JPH081698A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法およびそれに用いる金型 - Google Patents

繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法およびそれに用いる金型

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JPH081698A
JPH081698A JP6133093A JP13309394A JPH081698A JP H081698 A JPH081698 A JP H081698A JP 6133093 A JP6133093 A JP 6133093A JP 13309394 A JP13309394 A JP 13309394A JP H081698 A JPH081698 A JP H081698A
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thermoplastic resin
reinforced thermoplastic
fiber
cavity
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Masato Matsumoto
正人 松本
Takeo Kitayama
威夫 北山
Satoru Funakoshi
覚 船越
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】下金型のキャビティ面に樹脂の溶融温度以上に
加熱された繊維強化熱可塑性樹脂シートを載置し、型締
し、冷却後、上下金型を開放して繊維強化熱可塑性樹脂
成形体を製造する方法において、上下方向に摺動可能な
複数のホールドピンを型内に有する下金型を使用し、該
ピンを下金型面からキャビティ内に突き出した後、加熱
された繊維強化熱可塑性樹脂シートをキャビティ面に接
しないように該ピンの上に載置し、次いで金型を閉じな
がら、上金型のキャビティ面が該シートと接する直前で
ホールドピンを下金型内に収納し、クリアランスが最終
製品厚になるまで型締を行ない、冷却後、成形体を取り
出すことからなる繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方
法。 【効果】一回の成形処理でリブやボスなどの凸起形状を
有する表面外観に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を
製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は繊維強化熱可塑性樹脂成
形体の製造方法およびその製造方法に適したシートスタ
ンピング成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、軽量で、リブやボスなどの凸
部部分を持つ繊維強化熱可塑性樹脂成形体はよく知られ
ており、その製造法としても、複数本のストランド状強
化繊維束に針を突き刺し、各繊維を互いに絡まり合わせ
たマット状ストランド強化繊維と熱可塑性樹脂を積層
し、加熱、加圧して得られる（ラミネート法）シート
や、直径３〜３０μｍ、長さ３〜５０ｍｍの強化繊維と
熱可塑性樹脂粉末を水溶液中に均一に分散させ、これを
抄紙して不織材料を得、次いで加熱、加圧して得られる
（抄紙法）シートなどの繊維強化熱可塑性樹脂シートを
加熱し、所定の形状の金型でプレス成形するいわゆるシ
ートスタンピング成形法が知られている。
【０００３】しかし、従来のシートスタンピング成形法
では、繊維強化熱可塑性樹脂シートを樹脂の溶融温度以
上に加熱する際に、強化繊維が該シートの表面に浮きだ
し、この状態で低温の金型上に載置されるために、金型
面に接した繊維強化熱可塑性樹脂シート表面は強化繊維
が浮きだしたままでプレス開始前に固化され、その後プ
レス成形しても得られた成形体の表面は強化繊維が浮き
だしたままとなって外観不良が生じるという問題があっ
た。また、金型面に成形体のリブやボス等の凸部部分に
対応する凹部が設けられている場合には、上記の金型面
での樹脂の固化のために繊維強化熱可塑性樹脂シートの
流動性が低下し、該凹部に熱可塑性樹脂や強化繊維が十
分に充填されず、得られた成形体の凸部部分が不完全な
形状となったり、充填不足により強度が低下するなどの
問題があった。
【０００４】かかる問題の解決のために、たとえば外観
を改善する方法として、加熱軟化した繊維強化熱可塑性
樹脂シートの表面に熱可塑性樹脂シートを積層して加圧
成形する方法（特開平４−２２３１６０号）が提案され
ている。しかし、この方法では成形時に熱可塑性樹脂シ
ートを載置、積層する工程が新たに必要となり、また、
使用できるシートも限られるなどの問題もあって、必ず
しも満足できるものではなかった。また、成形体のリブ
やボス等の凸起部分に熱可塑性樹脂や強化繊維を充填さ
せる方法として、該凸部部分に対応する金型の凹部上
に、該凹部を満たすに十分な量の加熱軟化した繊維強化
熱可塑性樹脂シートを載置し、加圧して予め金型の凹部
に熱可塑性樹脂や強化繊維を充填させ、その後、再度加
熱軟化した繊維強化熱可塑性樹脂シートを金型面に載置
して加圧成形して、先に形成させた金型の凹部と一体化
させる方法（特開平１−１０１６７号）が提案されてい
る。しかし、この方法も成形処理を二回行なうことが必
要となり、成形サイクルが長くなるという実用上大きな
問題がある。このため、熱可塑性樹脂シートを使用する
ことなく、また、成形処理を繰り返すことなく、一回の
成形処理で、リブやボス等の凸部部分にも熱可塑性樹脂
や強化繊維が十分に充填され、しかも表面外観の良好な
繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造法の開発が強く要望
されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
本発明者らは熱可塑性樹脂シートを使用することなく、
また、成形処理を繰り返すことなく、一回の成形処理
で、リブやボス等の凸部部分にも熱可塑性樹脂や強化繊
維が十分に充填され、しかも表面外観の良好な繊維強化
熱可塑性樹脂成形体を製造するための方法について鋭意
検討の結果、本発明に至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、開
放状態にある上下金型間の、下金型のキャビティ面に樹
脂の溶融温度以上に加熱された繊維強化熱可塑性樹脂シ
ートを載置し、次いで両金型を閉じて型締し、冷却後、
上下金型を開放して繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造
する方法において、キャビティ内に突出可能に上下方向
に摺動可能な複数のホールドピンを型内に有する下金型
を使用し、該ピンを下金型面からキャビティ内に突き出
した後、樹脂の溶融温度以上に加熱された繊維強化熱可
塑性樹脂シートを該シートが下金型のキャビティ面に接
しないように該ピンの上に載置し、次いで金型を閉じな
がら、上金型のキャビティ面が該シートと接する直前で
ホールドピンを下金型内に収納し、クリアランスが最終
製品厚になるまで型締を行ない、冷却後、上下金型を開
放して成形体を取り出すことを特徴とする繊維強化熱可
塑性樹脂成形体の製造方法を提供するものである。
【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて、原料として使用される繊維強化熱可塑性樹脂シ
ートは、ラミネート法や抄紙法などにより製造される従
来より公知のシートがそのまま使用できるが、目的とす
る繊維強化熱可塑性樹脂成形体がリブやボス等の凸起部
分を有する場合には、抄紙法により製造される繊維強化
熱可塑性樹脂シートを用いることが好ましい。
【０００８】このような繊維強化熱可塑性樹脂シートを
形成するために使用される強化繊維としては、ガラス繊
維、カーボン繊維、アルミナ繊維、ステンレス繊維等の
金属繊維などの無機質繊維やアラミド繊維などの有機質
繊維あるいはこれらの混合物があげられるが、一般的に
は低コストで高い補強効果が得られるガラス繊維が好ま
しく、特に平均繊維径が１〜５０μｍ、平均繊維長が５
ｍｍ以上のガラス繊維が好ましく使用される。また、マ
トリックス樹脂としては、通常の押し出し成形、射出成
形、プレス成形等に用いられている熱可塑性樹脂であれ
ばいずれも適用可能であり、例えばポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリル、スチレ
ン・ブタジエン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアミ
ド、ポリカーボネート、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、ポリフェニレンエーテ
ル、スチレン・アクリロニトリル共重合体などの一般的
な熱可塑性樹脂や、エチレン・プロピレン共重合体、エ
チレン・プロピレン・ジエン共重合体などの熱可塑性エ
ラストマーあるいはこれらの混合物、これらの熱可塑性
樹脂を用いた各種ポリマーアロイ等が挙げられる。
【０００９】次に、本発明の製造方法について述べる。
本発明で使用される金型は、図１に示されるように固定
型である下金型（１ａ）と上下に移動可能な上金型（１
ｂ）とから構成されており、各金型はプレス装置（図示
せず）に取り付けられている。上下両金型は、製品形状
に応じたキャビティ面（２ａ、２ｂ）を有しており、下
金型には目的とする成形体がリブ（３）やボス（４）な
どの凸起部分を有するのであれば、その凸起形状に対応
した凹部（９、１０）が設けられている。この下金型
（１ａ）には、摺動装置（６）により型内を上下方向
（両金型の開閉方向）に摺動し、収納時にはその先端が
キャビティ面と一致するように、キャビティ内に突出さ
せる場合にはその先端がキャビティ面より３〜１５ｍｍ
程度突き出すことができるようにホールドピン（５）が
設けられている。ここで、ホールドピンは、それが収納
された状態では、キャビティ面とホールドピンの先端面
とが完全に一致して平滑なキャビティ面を形成するよう
に設けることが好ましく、また、ホールドピンの摺動面
と金型内の摺動面との間に間隙が生じないように設ける
ことが好ましい。ホールドピンの摺動装置（６）は、空
気圧、油圧などの通常の駆動装置が用いられるが、ピン
の摺動速度（移動速度）が制御できるものであれば簡単
な構造のもでよい。
【００１０】ホールドピンは、加熱により軟化された繊
維強化熱可塑性樹脂シート（８）を載置したり、成形終
了後に金型より成形体を離型するための成形体の押し出
し用に使用されるものであって、かかる機能を有するも
のであれば特にその形状は限定されないが、通常は棒状
であり、その断面は正方形、長方形などの多角形や自由
曲面などいずれでもよいが、一般には断面が円形である
円柱状のホールドピンが加工面、操作面などから好まし
い。かかるホールドピンの太さは、成形体の大きさ、ホ
ールドピンの配置状況、繊維強化熱可塑性樹脂シートの
種類や厚さなどによっても異なるが、加熱軟化した繊維
強化熱可塑性樹脂シートを支え、また成形後に成形体を
金型面から押し上げて離型させるに必要な太さであれば
よく、たとえば鋼材製で円柱状のホールドピンの場合に
は、通常その直径は０．５〜１０ｍｍである。
【００１１】ホールドピンの数や配置は、成形体の大き
さや形状、繊維強化熱可塑性樹脂シートの種類や厚さな
どにより適宜決定され、特に限定されるものではない
が、該ピンにより加熱軟化した繊維強化熱可塑性樹脂シ
ートを支えるという目的に照らして、少なくとも２本、
一般的には３本以上は必要であり、加熱軟化した繊維強
化熱可塑性樹脂シートを載置した際に、ホールドピンと
ホールドピンとの間で垂れ下がってキャビティ面に触れ
ないように配置する必要がある。図２は、図１に示す金
型例において、下金型の上方からみたホールドピンの配
置状態を示すものである。
【００１２】このような構造からなる下金型（１ａ）を
用い、上下金型を開放状態として、下金型に設けたホー
ルドピン（５）をキャビティ内に突き出す。（図３） このときの突き出し長さ（ホールドピンの先端とキャビ
ティ面との距離）は、後述する加熱軟化された繊維強化
熱可塑性樹脂シートを各ピンの先端で保持するときに、
各ピンの間で垂れ下がったシートがキャビティ面に接し
ないように、かつキャビティ面と極端に開きすぎないよ
うに調整される。熱劣化を起こさず、しかも十分な流動
性を有するまで予めオーブン等で加熱軟化された繊維強
化熱可塑性樹脂シート（８）をホールドピン（５）の上
に載せ、シート面が下金型（１ａ）のキャビティ面（２
ａ）に接しないように各ホールドピン上に該シートを載
置、保持する。（図４）
【００１３】ここで、予熱温度が低すぎると十分な流動
性が得られず、また高すぎると熱劣化が生じたり操作が
困難となるため、適切な予熱温度が選択される。この予
熱温度は使用する繊維強化熱可塑性樹脂シートを構成す
る強化繊維や熱可塑性樹脂の種類などによっても異なる
が、代表的なシートである強化繊維としてガラス繊維
を、熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを用いた繊維強
化熱可塑性樹脂シートの場合には、通常１８０〜２５０
℃の範囲である。
【００１４】尚、成形体の表面に表皮材（１１）を貼合
することを所望する場合には、ホールドピンに載置する
前の、あるいはホールドピンに載置した後の加熱軟化さ
れた繊維強化熱可塑性樹脂シート上に表皮材を載置する
か、図８に示すように、上金型のパーティング面（７）
などに表皮材を予め保持、固定しておけばよく、熱によ
る表皮材のダメージを防ぐためには後者の方法が好まし
い。かかる表皮材は、目的とする成形体の表面加飾、ク
ッション性の付与、断熱性の付与などの各目的に応じて
適宜選択されるが、加熱軟化された繊維強化熱可塑性樹
脂シートの熱によって溶融あるいは破れることのない程
度の耐熱性を有することが必要である。このような表皮
材として、例えば紙、不織布、熱可塑性樹脂や熱可塑性
エラストマーの発泡していてもよいシートもしくはフィ
ルムなどの単独あるいはこれらの組み合わせからなる積
層体が使用され、これら表皮材の表面にシボ等の凹凸模
様、印刷などが施されていてもよい。表皮材の厚みは材
質や使用目的によっても異なるが、通常０．５〜４ｍｍ
程度である。
【００１５】ホールドピン（５）の上に加熱軟化された
繊維強化熱可塑性樹脂シート（８）を載置した後、上金
型（１ｂ）を降下させて型締を開始し、上金型のキャビ
ティ面（２ｂ）と繊維強化熱可塑性樹脂シートが接する
直前でホールドピンを下金型内に収納する。（図５） ここで、上金型のキャビティ面と繊維強化熱可塑性樹脂
シートが接する直前とは、上金型のキャビティ面と繊維
強化熱可塑性樹脂シートの間隔が、通常０．１〜５０ｍ
ｍ程度、好ましくは０．１〜３０ｍｍ、特に好ましくは
０．１〜１５ｍｍの範囲となる状態であり、両者の間隙
が全ての部分で一定でない場合には、両者が最も接近す
る部分が基準とされる。この上金型の降下速度（型締速
度）とホールドピンの下金型への収納のタイミングは極
めて重要である。ホールドピンの型内への収納速度が上
金型の降下速度（型締速度）より遅かったり、たとえ速
くてもホールドピンの突き出し長さが長い場合には、型
締過程においてホールドピンが下金型内に収納される前
にシートが上金型に押しつけられるため、ホールドピン
の先端が繊維強化熱可塑性樹脂シート中に入り込んだ
り、シートを貫通して上金型と接触し、成形体に穴があ
いたり、ホールドピンの摺動装置が損傷を受けることが
ある。このため、ホールドピンの収納速度は、ホールド
ピンの収納を開始するときの、繊維強化熱可塑性樹脂シ
ートの上下金型のキャビティ面との距離にもよるが、少
なくとも上金型の降下速度と同等またはそれより速く
し、繊維強化熱可塑性樹脂シートが上金型によって押し
つけられる状態まで型締が進行した場合には、すでに金
型内に収納されているように操作される。
【００１６】ホールドピン（５）が収納された後さらに
型締を続行することにより、加熱軟化された繊維強化熱
可塑性樹脂シートがキャビティ内を流動し、リブ（３）
やボス（４）に対応する金型の凹部（９、１０）も充満
される。（図６） キャビティクリアランスが所定の最終製品厚になるまで
型締を行ない、この状態で加圧、冷却したのち上下金型
を開放し、製品が取り出される。ここで、製品の取り出
しにあたって、上下金型を開放したのち、先のホールド
ピンをエジェクターピンとして利用するために再度突き
出し、成形体をキャビティ面から突き上げて金型からの
離型を容易にすることも可能である。ホールドピンをエ
ジェクターピンとして利用する場合には、ホールドピン
の大きさは、該ピンが円柱状であるとしてその直径を５
〜１０ｍｍ程度としておくことが好ましく、他の形状の
場合にはこれに準ずる大きさとすればよい。
【００１７】
【発明の効果】本発明の方法によれば、外観改良のため
の熱可塑性樹脂シートを使用することなく、また、成形
処理を繰り返すことなく、一回の成形処理でリブやボス
などの凸起形状を有する表面外観に優れた繊維強化熱可
塑性樹脂成形体を製造することができる。
【００１８】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明がこれによって限定されるものでない
ことはいうまでもない。
【００１９】実施例１ 図１〜図６に示される工程に従い、以下の方法によって
その断面が図７に示されるようなリブおよびボスを有す
る繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造した。尚、本実施
例では、繊維強化熱可塑性樹脂シートとして１０〜５０
ｍｍの中繊維長のガラス繊維を４０重量％含む湿式抄紙
法により得られたガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂シ
ート（厚さ３ｍｍ、目付３５００ｇ／ｍ2 ：ケープラシ
ート株式会社製）を用いた。また、金型としては、キャ
ビティ面が縦、横各４００ｍｍで、その中央部分に幅３
ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、深さ８ｍｍの溝状凹部および直
径５ｍｍ、深さ８ｍｍの円形凹部を２個有し、その中央
および４隅（隣合う２辺より各８０ｍｍの位置での交
点）の５ケ所に、その下に設けた油圧シリンダーにより
金型内を摺動してキャビティ内に突出できる直径１．５
ｍｍの円柱状のホールドピンを設けた下金型およびこれ
に対応する上下に移動可能な上金型（図１、図２）を用
いた。上記の上下金型を開放状態とし、下金型のホール
ドピンをその先端がキャビティ面より８ｍｍの高さにな
るようにキャビティ内に向けて突き出した。（図３） このホールドピンの上に、雰囲気温度を２６０℃に設定
したオーブンで２９０秒間加熱し、表面温度が２１５℃
に予熱された上記ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂シ
ートを載置した。（図４） その後、直ちに上金型を２０ｍｍ／秒の速度で降下さ
せ、上金型のキャビティ面と下金型の中央に設けたホー
ルドピン上のガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂シート
の上面との隙間が１０ｍｍとなったところでホールドピ
ンを急速に収納し、シートを下金型のキャビティ面上に
載置した。（図５） さらに上金型を降下させて型締し、加熱軟化したガラス
繊維強化ポリプロピレン樹脂シートをキャビティの空隙
部に充満させ（図６）、そのまま５０トンの型締力で９
０秒間加圧、冷却したのち上下金型を開放して図７に示
す成形体を取り出した。得られた成形体の平面部厚みは
２．５ｍｍであり、成形体の表裏両面はガラス繊維の浮
き出しもなく、外観は良好であり、またリブやボスの凸
起部にもガラス繊維およびポリプロピレン樹脂が均一に
充填されていた。
【００２０】実施例２ 表面にシボ加工を施し、裏面に伸縮性の布を裏打ちした
厚さ０．８ｍｍの塩化ビニルシートを、裏面側が下金型
に面して上金型のキャビティを覆うように、上金型パー
ティング面に両面テープで固定、保持した。（図８） 以下、実施例１と同様にして成形体を得た。但し、この
場合のホールドピンの急速な収納は、上金型のキャビテ
ィを覆うように保持されている表皮材と、下金型の中央
に設けたホールドピン上のガラス繊維強化ポリプロピレ
ン樹脂シートの上面との隙間が１０ｍｍとなったところ
で行なった。得られた成形体（図９）は、表面にシボ面
の美麗な表皮材が貼合されており、裏面はガラス繊維の
浮き出しもなく、外観は良好であり、またリブやボスの
凸起部にもガラス繊維およびポリプロピレン樹脂が均一
に充填されていた。
【００２１】比較例１ 下金型に設けたホールドピンを突き出すことなく、加熱
軟化したガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂シートを下
金型のキャビティ面に直接載置して型締を行なうこと以
外は実施例１と同様にして成形処理した。得られた成形
体は、下金型側表面にガラス繊維が浮き出した表面外観
の悪いものであり、リブやボスの凸起部にもガラス繊維
および樹脂が十分に充填されていなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用される金型例の断面概略図であ
る。
【図２】本発明で使用される下金型例のキャビティ面平
面図である。
【図３】本発明の製造方法において、ホールドピンを突
き上げた状態を示す概略図である。
【図４】本発明の製造方法において、ホールドピンの上
に加熱軟化した繊維強化熱可塑性樹脂シートを載置した
状態を示す概略図である。
【図５】本発明の製造方法において、型締を開始したの
ちホールドピンを収納したときの状態を示す概略図であ
る。
【図６】本発明の製造方法において、型締を完了したと
きの状態を示す概略図である。
【図７】本発明の製造方法により得られた成形体の断面
を示す。
【図８】本発明の製造方法において、表皮材を上金型の
パーティング面に固定したときの例を示す金型概略図で
ある
【図９】本発明の製造方法により得られた表皮材貼合の
成形体の断面を示す。
【符号の説明】
１ａ：下金型 １ｂ：上金型 ２ａ：下金型キャビティ面 ２ｂ：上金型キャビ
ティ面 ３：リブ ４：ボス ５：ホールドピン ６：ホールドピン摺
動装置 ７：上金型パーティング面 ８：繊維強化熱可塑
性樹脂シート ９：リブ対応凹部 １０：ボス対応凹部 １１：表皮材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｃ 70/06 // Ｂ２９Ｋ 101:12 309:08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】開放状態にある上下金型間の、下金型のキ
    ャビティ面に樹脂の溶融温度以上に加熱された繊維強化
    熱可塑性樹脂シートを載置し、次いで両金型を閉じて型
    締し、冷却後、上下金型を開放して繊維強化熱可塑性樹
    脂成形体を製造する方法において、キャビティ内に突出
    可能に上下方向に摺動可能な複数のホールドピンを型内
    に有する下金型を使用し、該ピンを下金型面からキャビ
    ティ内に突き出した後、樹脂の溶融温度以上に加熱され
    た繊維強化熱可塑性樹脂シートを該シートが下金型のキ
    ャビティ面に接しないように該ピンの上に載置し、次い
    で金型を閉じながら、上金型のキャビティ面が該シート
    と接する直前でホールドピンを下金型内に収納し、クリ
    アランスが最終製品厚になるまで型締を行ない、冷却
    後、上下金型を開放して成形体を取り出すことを特徴と
    する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
  2. 【請求項２】上金型と繊維強化熱可塑性樹脂シートの間
    に表皮材を載置することからなる請求項１に記載の繊維
    強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
  3. 【請求項３】上下金型を開放後、ホールドピンをキャビ
    ティ方向に突き出し、得られた繊維強化熱可塑性樹脂成
    形体を下金型のキャビティ面より離型させることからな
    る請求項１または２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形
    体の製造方法。
  4. 【請求項４】上下一対からなる金型であって、下金型内
    に、キャビティ内に突出可能に上下方向に摺動可能な複
    数のホールドピンを有することを特徴とするシートスタ
    ンピング成形用金型。
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