JPS62231713A - 予め加熱された材料を用いる真空圧縮成形方法 - Google Patents

予め加熱された材料を用いる真空圧縮成形方法

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JPS62231713A
JPS62231713A JP62063663A JP6366387A JPS62231713A JP S62231713 A JPS62231713 A JP S62231713A JP 62063663 A JP62063663 A JP 62063663A JP 6366387 A JP6366387 A JP 6366387A JP S62231713 A JPS62231713 A JP S62231713A
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  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
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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】 産業上の利用分野 本発明は、真空圧縮成形法に関し、殊に真空を利用して
材1:゛]を圧縮成形する方法に関する。
従来技術の問題点 圧縮成型法は、繊維強fヒプラスチック(FRP)部品
の製造にしばしば用いられる技術である。硬化しうる(
a1脂を禽むit f’lが成形空洞を形成する」一方
ダイス及び下方ダイスを有する加熱されたダイス間に供
給される。ダイスは近接位置に移動されて、その位置で
ダイスは材料を圧縮して材T21を流動さき、成形空洞
内を満たず。樹脂が硬化した後、モールドが開かれて、
成型品が取り出される。
圧縮成形法は、自動車の外装パネルのような、比較的Y
らな表面を有する部品の製造に用いられてきた。そのよ
うな部品の製造に用いられる材料は、−・最に補強用繊
維や様々な充填材を含んだ熱硬化性樹脂である。材T′
lは、屡々シート状に成形されており、そのような材料
は当該技術においてシー1へ状成形配合材II(SMC
)として知られている。遺憾ながら、極度に平滑な表面
を持った成形部品を、晶哲のバラツキなしに一貫して提
供すると言う面で、過去においては問題があった。平滑
な表面を持った成形部品は自動車工業において要求され
ている。モールド内に成形材料を不均等に充填すると、
成型された部品内に空気が捕捉されて、「ず」もしくは
多孔構造が出来てしまう。不均等な充填によって、モー
ルド内で材料の揚成素材が不均等に分散される原因にも
なる。「ず」の発生と素材、殊に補強繊維の不均等な分
散は表面の非下滑性の問題を生じる。眉間に空気が捕捉
されると、部品に気泡を生じ、耐久性を劣rヒさU゛る
フェイズカス(Fuzckus)笠にり・えられた19
711年の米国特許第3,840.239号の明細書の
記載によれば、表面の欠陥を減少させるために多くの方
法が試みられた。例えば、a)材T゛1の塑性を変える
試み、b)成形圧力の増大、C)成形型の温度を低くす
る試み、d)成形型を速くけ1じて直ぐに高圧を加える
試み、e)成形配合材f’lを予め加熱する試み、f)
異なった負荷荷重を4える試み、g)モールド内の背圧
を大きくするたy)に高濃度の成形配合材料を用いる試
み、11)モールドの7曹抜きを早めに行う試み、i)
セミポジティブモールドの使用などである。上記特許の
所有者は、それらの何れもが、〔す」もしくは多孔構造
の発生を回避するのに成功しなかったと述べている。
空気の捕捉を回避するために用いられた池の方法は、モ
ールドの比較的狭い面積を覆う比較的薄い材料を用いる
ことである。この着想は、モールドをゆっくりと閉じる
ことにより、材t″1中の空気を押し出すことを狙って
いる。材料を予め加熱することは、生産性が悪くなる傾
向を持つ、何故ならば、ダイスの加熱温度を低下させる
必要があり、さもないと材1゛1が流動してモールドを
満たす前に硬fヒするかr、である。&eつで、SMC
材f’lを了・め力lI熱することは何等の実質的な1
+1益を与えないと考えられていた3 近年、[イン・モールド・コーティング」技術として知
られる技法が広く利用されるようになってきており、商
業的に満足できる平滑な仕上がりを持った繊維強fヒプ
ラスチック(FRr)部品3提供できる。このイン・モ
ールド・コーティング技術は1例えばヴアン・エラセン
(van Es=cn)笠に与えられた米国特許第・1
.081,578号に記載されている。簡単に説明する
と、この方法は硬1ヒした部品がモールド内にある間に
部品の表面に組成物を塗り広げ浸透させて小孔や欠損部
を充填する叶加的な工程を用いている。この技術にも若
干の欠点がある。例えば、1・1加的なコーティング作
業が高価なマシーン・タイムを消費し、単一のモールド
当たりの生産量を減少させる。比較的精巧で高価な機構
を用いて、部品の表面にコーティングを施すfヤ業を制
+nL、コーティングが確実に部品の表面に適切に接着
するよう注意しなければならない。
圧縮成形工程中に減圧を行うことについては、上述の米
国特許第3.8/10,239号、及びゴルズフ(Go
rsucb)等の[成形における真空及び池の1条1′
トに起因するSMC成形物の表面の多孔性及び下層性I
と題する論文(リインフォースト・プラスティックス/
コンポジット・インスティテユー1−の第33回、19
78年年次技術会議、プラスチック インダストリー・
インコーホレーテッド発行、第9−17章、第1〜7頁
9照)に記載されている。
更に最近になって、本発明の譲り受は人は、イン・モー
ルド・コーティング技術を用いることなく、真空を利用
して満足な成形部品を成をすることに成功している9例
えば、米11i1!t!?許第・・1.・188.86
2ひ、第一’1,551,085号及び「真空を利用し
たit F+の圧縮成形(Coml+ression 
Mo1diB a Chargc Using Vac
uu+s)、1と題するアーイセラ(lsclcr)等
の米国17J↑出願第640.・170号を5!′I(
(されたい。
問題点を解決する手段 本発明によれば、硬1ヒ性を有する樹脂を含有する材料
を、圧縮成型によって成型して、平滑な表面を持った部
品を製造する方法が開示される。本発明の方法では、材
料をモールド内に入れる前に、材i′1を予め加熱する
工程を含んでいる。成形用ダイスは半ば閉じた状態に移
動されて、一方のダイスが材料から術れた状態に筺ちな
がら成形空洞を減圧する。然る後、ダイスを速やかに閉
じて、材PIの粘度−1−j7.もしくはがゲルfヒが
進行する前に、材料を空洞内に行き渡らせ、充填する。
樹脂が硬化した後に、ダイスをi、ji、lいて部品を
ダイスから取り出す。
本発明の利点の最たるものは、部品を成型するのに要す
る作業時間がかなり短縮されることである。これは、同
一の装置でより多くの部品を製造でき、b゛Cって製造
コストを減少するので、ri″iめて重要な経済的利益
をしたらず。これらの利点は、部品の重賞を犠ttにす
ることなしに、全て達成できる。
本発明の利点は、添1f図面を参照して、以下の説明を
一読することによって、5業技術の熟達−11には明ら
かとなろう。
実   施   例 本発明は、S M C071から部品を成型する場かに
利用価値がある。本発明の目的から、S M C材料は
熱硬1ヒ性樹脂と補強繊維とを含んだ材71であり、そ
の樹脂は遊な官能基によって硬化するタイプの樹脂、即
ち所定の硬fヒ温度に達したとき急速に重合するモノマ
を有する樹脂である。典型的なSMCvA脂としては、
ポリエステル樹脂であって、それは一般に不飽和ポリニ
スデル樹脂とスチレンのような架橋結合可能なモノマと
の混な物がある。
市販のS M CNr”lとしては、米国のザ・バッド
ア7/コノ、パニー(TI+c I)udd Co+n
pany) W2JのC1ass^200SMC、プリ
ミックス インコーホレーテッド(1’rc++lix
 Inc、)製のI’re+aiHlns S M C
、オウエンス・コーニング・ファイバグラス(Owen
s−Corn i++HFilJcrHIasq) ”
34の SmooLl+ 5urface SMCがあ
る。適切なSMC材料の池の例としては、上述のフ7・
ン エツセ>’(v旧+ E*!jcn)笠の米国特許
第4.081.578号、米国特許第4.0G7.8−
15号、第一1.%0,538号、・■びに本件出願の
譲り受は人に譲渡された米国1?許第・1.535.1
10号及びアイセラ(Isclcr)笠の米国特許出願
第790.096号(1985イr、10月220出願
、発明の名称:Pbasc″5tabilized P
o1iesLer Mo1dinHMuLcrial)
に開示されている。
本発明では、SMCシートは成形される前に予め加熱さ
れる。この予熱工程は、第11]において工程11で示
されている。SMC材料は、120〜180°F、即ち
約・18〜82℃の温度に加熱される。120°F即ち
・・18℃以下の加熱では、材v1の流動及び硬fヒに
関して有怠義な硬化が得られない、180°F即ち82
℃以上の加熱では、材料がゲル1ヒする前に材料が成形
空洞内で流動する時間が不足するので有利ではない。
予熱工程は、様々な態様で行なわれ得るが、例えばS 
M Cシートを炉内で加熱する。しかしながら、SMC
を誘電加熱するのが望ましい、その理由は、材料が分子
運動によって加熱されるので、僅かな時間内で、材料の
隅々まで均等に加ス(5されるからである。誘電加熱装
置は、一般に高周波エネ・ルギ源(Source or
 radio rrequc++cy energy)
に接続された2投の電極板からなる。材「1は2枚の電
極板間に誼かれて高周波電界(ltF field)を
11.え、通常、毎秒70〜80百万サイクルの高周波
ニオ・ルギの2速な変動による分子間IT擦によって発
熱する。市販の好適な誘電加熱装置としては、ダプリュ
・ティー・う・ローズ・アソシェーツ・インコーホレー
テッド(W、T、 La1lo!3c and へ5s
ociate二:。
Inc、)製のモデルNo、07FMCがある。
第2[7Iをも参照して、予熱された材f’lは概括的
に12で示したモールド内に置かれる。モールド12は
、上方ダイス14及び下方ダイス16をaする。下方ダ
イス16は固定盤(図示せず)上に装着されており、上
方ダイス1 tlは可動プラテン18上に装着されて、
二つのダイス間の相対的運動を制御するラム20等のf
ヤ用によって作動される。
ダイスの制御態様は通常の作業口の技量に属するので、
ここでは詳細に説明しない、上方ダ・rスト1は、雌型
表面22を有し、下方ダイス1Gは理工表面24を有す
る。成形表面22及び2 /lは、成g+2されるべき
部品の所望の形状に相当する形状の成形空洞を規定する
。成形表面の形状は、製品としての部品の形状に依存し
て勿論変1ヒする。しかしながら、本発明は、1下方フ
イート、即ち6efi2以上の表面招を有する比較的大
きく概して下漬な表面を有する部品の製造に適している
。そのような部品の一例としては、フード、デツキ・リ
ッド5ルーフ、などがあるが、それらに限定されない。
第31″ilは、このようなタイプの自動車のボディー
パネルを成型するために設計された下方ダ・Cス16の
成形表面2・1の概要を模式的に示している。
一つの成形表面は、−一)のダイス部材のに面であり、
それは他方のダ、イスの対向する表面と協働して成形π
1lIIを形成する。
第2図(A)に示されたオーブン位:aでは、ダイース
1−1.16は−1分な距離だけ互いに雛れており、第
1図の工程13によって示されたように下方ダイス16
の成形表面24上に予熱された材料%が置かれることが
できる。この実施例では、材F+%は、21父のsMc
tオフ128 、30からなる乙のとして示されている
。レート28.30は成形表面24上に適切に置かれて
、材料は成形表面2・1の総面積の/10〜803≦を
覆っている0本件出願の譲り受は人と同一の譲り受は人
に譲渡された上述の米IIl特許出願第640.470
号に記載されているように、材「lが110 %以下あ
るいは80%以上の面精を占める場合には、波打ちや不
完全なに面を持った最終製品が増大する。自動車の最外
側のボディー・パネルには、50〜75%の面精を材料
が占めるのが望ましい0通常の作業口に知られているよ
うに、成形表面上に置かれる材料の)7さ1重量、配置
はR終製品の形状によって変化する。
一般に、1枚以上の材料が用いられる場合には、それら
の材11は隙間を僅かにあけて、あるいはまったつく隙
間なしに、はぼ中央に置くのが良く、シート28.30
で示したように血かに重ねごわす゛るのがJ′毛い。図
示さItたけ↑12Gのシート28.30の各t!は、
夫々が約17′8〜1 / 4インチ、約0.3〜O,
Gc+IIのJ7さのSMC材11の1〜l1枚の単層
又は積層材1′+lであるのが望ましい。これは、池の
典型的な成形作業において、成形表面のに面積の僅か約
25%にちっと厚い6〜10枚の禎層材王1を置くのと
対照的である。本願明細書の&j東技術の項において記
載したように、かかる先?7技術は、材料中に捕捉され
た空気を絞り出すためにはモールドをゆっくり閉じるこ
とが必要であると考えられていたことに基づいていたも
のと思われる。
一旦材料%がモールド上に置かれると、次ぎの工程は第
2図(B)に15で示されたように、モールドを1′ば
閉じた位置に移動さU”ることである9更に、成形空洞
32を囲繞する閉鎖された真空室34が、上方密閉ホー
ス40が下方密閉リング52と接触する時に形成される
9゛11ば閏じた位置において、ダイス間の隙間は、出
来るだけ小さくして、IJF出されるべき空気の容積を
小さくするのが良い、−最に数インチ、即ちtoe−程
度の隙間で十分である。
好適な成型装置は、上方ダイス14を取り巻く環状のリ
ング36を持っている。この実施例では、リング36は
、矩形状の金属製のチューブでできており、その下方部
分に概して水平でドらな表面383形成している。リン
グ3Gは、複数の空気圧または液圧シリンダの作用で上
方ダイス14に関して相対的に自由に運動可能になって
いる。二つのシリンダ42.4−1が図に示されている
。モールドが開かれるとき、シリンダは、第2図(八)
に架空線で示されたように、通常は仲良している。
可Jn性のあるダイアフラムもしくは蛇腹46は、その
内側縁部が上方ダイス14の周辺部にフランジ部tt4
8を介してしっかりと固定されており、蛇Jlu 、i
 Gの外ntq縁部はリング36から延長しているフラ
ンジ50に固定されている。
第2図(n)に示した状態を実現するには、ラム20を
作動さす゛て、上方ダ・fス1.1を半ば閉じたf1γ
置に移動さI!−な+f J Lば在らない、その位置
で、密閉ホース/10はリング52と接触する。かくて
、真空室3・1は、上方ダイス14.蛇腹/lG、密閏
リング36.圧縮密閑、T−、l”2としてf1E用す
るホース・・10、部t’+ 5 =1 、及び下方ダ
イス16によって規定される。シリンダ42.44によ
って与えられる下向きの力は、成形空洞32の回りに終
kh確実な密閉を1i−えるのに役立つ。更に、これら
のシリンダは、上方ダイス14に関してリング3Gを上
方に移動させて、清掃1組みf・[け、並びに池の理由
でダイスに接近する必要がある場合に、ダイスへの接近
を容易にさ1゛るために用いられる。
真空室3.1が密閉された紙、成形空洞がT1空にされ
る。この工程は第1図において工程17で示されている
。短時間内に、可能な限り真空にすることにより、良い
結果が得られる。真空度(絶対圧力0インチog、即ら
Oc畑11G、もしくはゲージ圧力約30インチI1g
、即ち約7 G avail(:の理論的な完全真空)
及び真空にするために要する時間については下限6′t
Eはない。真空度の1−限値は、絶対圧力で凡そ10イ
ンチI1g即ち約25 craft(:(ゲージ圧力で
約20インチ11g即F)約5Qc+011C)程度で
ある。
これよリム劣る真空度では、真空室内に空気が火星に残
っていて、材Tiの表面に気泡や四部が生し7て完全な
下ぜ骨性が得られない。
成形空洞内を少なくとら10秒以内に絶対圧力で10イ
ンチ+1.以下、即ち約25 cIIIllcに減圧し
たとき、満足な結果が1ゴられた。少なくとも15秒r
1内に減圧すべきであると思われる。さもないと、モノ
マの損失が大きくなり、その結果、見11けが悪<9表
面に欠陥のある製品ができる。好ましくは、ダイスが半
ば閉じた状態になった後、絶対圧力で5イ〉′チHg即
ち12cm1lHに5秒以内に減圧する。減圧操作は、
真空源60によって達成され、それはバルブ62を介し
て′rL空室に接続されている。望ましくは、真空’L
、(j、60は予め真空にされた複数のタンク(図示せ
ず)からなり、それらは真空室に逐次的に接続される。
比較的大口径のバイブロ 4が中空のチューブ5・1に
接続されており、チューブ5・lはその表面52の真空
室に面した領域に複数の開口66を持っている。かくて
、真空夕〉′りと5°工空室3・1との間に流木の通路
ができる。中空チューブ561を、真空富閉Jf4造の
一部として用いる(表面52によって)とともに、真空
吸引のための比較的大口径の導管として用いることは特
に構造的に有利である。
成形空洞が真空にされた後、上方ダイス14は、完全に
閏じた位置に移動され、その状fぶが第2図(C)に示
されている。このモールドを閉じる工程の間に、上方ダ
イス14は材料%と接触し、ダイスから材料に熱を伝達
し、また材料に圧力をケえて、材寥1を成形空洞34内
に流動、展開、充満させる9上方ダイス14を急速に下
降させることが重要である。さもないと、例えばモノマ
と樹脂とが遊離ラジカルによる架橋結6によって粘度を
2激に増大させるような場合に、材料がゲルfヒする前
に、成形空洞内で十分に流動させ、完全に充満させるこ
とができない。SMCtt料に典型的に用いられている
このようなタイプのポリエステル樹脂は、樹脂が硬化温
度に達したとき極めて2速に硬化する傾向がある。その
ような樹脂の硬f!:、温度は、−最に250°Fから
350°F即ち120〜180°Cの間である。モール
1てを閉じる速度は、モールド上に置かれる材71の寸
法と置きがたによって幾分変fヒする。しかしながら、
成形空洞が例えば絶対圧力で10インチI1.即ち%c
m11g以下の真空度にされた後、少なくとも15秒以
内に完全に閏じられなければならない。
一実施例において、上述のアイセラ(Iqelt・r)
等の米国出願第970,097号に開示されたタイプの
数層のSMC材f’lは誘電加熱装置で約170°F即
ち約76℃の温度に予熱された。T−熱された材7゛l
は下方ダイス上に置かれた。その下方ダイスは、ボンテ
ィアツク タイプ1つのデツキ リッドの形状に対応し
た上方ダ・fスと共に成形空洞を形成するよう配置され
ていた。材↑゛Iをダイス(ダイスは約300°Fl’
!nち約1・18°Cに加熱されていた)に置いてから
2砂以内に、1一方ダイスは第2図(113)に示され
た位置に閉じられた。5秒以内に成形空洞内を絶対圧力
で約3インチI+、即ち7c Ill II &の真空
度まで減圧した。然る後、上方ダイスは約2〜8秒以内
に、第2図(C)に示したように完全に閉じ1′、れな
。ダイスは約1000〜1500psi即ち70〜10
0にヒ/c1112の圧力を材1′°1にj7えており
、Q’J115秒の開閉じた状態に渫持した陵、モール
ドを開いて部品が取り出された。
以上より、仝成形サイクルが大幅に短縮され、従って有
意義な装造効率が達成されたことが明らかである。事実
、本方法によれば、30秒以内の間モール1でをmじた
位置に保持するだけで、晶質グ)よい部品が製造できる
。以上に本発明の特定の実施例に1・1いて説明したが
、ラフ技術の熟達名には、木明細害の説明、添(=を図
面並びに特許請求の範囲の記載を一部することにより、
様々な変更が本発明の範囲に3よれることが理解されよ
う。
11、しIi?u)Iffl+itな説明第1図は1本
発明の方lLを実施する好適な工程を示す、フ17−チ
A・−トである。
第2[21(A)〜(C)は、上記方法の成形工程の様
々な段階てのモールドの断面図である。
第311は、第2図(Δ)の3−3線におりる平面図で
あって、下方ダイスの成形表面上にある材t1を示して
いる。
11号説明 12:モールド、111 :上方ダイス、16.下方ダ
イス、18ニブラテン、20:ラノ5.22・雌型に面
、2,1.雄型表面、%:材料、28.30:ε;MC
のシート、32:成形空洞、3 、′1 :真空室、3
G、管状リング、・10:上方密閉ポース、42,44
ニジリンダ、46:ダイアフラム、・18:フランジ、
52:下方密閉リング、54:チューブ、60:真空源
、62.バルブ、6゜l:パイプ、6G、開[1、出願
人: ザ バッド コノ、パニー 代理人: 弁理士 末  原  史  生同二    
同    竹   1)  吉   部下三=、二

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 [1]熱硬化性樹脂を含む材料を圧縮成形することによ
    り平滑な表面を持った部品を製造する圧縮成形方法にお
    いて、 a)材料を約48〜82℃(約120°F 〜180°F)の温度に予熱し、 b)部品の所望の形状に対応する成形空洞 を規定する対向した成形表面を有する上 方ダイスと下方ダイスとを有するモール ドを開き、 c)一方のダイスの表面上に、予熱された 材料を乗せ、 d)一つのダイスを相対的に移動させて、 成形空洞を密閉するとともに、他方のダ イスを材料から離れた状態にさせる半ば 閉じた位置にもたらし、 e)成形空洞を減圧し、 f)モールドを急速に完全に閉じて、ダイ スで材料を圧縮し、樹脂がゲル化する前 に成形空洞内に材料を充満させ、 g)樹脂が硬化するのに十分な時間に渡っ てダイスを閉じた状態に維持し、 h)ダイスを開いて部品を取り出すこと、 を特徴とする予め加熱された材料を用いる真空圧縮成形
    方法。 [2]特許請求の範囲第1項記載の方法において、 上記材料がポリエステル樹脂と補強ガラ ス繊維を含むシート状の成形配合材料であることを特徴
    とする予め加熱された材料を用いる真空圧縮成形方法。 [3]特許請求の範囲第2項記載の方法において、 モールドを完全に閉じる工程が15秒以 内に行なわれることを特徴とする予め加熱された材料を
    用いる真空圧縮成形方法。 [4]特許請求の範囲第3項記載の方法において、 上記成形空洞を減圧する工程が、10秒 以下の時間で絶対圧力約25cmHg(10インチHg
    )以下に減圧されることを特徴とする予め加熱された材
    料を用いる真空圧縮成形方法。 [5]平滑仕上げされるべき6cm^2(2平方インチ
    )以上の表面積を有する概して平坦な表面を持つ自動車
    の外層ボディ・パネルの製造方法において、 a)熱硬化性ポリエステル樹脂とガラス繊 維とを含むシート状の成形配合材料を約 48〜82℃(120〜180°F)の温 度に予熱し、 b)上記パネルの所望の形状に対応する形 状を持った成形空洞を規定するよう協働 する対向した成形表面を有する上方ダイ スと下方ダイスとを有するモールドを準 備し、 c)上記予熱された材料を下方ダイスの成 形表面の表面積の40〜80%を覆うよ う載置し、 d)上記ダイスを相対的に移動して、成形 空洞を含む領域が密閉され、一方のダイ スが材料から離れた状態に保持する、半 ば閉じた状態にし、 e)5秒以下の間に上記成形空洞内を少な くとも13cmHg(5インチHg)の真空度にまで減
    圧し、 f)2〜8秒以内に上記モールドを完全に 閉じた状態にさせて、材料がゲル化する 前に材料を成形空洞内で流動させて充満 させ、 g)ダイスを加熱することにより、材料を 120〜180℃(250〜350°F) に加熱するとともに、材料を70〜11 0Kg/cm^2(1000〜1500psi)の圧力
    で加圧し、 h)45秒を越えない時間にわたってダイ スを閉じた状態に維持した後、ダイスを 開いて部品を取り出すこと、 を特徴とする予め加熱された材料を用いる真空圧縮成形
    方法。 [6]特許請求の範囲第5項記載の方法において、 材料が一方のダイスの成形表面の50〜 75%を覆うよう載置されることを特徴とする予め加熱
    された材料を用いる真空圧縮成形方法。
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