポリイミド被覆金型をつくる。 熱可塑性樹脂：ポリアセタール樹脂「テナック８５２
０」（旭化成工業（株）製） クロムメッキ表面の主金
型と、ポリイミド被覆金型を用いて、射出シリンダー圧
力を７２０ｋｇ／ｃｍ2 と１５８０ｋｇ／ｃｍ2 の２種
で射出成形を行い、その流動距離を比較し、図１と図２
に示す。ポリイミド被覆により流動距離は増大し、その
流動距離の増大割合は薄肉成形品程大きい。

【００４０】

【発明の効果】本発明の成形方により、主金型温度を高
くすることなく、経済的に極薄成形品の射出成形ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ポリアセタール樹脂のスパイロルフローテスト
の結果を示す。

【図２】ポリアセタール樹脂のスパイロルフローテスト
の結果を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂の射出成形法に於て、金属
   からなる主金型の金型キャビティを形成する型壁面を、
   熱伝導率が０．００２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下の
   耐熱性重合体からなる断熱層で０．０１〜１ｍｍ厚に被
   覆した金型を用い、主金型を熱可塑性樹脂の軟化温度か
   ら２０℃を減した温度（以下、「軟化温度−２０℃」の
   ごとく略記する。）以下に冷却して、１ｍｍ以下の厚み
   の成形品を射出成形することを特徴とする極薄成形品の
   成形法。
2. 【請求項２】 断熱層の厚み（Ｔｄ）と金型キャビティ
   厚み（Ｔｃ）の比（Ｔｄ／Ｔｃ）が０．１以上である請
   求項１の成形法。
3. 【請求項３】 断熱層が金型キャビティを形成する型壁
   面の両面に被覆された請求項１及び２の成形法。