JPH11245258A - 結晶性熱可塑性樹脂の成形法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶性熱可塑性樹脂の射出成形において、表
面不良の少ない成形品を得る方法を、複雑な装置や金型
を使用せず経済的に提供する。 【解決手段】 結晶性熱可塑性樹脂の射出成形におい
て、樹脂充填工程前に金型のキャビティの表面上に、金
型表面温度よりも沸点の高い液体を液膜として存在さ
せ、ついで樹脂を充填する射出成形法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は結晶性熱可塑性樹脂
の射出成形法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂の成形において、通常、金
型の温度は成形樹脂の固化する温度よりも十分に低い温
度に保たれる。これは、熱伝導性が著しく低い樹脂素材
を、短時間で溶融状態から、成形品として取り出せる温
度にまで冷却するために必要なことである。また、金型
表面状態を高度に成形品に転写するには粘度が低い状態
の樹脂を高い圧力で金型に押しつける必要がある。しか
し、樹脂の固化温度よりも金型温度が低いと、樹脂充填
と樹脂の固化が同時に進行することになり、フローフロ
ント付近で金型に接触した樹脂は、急激に冷却され粘度
が高くなるとともに、金型表面に低い圧力で押し付けら
れた状態で固化するため、金型表面状態を高度に成形品
に転写することは困難となる。このため通常の射出成形
では、光沢ムラ、ウェルドライン、フローマーク、ジェ
ッティングなどの外観不良や、薄肉部品ではショートシ
ョットを起こすこともある。

【０００３】そこで、金型表面の転写性を高め、外観不
良をなくすためには、樹脂充填工程中の樹脂の固化を防
止したり、最小限にとどめることが必要となる。熱可塑
性樹脂の射出成形等では、成形サイクルタイムを長くせ
ず、経済的に金型表面転写性を高めることが常に要求さ
れてきた。金型表面転写性を高める手段として、これま
で種々の方法が提案されており、例えば、次のような方
法がある。 金型に熱媒と冷媒を交互に流して金型表面の加熱、
冷却を繰り返す方法（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ，ＶＯＬ．３４（Ｊｕｎｅ） Ｐ．１５０（１９
８８）等）、 成形直前に高周波誘導加熱で金型表面を選択的に加
熱する方法（米国特許第４４３９４９２号明細書等）、 金型表面に絶縁層と導電層を設け、導電層に通電し
て加熱する方法（Ｐｏｌｙｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．，Ｖｏ
ｌ．３４（１１） Ｐ．８９４（１９９４）等）、 金型表面を輻射加熱する方法（合成樹脂、Ｖｏｌ．
４２（１） Ｐ．４８（１９９６）等）、 金型表面を断熱層で被覆し、成形樹脂自身の熱で金
型表面を加熱しつつ成形する断熱層被覆法（米国特許第
５３６２２２６号明細書、ＷＯ９７／０４９３８等）、 これらはいずれも射出成形時に金型表面を加熱しつつ成
形する方法で、射出された溶融樹脂が金型壁面に押し付
けられる時に金型表面を該樹脂の固化温度付近もしくは
それ以上に加熱されていることにより金型表面転写性を
良くする成形法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、結晶
性熱可塑性樹脂の成形において、表面不良の少ない外観
良好な製品を得る方法を経済的に提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは研究の結
果、従来考えられていた金型表面を加熱することにより
金型表面転写性を改良する手法とは全く異なる方法によ
り、金型表面状態が成形品に高度に転写できることを見
いだし本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、 １． 結晶性熱可塑性樹脂の射出成形において、樹脂充
填工程前に金型のキャビティの表面上に、金型表面温度
よりも沸点の高い液体を液膜として存在させ、ついで樹
脂を充填する事を特徴とする射出成形法、 ２． 金型表面温度よりも沸点の高い液体が水であるこ
とを特徴とする上記１の射出成形法、 ３． 結晶性熱可塑性樹脂がポリアセタール樹脂である
事を特徴とする上記１の射出成形法、 である。

【０００６】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
使用できる樹脂は、結晶性熱可塑性樹脂である。結晶性
熱可塑性樹脂としては、例えばポリアセタール樹脂、ポ
リエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテ
レフタレート樹脂等がある。該結晶性熱可塑性樹脂に
は、結晶性熱可塑性樹脂が主成分の熱可塑性ポリマーア
ロイも含まれる。更にこれらの樹脂は、通常使用する添
加剤、充填材、着色剤等を加えたものでもよい。添加剤
としては、例えば、酸化防止剤、難燃化剤、離型剤、着
色剤、滑剤、耐熱安定剤、耐候性安定剤、防錆剤、抗菌
剤等を添加することができる。充填材としては、例え
ば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、
チタン酸カリウム、アスベスト、炭化ケイ素、セラミッ
ク、窒化ケイ素、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、カオ
リン、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、セリ
サイト、ゼオライト、マイカ、雲母、ネフェリンシナイ
ト、タルク、アタルパジャイト、ウオラストナイト、Ｐ
ＭＦ、フェライト、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウ
ム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、酸化亜鉛、酸化チ
タン、酸化マグネシウム、酸化鉄、二硫化モリブデン、
グラファイト、カーボンブラック、石膏、ガラスビー
ズ、ガラスバルーン、ガラスフレーク、石英、石英ガラ
ス、アパタイト、ステアリン酸カルシウム等の充填材が
あげることができ、これらは中空であっても良い。また
これらは２種類以上を併用することが可能であり、必要
によりシラン系、チタン系等のカップリング剤で予備処
理して使用することができる。

【０００７】本発明に述べる樹脂の固化温度は、溶融し
た熱可塑性樹脂が金型内で固化する温度であり、即ち結
晶化開始温度である。ここで結晶化開始温度は、示差熱
量計を用いて樹脂を成形時の温度まで加熱し溶融させた
後、２０℃／分の速度で冷却し、樹脂の結晶化による発
熱が最初に認められる温度とする。非相溶系ポリマーア
ロイにおいては、海島構造の海を構成する結晶性樹脂
の、結晶化開始温度である。

【０００８】樹脂充填工程前にキャビティ表面上に存在
させる液体とは、フローフロントで溶融樹脂がその液膜
に接する直前まで液体の状態であることが必要で、それ
故、金型表面温度よりも沸点が高い事が必要である。こ
こで、金型表面温度とは、樹脂充填直前の金型の表面温
度であり、一般には金型表面温度計で測定される。ま
た、沸点以外に液体に要求される特性としては、樹脂充
填工程中に樹脂に完全に吸収されない程度の比較的低い
相溶性をもち、かつ樹脂を劣化させないこと、金型や成
形する環境に対し危険性がないことなどがあげられる。
具体的には水、イソプロピルアルコールやエチレングリ
コールなどのアルコール類などであり、使用する熱可塑
性樹脂により最適な物が選択される。成形時の危険性及
びコストを考慮すると、水が好適である。また薄い液膜
を効果的に形成するため、極微量の界面活性剤を上記液
体に添加することも有効である。

【０００９】キャビティ表面上に存在させる液体の量
は、フローフロントで樹脂が金型に直接接触しない程度
の量であれば良く、キャビティ表面に均一に存在させた
場合液膜の厚みは５〜１００μｍであることが好まし
い。液体量が少なすぎると、樹脂充填中に液膜が部分的
に切れて転写ムラが発生し、液体量が多すぎると、フロ
ーフロントで樹脂が液体に接したときに、樹脂が冷却固
化してしまいうため好ましくない。

【００１０】液体をキャビティ表面に存在させる方法と
しては、成形前にあらかじめキャビティ表面に液体をス
プレーなどで塗布したり、金型が開いた状態で液体の蒸
気を吹き付けキャビティ表面に液体を結露させたりする
方法や、金型を閉じた状態で金型のスプル、ランナーも
しくはキャビティ部分から、スリットや多孔質入れ子を
通して、樹脂充填工程前に蒸気の状態で導入し、キャビ
ティ表面に液体を結露させて液膜を作成する方法があ
る。

【００１１】また金型のスプル、ランナーもしくはキャ
ビティ部分の非意匠面部に予め適量の液体を存在せし
め、溶融樹脂が当該部を通過する際、該液体に接触する
ことで蒸気を生じさせ、その蒸気を溶融樹脂に先行して
キャビティ部分の意匠面に導入し結露させ、液膜を形成
する方法がある。この時の液体の供給方法としては、金
型が開いている際にスポイト等で供給する方法もある
が、量産を考慮するとスプル、ランナーもしくはキャビ
ティ部分の非意匠面部にスリットや多孔質入れ子を通し
て供給する方法が好適である。

【００１２】また更に、効果的に液膜を形成させる方法
として、キャビティの意匠面部分を表面処理し、該表面
と液膜を形成する液体との親和性を高める方法がある。
表面処理の例として、例えば該液体と親和性の高い物質
を、外観に影響の出ない程度に物理的または化学的に蒸
着させたり、または塗布する方法等がある。キャビティ
の構造としては、樹脂充填によりキャビティ外に押し出
される過剰の液体や液体の気化物をキャビティ外に速や
かに排出するために、一般にキャビティのガス抜きに用
いられる金型構造を用いることが望ましく、キャビティ
外周のパーティング面に設けたスリット、金型入れ子や
突き出しピンの隙間、ガス抜きピン、多孔質焼結体でで
きた入れ子などが使用できる。特に、成形品にリブやボ
スなどがある場合には、キャビティのリブ、ボス先端部
にガス抜き構造をつけることが好ましい。

【００１３】キャビティ内に樹脂を充填した後は、金型
表面状態を成形品に転写するため、成形品表面が固化す
るまでキャビティ内の樹脂に十分な圧力を与えることが
望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に実施例、比較例を用いて本
発明の効果をさらに具体的に説明する。射出成形に使用
した樹脂は、ポリアセタタール（ＰＯＭ）（旭化成工業
製テナック−Ｃ ４５２０）、ポリエチレン（ＰＥ）
（旭化成工業製サンテックＪ２４０）である。

【００１５】液体としては、蒸留水、純度９９％以上エ
チレングリコール、イソプロピルアルコールを使用し
た。成形機は住友重機械工業製ＳＧ５０を使用した。成
形品は厚み２ｍｍで縦横各１００ｍｍの正方形平板であ
る。金型の構造を図１に示す。金型表面は鏡面とした。
成形品中心に直径８ｍｍのダイレクトゲート１を設け、
スプル２の長さは５８ｍｍ、ノズルタッチ部３の直径を
３．５ｍｍとした。金型のキャビティ外周にはガス抜き
のための深さ０．０５ｍｍのベントスリット４と排気溝
５、および排気溝５から金型外に通じる孔６を設けた。
金型表面は成形前にヘキサンおよびアセトンを用い洗
浄、脱脂した。

【００１６】成形品の表面光沢測定には、スガ試験機製
変角光沢計ＵＧＶ−５Ｋを用いた。

【００１７】

【実施例１】表面温度３０℃のキャビティに、水をスプ
レーで塗布後、液滴が結合しない程度にキャビティ上で
薄く延ばした。水は拭き取られた量も入れて約１ｍｌ使
用した。樹脂温度２００℃のポリアセタールを充填時間
０．６秒で充填し、シリンダ内樹脂圧力５０ＭＰａで１
０秒間保圧し、２０秒間冷却した後成形品を取り出し
た。得られた成形品の鏡面部の表面光沢を測定した結
果、６０度鏡面光沢度９２で、表面光沢に優れることが
確認された。

【００１８】

【実施例２】キャビティ表面に塗布する液体をエチレン
グリコールとし、それ以外は実施例１と同様にして成形
品を得た。得られた成形品の表面光沢を測定した結果、
６０度鏡面光沢度７８で、表面光沢に優れることが確認
された。

【００１９】

【実施例３】キャビティ表面に塗布する液体をイソプロ
ピルアルコールとし、それ以外は実施例１と同様にして
成形品を得た。得られた成形品の表面光沢を測定した結
果、６０度鏡面光沢度７７で、表面光沢に優れることが
確認された。

【００２０】

【実施例４】樹脂にポリエチレン用い、樹脂温度を１９
０℃、保圧力４０ＭＰａとした以外は、実施例１と同様
にして成形品を得た。得られた成形品の表面光沢を測定
した結果、６０度鏡面光沢度１０４で、表面光沢に優れ
ることが確認された。

【００２１】

【実施例５】キャビティ表面に塗布する液体をエチレン
グリコールとし、それ以外は実施例４と同様にして成形
品を得た。得られた成形品の表面光沢を測定した結果、
６０度鏡面光沢度１０４で、表面光沢に優れることが確
認された。

【００２２】

【比較例１】キャビティ表面に液体を塗布せずに、それ
以外は実施例１と同様にして成形品を得た。得られた成
形品の表面光沢を測定した結果、６０度鏡面光沢度６４
と表面光沢が劣ることが確認された。

【００２３】

【比較例２】キャビティ表面に液体を塗布せずに、それ
以外は実施例４と同様にして成形品を得た。得られた成
形品の表面光沢を測定した結果、６０度鏡面光沢度９７
と表面光沢が劣ることが確認された。実施例、比較例の
結果をまとめて表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】本発明によって、通常よりも低い金型温
度でも表面不良の少ない外観良好な製品を得ることが可
能となるため、従来、成形品の外観が悪い場合にやむを
えず施されていた塗装などの後工程が不要になったり、
良外観を得るために金型温度を高く設定し、長い冷却時
間が必要であったものが通常以下の短いサイクルで成形
できるなど、大幅なコストダウンができるなどの効果が
期待できる。

【００２６】また本発明の成形法で成形されるこれらの
成形品は、光沢度の向上などの効果があるだけでなく、
樹脂充填工程時に発生する成形品表面付近の内部ひずみ
が低減され、耐候性、耐磨耗性、耐薬品性の向上などの
効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例、比較例において使用した金型
の構造を表す（ａ）断面図であり、（ｂ）移動側平面図
である。

【符号の説明】

１ ゲート ２ スプル ３ ノズルタッチ部 ４ ベントスリット ５ 排気溝 ６ 排気溝から金型外に通じる孔 ７ Ｏリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶性熱可塑性樹脂の射出成形におい
   て、樹脂充填工程前に金型のキャビティの表面上に、金
   型表面温度よりも沸点の高い液体を液膜として存在さ
   せ、ついで樹脂を充填する事を特徴とする射出成形法。
2. 【請求項２】 金型表面温度よりも沸点の高い液体が水
   であることを特徴とする請求項１の射出成形法。
3. 【請求項３】 結晶性熱可塑性樹脂がポリアセタール樹
   脂である事を特徴とする請求項１の射出成形法。