KR102286093B1

KR102286093B1 - 섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품의 성형 방법 및 성형 장치

Info

Publication number: KR102286093B1
Application number: KR1020207007439A
Authority: KR
Inventors: 아키라 야스에; 히데키 치바; 다이스케 쿠니히로; 쇼소 니시다; 카즈야 츠지; 야스후미 후지타; 카즈키 후지타
Original assignee: 가부시끼가이샤 니혼 세이꼬쇼
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2021-08-05
Also published as: JP6884480B2; EP3685981A4; WO2019059371A1; US11472082B2; EP3685981A1; CN111093928A; JP2019055519A; CN111093928B; KR20200041924A; US20200298457A1; EP3685981B1

Abstract

본 발명은 섬유 강화 열가소성 수지로부터 압축 성형에 의해 성형품을 얻을 때, 성형 사이클을 짧게 해서 제조 비용을 작게 할 수 있고, 강도가 큰 성형품을 성형할 수 있는 성형 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은 열가소성 수지와 강화 섬유(14)를 혼련해서 섬유 강화 열가소성 수지를 얻고, 상기 섬유 강화 열가소성 수지로부터 압축 성형에 의해 성형품을 얻는 성형 방법을 대상으로 한다. 본 발명의 섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품의 성형 방법은 소정량의 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형용 금형(4)에 의해 1차 성형품을 얻는 성형 공정과, 성형용 금형(4)을 형 개방해서 1차 성형품을 인출하여 냉각용 금형(5)에 인서트하는 반입 공정과, 냉각용 금형(5)에 의해 압축해서 1차 성형품을 냉각하는 압축 냉각 공정을 포함한다.

Description

섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품의 성형 방법 및 성형 장치

본 발명은 열가소성 수지에 탄소 섬유, 유리 섬유 등의 강화 섬유가 소정의 비율로 혼합한 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 성형 방법, 및 섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품을 성형하는 성형 장치에 관한 것이다.

탄소 섬유, 유리 섬유 등의 강화 섬유와 수지를 함유하는 복합 재료로 이루어지는 성형품은 높은 강도를 구비하고 있어, 다양한 분야에 이용되고 있다. 예를 들면, 소형 선박의 선체, 수조의 탱크 등에 이용되고 있는, 소위 FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)는 강화 섬유의 시트와 열경화성 수지로부터 성형하고, 가열에 의해 경화시키고 있다. FRP는 비교적 대형의 성형품을 성형할 수 있다는 우수한 이점은 있지만, 생산성의 문제도 있다. FRP는 다양한 방법으로 성형할 수 있고, 예를 들면 열경화성 수지를 함침시킨 강화 섬유의 시트, 즉 프리프레그를 얻어 앞으로 성형품을 성형하도록 비교적 생산성이 높은 방법도 있지만, 일반적으로 성형에 필요로 하는 시간이 길어져 생산 비용이 높다. 이에 대하여, 열가소성 수지를 모재로 해서 강화 섬유를 혼합한 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 경우, 예를 들면 사출 성형에 의해 성형하거나, 프레스 성형에 의해 성형하게 되지만, 단시간으로 성형할 수 있어 제조 비용이 작다는 메리트가 있다.

압출기에 의해 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 방법은 특허문헌 1을 비롯해 다양한 문헌에 기재되어 있어 주지이다. 간단하게 설명하면, 단축 압출기 또는 2축 압출기에 의해 열가소성 수지를 용융한다. 압출기의 실린더의 소정의 위치에 있어서 실린더 내에 강화 섬유를 투입해서 혼합하고, 섬유 강화 열가소성 수지로 한다. 이것을 다이로부터 압출하여 소정의 크기의 괴상 성형물을 얻고, 이것을 금형으로 반송한다. 괴상 성형물을 압축 성형하여 성형품이 얻어진다. 사출 성형기에 의해 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 방법도 주지이다. 우선, 강화 섬유가 든 펠렛을 용융해서 섬유 강화 열가소성 수지를 계량한다. 또한, 열가소성 수지와 강화 섬유를 각각 공급해서 사출 성형기 내에서 용융·혼합하여 섬유 강화 열가소성 수지를 얻는다. 이것을 형 체결한 금형에 사출한다. 또는, 소정량만 형 개방한 금형에 섬유 강화 열가소성 수지를 사출하고, 형 체결에 의해 압축 성형하여 성형품을 얻는다.

일본국 특허 공개 2016-64607호 공보

압출기나 사출 성형기에 있어서 열가소성 수지와 강화 섬유를 혼련해서 섬유 강화 열가소성 수지를 얻고 이것을 금형에 의해 성형하면, 비교적 단시간으로 성형품을 얻을 수 있어 제조 비용이 작다는 메리트가 있다. 그러나, 해결해야 할 문제라고 볼 수 있다. 우선, 압축 성형에 의해 성형하는 경우에 특히 문제가 있다. 압축 성형에 있어서 형체력을 크게 하려면 섬유끼리가 접촉해서 강화 섬유가 절단되어 성형품의 강도에 영향을 끼친다. 섬유 강화 열가소성 수지를 압축 성형할 때, 금형 온도를 비교적 저온으로 해서 실시하면 수지의 점성이 커지고 전단력이 커져서, 필연적으로 큰 형체력을 작용시켜야 하며, 이 문제가 발생한다. 이러한 강화 섬유의 절단은 금형을 고온으로 해서 수지의 유동성을 확보하면 어느 정도는 방지할 수 있다. 즉, 압축 성형에 있어서의 형체력을 비교적 작게 할 수 있고, 강화 섬유의 절단을 억제할 수 있다. 압축 성형을 하지 않는 경우, 즉 형 체결한 금형에 사출하는 성형 방법에 있어서도, 수지의 유동성을 확보할 수 있으므로 금형을 고온으로 하는 것은 바람직하다. 그러나, 이와 같이 금형을 고온으로 하면 성형품의 냉각에 시간이 걸려 성형 사이클이 길어져 제조 비용이 커진다는 문제가 있다. 성형 사이클을 짧게 하기 위해 고온의 상태에서 성형품을 인출하면 휨이 발생하는 등의 문제도 있다.

그런데 본 발명자들은 나중에 설명한 바와 같이, 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 얻을 때, 강화 섬유를 포함하지 않는 일반적인 성형품과 마찬가지로 실시하면, 충분한 강도를 얻을 수 없게 되는 현상을 발견했다. 강화 섬유를 포함하지 않는 일반적인 수지를 재료로서 사출 성형하거나 압축 성형하는 경우에는, 비교적 고온의 상태에서 금형으로부터 성형품을 인출한다. 성형 사이클을 짧게 해서 제조 비용을 작게 하기 위해서이다. 예를 들면, 나일론6으로부터 성형품을 얻는 경우에는, 금형 내에서 140℃ 정도로 냉각하면 성형품을 인출할 수 있다. 그런데 본 발명자들은 섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품을 같은 온도에서 금형으로부터 인출하면, 성형품에 있어서 충분한 강도를 얻을 수 없다는 현상을 발견했다. 즉, 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 얻어도 충분한 강도를 얻을 수 없다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 섬유 강화 열가소성 수지로부터 압축 성형에 의해 성형품을 얻을 때, 성형 사이클을 짧게 해서 제조 비용을 작게 할 수 있음에도 불구하고, 강도가 큰 성형품을 성형할 수 있는 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 그러한 성형 방법을 실시할 수 있는 섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품을 성형하는 성형 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 열가소성 수지와 강화 섬유를 혼련해서 섬유 강화 열가소성 수지를 얻고, 상기 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 얻는 성형 방법을 대상으로 한다. 본 발명의 성형 방법은 소정량의 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형용 금형에 의해 성형해서 성형품을 얻는 성형 공정과, 성형용 금형을 형 개방해서 성형품을 인출하여 냉각용 금형에 인서트하는 반입 공정과, 냉각용 금형에 의해 압축해서 성형품을 냉각하는 압축 냉각 공정을 포함한다.

즉, 본 발명은 이하의 (1)∼(4)의 구성을 취한다.

(1) 열가소성 수지와 강화 섬유를 혼련해서 섬유 강화 열가소성 수지를 얻고, 상기 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 얻는 성형 방법으로서, 소정량의 상기 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형용 금형에 의해 1차 성형품을 얻는 성형 공정과, 상기 성형용 금형을 형 개방해서 상기 1차 성형품을 인출하여 냉각용 금형에 인서트하는 반입 공정과, 상기 냉각용 금형에 의해 압축해서 상기 1차 성형품을 냉각하는 압축 냉각 공정을 포함하는, 섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품의 성형 방법.

(2) 상기 (1)의 성형 방법에 있어서, 상기 성형 공정은 상기 성형용 금형을 형 개방 상태에서 상기 섬유 강화 열가소성 수지를 사출하거나, 또는 상기 성형용 금형을 형 개방 상태에서 상기 섬유 강화 열가소성 수지를 소정량 삽입하고, 그 후 압축 성형에 의해 성형하는, 섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품의 성형 방법.

(3) 열가소성 수지와 강화 섬유가 혼련된 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 성형 장치로서, 열가소성 수지와 강화 섬유를 혼련해서 섬유 강화 열가소성 수지를 얻는 압출기 또는 사출 성형기를 구비하는 가소화 장치와, 소정량의 상기 섬유 강화 열가소성 수지로부터 1차 성형품을 성형하는 성형용 금형과, 반송 장치와, 냉각용 금형을 구비하고, 상기 성형용 금형에 있어서 성형된 상기 1차 성형품은 상기 반송 장치에 의해 인출되어 상기 냉각용 금형으로 반송되고, 상기 냉각용 금형에 있어서 압축되어 냉각되도록 되어 있는, 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 성형 장치.

(4) 상기 (3)의 성형 방법에 있어서, 상기 성형용 금형은 압축 성형용의 금형으로 이루어지고, 형 개방 상태에서 소정량의 상기 섬유 강화 열가소성 수지가 사출되거나, 또는 형 개방 상태에서 소정량의 상기 섬유 강화 열가소성 수지가 삽입되고, 그 후 압축되도록 되어 있는, 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 성형 장치.

(발명의 효과)

이상과 같이, 본 발명은 열가소성 수지와 강화 섬유를 혼련해서 섬유 강화 열가소성 수지를 얻고, 상기 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 얻는 성형 방법을 대상으로 하고 있다. 즉, 성형 사이클이 짧고 제조 비용이 작은 성형 방법을 대상으로 하고 있다. 그리고, 본 발명의 성형 방법은 소정량의 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형용 금형에 의해 1차 성형품을 얻는 성형 공정과, 성형용 금형을 형 개방해서 1차 성형품을 인출하여 냉각용 금형에 인서트하는 반입 공정과, 냉각용 금형에 의해 압축해서 1차 성형품을 냉각하는 압축 냉각 공정을 포함하고 있다. 섬유 강화 열가소성 수지로부터 1차 성형품을 성형할 때, 비교적 높은 온도에서 성형용 금형으로부터 인출하면, 최종물인 성형품의 강도를 얻을 수 없다는 문제가 있지만, 본 발명에 있어서는 1차 성형품을 냉각용 금형에 의해 압축해서 냉각하도록 하고 있다. 이것에 의해, 나중에 본 발명자들이 실시한 실험에 대해서 상세하게 설명한 바와 같이 성형품의 강도를 크게 할 수 있다. 1차 성형품을 냉각하는 것만이라면 1차 성형품을 성형하는 성형용 금형으로 실시하는 것도 고려된다. 그러나, 이와 같이 하면 성형 사이클이 상당히 길어져 제조 비용이 커진다. 본 발명의 성형 방법은 냉각용 금형을 성형용 금형과 별도로 설치되어 있으므로 성형 사이클을 짧게 할 수 있어 제조 비용을 작게 할 수 있다. 또한, 실험에서도 명백한 바와 같이, 냉각용 금형에 있어서의 형체력은 성형용 금형에 요구되는 형체력에 비해 작아도 좋고, 예를 들면 1/10 정도의 형체력이어도 좋다. 그렇게 하면, 냉각용 금형은 비교적 소형의 형 체결 장치에서도 결합할 수 있어 성형 장치 전체의 비용을 작게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 성형 방법은 에너지 효율에 있어서도 유리하다고 말할 수 있다. 혹시 성형용 금형만으로 실시하는 경우에는, 성형시에 금형을 고온으로 하고, 냉각시에 금형을 강제적으로 냉각할 필요가 있다. 즉, 히트 앤드 쿨을 실시할 필요가 있다. 그렇게 하면, 대량의 에너지가 필요하게 된다. 그러나, 본 발명의 성형 방법에서는, 성형용 금형은 비교적 고온을 유지함과 아울러 냉각용 금형은 저온으로 유지하면 좋고, 금형의 온도를 크게 변화시킬 필요가 없으므로 에너지 효율이 높다.

또한, 다른 발명에 의하면 성형 공정은 성형용 금형을 형 개방 상태에서 섬유 강화 열가소성 수지를 사출하거나, 또는 형 개방 상태에서 섬유 강화 열가소성 수지를 소정량 삽입하고, 그 후 압축 성형에 의해 성형하도록 구성되어 있다. 압축 성형에 있어서는, 압축시에 강화 섬유끼리가 접촉해서 절단되기 쉬우므로 특히 성형용 금형의 온도를 고온으로 유지하는 것이 중요하며, 성형용 금형과 별도로 냉각용 금형을 설치해서 압축 냉각 공정을 실시하는 본 발명은, 냉각에 필요로 하는 시간을 절약할 수 있음과 아울러 에너지 효율이 높아 제조 비용을 작게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 성형 장치를 나타내는 정면도이다.

본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 의한 성형 장치(1)는 도 1에 나타내어져 있는 바와 같이 열가소성 수지를 가소화함과 아울러 강화 섬유를 혼합해서 섬유 강화 열가소성 수지를 얻는 가소화 장치(2)와, 소정량의 섬유 강화 열가소성 수지를 압축 성형해서 1차 성형품을 얻는 성형용 금형(4)과, 성형된 1차 성형품을 압축하면서 냉각하는 냉각용 금형(5)과, 성형용 금형(4)으로부터 1차 성형품을 인출하여 냉각용 금형(5)으로 반송하는 반송 장치(6)로 구성되어 있다.

가소화 장치(2)는 본 발명에 있어서 특징적인 장치가 아니라 종래 주지의 사출 성형기의 사출 장치로 구성해도 좋고 압출기로 구성해도 좋다. 본 실시형태에 있어서는, 가소화 장치(2)는 사출 성형기의 사출 장치로 구성되어 있다. 사출 장치는 가열 실린더(8)와, 이 가열 실린더(8) 내에서 회전방향과 축방향으로 구동되는 스크류(9)로 이루어지고, 가열 실린더(8)의 후방 근처에 열가소성 수지가 투입되는 호퍼(11)가 설치되고, 가열 실린더(8)의 전방 근처에 강화 섬유를 투입하는 강화 섬유 투입구(12)가 형성되어 있다. 도 1에 있어서 스크류(9)는 플라이트가 축방향에 걸쳐 균일한 형상으로 형성되어 있도록 나타내어져 있지만, 강화 섬유 투입구(12)보다 상류측에서 스크류 홈이 얕아져 수지가 압축되도록 되어 있고, 강화 섬유 투입구(12) 근방에 있어서 스크류 홈이 깊어져 수지 압력이 작아지게 되어 있다. 따라서, 강화 섬유를 가열 실린더(8) 내에서 공급할 때, 수지 압력에 의해 공급이 방해되는 경우가 없다. 강화 섬유 투입구(12)에 대응하여, 강화 섬유, 예를 들면 탄소 섬유의 공급 장치가 셜치되어 있다. 즉, 강화 섬유가 소정의 개수로 비틀려 로프 형상으로 된 것, 즉 로빙이 원통 형상으로 감긴 강화 섬유롤(14)과, 이 강화 섬유롤(14)로부터 인출된 강화 섬유의 로빙을 소정의 길이로 절단하는 절단 장치(15)가 설치되어 있다. 절단 장치(15)로 절단된 강화 섬유는 뿔뿔이 흩어져 강화 섬유 투입구(12)로부터 가열 실린더(8) 내로 투입되게 된다.

본 실시예에 있어서 성형용 금형(4)은 형 개방 상태에서 섬유 강화 열가소성 수지가 사출되고, 그 후 섬유 강화 열가소성 수지를 압축하는 압축 성형용의 금형이며, 제 1 형 체결 장치(17)에 설치되어 있다. 제 1 형 체결 장치(17)는 토글 기구에 의해 형 체결되도록 되어 있어도 좋고, 형 체결 실린더에 의해 형 체결되도록 되어 있어도 좋다. 성형용 금형(4)에는 1차 성형품을 성형하는 캐비티가 형성되어 있고, 성형용 금형(4)의 측방에 설치되어 있는 스풀로부터 수지가 사출되도록 되어 있다. 이 스풀에 가소화 장치(1)의 노즐(18)이 접촉하고 있다.

반송 장치(6)는 성형용 금형(4)에 있어서 성형된 1차 성형품을 파지해서 인출하고, 이것을 반송하여, 냉각용 금형(5)에 인서트할 수 있도록 되어 있으면 좋고, 로봇척 등으로 구성할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 반송 장치(6)는 1차 성형품을 파지하는 핸드(20)를 구비한 로봇암으로 이루어진다.

본 실시형태에 의한 냉각용 금형(5)은 본 발명에 있어서 특징적인 구성품으로 되어 있다. 냉각용 금형(5)은 제 2 형 체결 장치(22)에 설치되어 있고, 제 1 형 체결 장치(17)의 근방이며 반송 장치(6)에 인접해서 배치되어 있다. 냉각용 금형(5)에는 1차 성형품을 냉각하기 위한 캐비티가 형성되어 있고, 그 형상은 실질적으로 성형용 금형(4)에 형성되어 있는 캐비티와 같게 되어 있다. 냉각용 금형(5)은 소정의 냉매로 냉각되도록 되어 있고, 본 실시형태에 있어서는 수냉식으로 되어 있다. 제 2 형 체결 장치(22)도 형 체결 기구의 종류는 상관없지만, 제 1 형 체결 장치(17)에 비해 큰 형체력은 요구되지 않는다. 따라서, 비교적 소형의 형 체결 장치로 구성할 수 있다.

본 실시형태에 의한 성형 장치(1)에 의해, 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 성형 방법을 설명한다. 본 실시형태에 있어서의 성형 방법은 열가소성 수지와 강화 섬유를 혼련해서 섬유 강화 열가소성 수지를 얻고, 상기 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 얻는 성형 방법으로서, 소정량의 상기 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형용 금형에 의해 1차 성형품을 얻는 성형 공정과, 성형용 금형을 형 개방해서 1차 성형품을 인출하여 냉각용 금형에 인서트하는 반입 공정과, 냉각용 금형에 의해 압축해서 1차 성형품을 냉각하는 압축 냉각 공정을 포함한다.

우선, 성형 공정에 대해서 설명한다. 가소화 장치(2), 즉 사출 장치에 있어서 가열 실린더(8)를 도시하지 않는 히터에 의해 가열하고, 스크류(9)를 회전하여 호퍼(11)로부터 열가소성 수지의 펠렛을 투입한다. 펠렛은 가열 실린더(8) 내에서 용융하여 전방으로 이송된다. 이것과 병행하여 강화 섬유롤(14)로부터 인출된 탄소 섬유 등의 강화 섬유의 로빙이 절단 장치(15)에 의해 절단되어 강화 섬유 투입구(12)로부터 투입된다. 그렇게 하면, 가열 실린더(8) 내에서 수지와 강화 섬유가 혼련되어 섬유 강화 열가소성 수지가 되고, 가열 실린더(8)의 전방으로 이송되어 스크류(9)가 후퇴한다. 즉, 계량된다. 제 1 형 체결 장치(17)를 구동하고, 성형용 금형(4)을 개방한 상태로 한다. 스크류(9)를 축방향으로 구동해서 사출한다. 그렇게 하면, 도 1에 나타내어져 있는 바와 같이 섬유 강화 열가소성 수지가 소정량만 성형용 금형(4)의 캐비티에 사출된다. 제 1 형 체결 장치(17)를 구동해서 압축 성형 한다. 성형용 금형(4)은 비교적 고온에서 유지되도록 한다. 예를 들면, 사용하는 열가소성 수지가 나일론6이면 금형 온도를 140℃가 되도록 한다. 이것에 의해, 섬유 강화 열가소성 수지가 캐비티 내에서 충분한 유동성을 가지도록 하고, 압축 성형에 있어서의 전단력에 의해 강화 섬유가 절단되는 것을 방지한다. 또한, 유동성이 충분히 높으므로 제 1 형 체결 장치(17)에 있어서 압축 성형에 있어서의 형 체결은 비교적 작아지게 되어, 1차 성형품의 표면 성상도 양호하게 된다.

반입 공정에서는 성형 공정에서 얻은 1차 성형품을 냉각용 금형에 들여놓는다. 1차 성형품이 고화하면 충분히 냉각될 때까지 기다리지 않고 성형용 금형(4)을 형 개방한다. 성형용 금형(4)은 비교적 고온에서 유지되게 되어 있으므로, 1차 성형품은 비교적 고온의 상태로 되어 있다. 반송 장치(6)에 의해 1차 성형품을 인출하여 냉각용 금형(5)의 캐비티에 인서트한다.

그리고, 압축 냉각 공정에서, 제 2 형 체결 장치(22)를 구동하여 냉각용 금형(5)을 형 체결한다. 즉, 1차 성형품을 압축한다. 냉각용 금형(5)에서 형 체결할 때의 금형 온도는 성형 공정에 있어서의 금형 온도 이하로 하는 것이 바람직하고, 사용하는 열가소성 수지의 유리전이온도 이하의 온도로 하는 것이 보다 바람직하다. 냉각용 금형(5)은 소정의 형체력으로 압축하는 것이 바람직하고, 예를 들면 0.1∼20㎫의 범위가 바람직하고, 1∼5㎫가 보다 바람직하다. 상기 범위로 하면 섬유의 스프링백을 억제할 수 있다. 1차 성형품이 충분히 냉각되면, 형 개방해서 최종물로서의 성형품을 인출한다.

본 실시형태에 의한 성형 장치(1)는 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 가소화 장치(2)는 이미 설명한 바와 같이 압출기로 교환할 수 있다. 압출기에 대해서는 단축 스크류로 이루어지는 단축 압출기로부터 실시할 수도 있고, 2축 스크류로 이루어지는 2축 압출기로부터 실시할 수도 있다. 압출기에 의해 실시하는 경우에는, 섬유 강화 열가소성 수지를 소정량만 압출하여 절단해서 괴상 성형물로 해서 이것을 성형용 금형(4)의 캐비티로 반송해서 압축 성형하게 된다. 가소화 장치(2)에 대해서는 플런저식 사출 장치를 사용하는 변형도 가능하다. 다른 점에 대해서 변형도 가능하다. 예를 들면, 본 실시형태에 있어서는 성형품은 압축 성형에 의해 성형하도록 설명했다. 그러나, 가소화 장치(2)로서 사출 성형기를 사용하여 형 체결한 성형용 금형(4)에 사출하여 성형하도록 해도 좋다.

그 밖에도 변형이 가능하며, 예를 들면 공급하는 강화 섬유에 대해서도 변형할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는 강화 섬유를 강화 섬유 투입구(12)에 투입할 때, 절단한 상태의 강화 섬유를 투입하고 있지만, 절단하지 않고 투입해도 좋다. 절단하지 않고 강화 섬유를 투입하면, 스크류(9)의 회전에 의한 전단력으로 가열 실린더(8) 내에서 강화 섬유가 절단되게 된다. 본 실시형태에 의한 성형 장치(1)는 냉각용 금형(5)에 대해서도 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 실시형태에 있어서는 냉각용 금형(5)은 1세트만 설치되어 있지만, 2세트 이상의 복수 세트 형성해도 좋다. 냉각용 금형(5)을 복수 세트 설치하도록 하면, 성형용 금형(4)에 의해 성형된 성형품을 적당히 비어 있는 냉각용 금형(5)으로 반송하여 냉각할 수 있어 제조 효율을 높게 할 수 있다.

실시예

본 실시형태에 의한 섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품의 성형 방법에 의해, 높은 강도를 구비하는 것을 확인하기 위해 실험을 행했다.

<실험 방법>

도 1에 나타내는 본 실시형태에 의한 성형 장치(1)에 있어서, 가소화 장치(2)와 제 1 형 체결 장치(17)를 사용하여 2개의 성형품 A 및 성형품 B를 성형했다. 성형의 조건은 이하로 했다. 성형품의 형상은 300㎜×300㎜×3㎜의 평판으로 했다. 열가소성 수지로서 나일론6을, 강화 섬유로서 탄소 섬유를 사용했다. 첨가한 강화 섬유의 비율은 체적비로 30%가 되도록, 즉 체적비로 열가소성 수지 70에 대하여 강화 섬유가 30이 되도록 했다. 가소화 장치(2)에 의해 섬유 강화 열가소성 수지를 얻고, 이것을 성형용 금형(4)에 사출하여 압축 성형했다. 사출시에 있어서의 섬유 강화 열가소성 수지의 온도는 260℃로 하고, 성형용 금형(4)의 온도는 140℃가 되도록 조정했다. 압축 성형에 있어서의 형 체결 압력은 22㎫가 되도록 하고, 20초간 결합을 실시했다. 성형용 금형(4)을 형 개방한 후, 성형품 A에 대해서는 반송 장치(6)에 의해 1차 성형품을 냉각용 금형(5)에 반송·인서트하고, 냉각용 금형(5)을 형 체결해서 냉각했다. 냉각용 금형(5)에 의한 형 체결 압력은 1.2㎫가 되도록 하고, 300초간 결합을 실시했다. 즉, 성형품 A는 본 발명의 실시형태에 의한 성형 방법에 의해 성형하게 된다. 한편, 성형품 B에 대해서는 성형용 금형(4)을 형 개방한 후, 성형품을 인출하여 방치했다. 즉, 성형품 B는 종래의 성형 방법에 의해 성형하게 된다.

<실험 결과>

성형품 A 및 성형품 B에 대해서 굽힘 시험을 행하여, 굽힘 탄성률과 굽힘 강도를 얻었다. 성형품 A는 굽힘 탄성률이 21.2㎬, 굽힘 강도가 384㎫이었다. 한편, 성형품 B는 굽힘 탄성률이 14.8㎬, 굽힘 강도가 304㎫이었다.

<고찰>

섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형할 때, 본 실시형태에 의한 성형 방법을 실시하면, 종래의 성형 방법에 비해 굽힘 탄성률에서 약 43%, 굽힘 강도에서 약 26%도 강도가 증가하는 것을 알았다. 강도가 증가한 정확한 이유는 모르지만, 종래의 성형 방법으로 성형하면 수지 중에 분산되어 있는 강화 섬유가 스프링백되어 강화 섬유에 대한 수지의 함침의 정도가 감소하는 한편, 본 발명의 실시형태에 의한 성형 방법으로 성형하면 스프링백이 억제될 가능성이 있다. 단, 스프링백의 정도가 크다면 성형품의 치수에 영향을 미칠 것이지만, 성형품 A와 성형품 B의 판 두께를 측정했지만 판 두께에 차이는 없었다. 스프링백의 정도가 작으면 강도에 주는 영향이 클 가능성도 있다.

본 발명을 상세하게 또한 특정 실시형태를 참조해서 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 명백하다. 본 출원은 2017년 9월 21일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 2017-180833)에 근거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

1 성형 장치 2 가소화 장치
4 성형용 금형 5 냉각용 금형
6 반송 장치 8 가열 실린더
9 스크류 11 호퍼
12 강화 섬유 투입구 14 강화 섬유롤
15 절단 장치 17 제 1 형 체결 장치
18 노즐 20 핸드
22 제 2 형 체결 장치

Claims

섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품의 성형 방법으로서,
가열 실린더를 갖는 가소화 장치에 의해, 가열 실린더 내에서 열가소성 수지를 용융하고 강화 섬유와 혼련해서 제 1 온도를 갖는 섬유 강화 열가소성 수지를 얻고,
상기 가소화 장치에서 사출된 소정량의 상기 섬유 강화 열가소성 수지를 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도를 갖는 성형용 금형에 의해 성형해서 1차 성형품을 얻는 성형 공정과,
상기 성형용 금형을 형 개방해서 상기 1차 성형품을 인출하여 상기 제 2 온도보다 낮은 제 3 온도를 갖는 냉각용 금형에 인서트하는 반입 공정과,
상기 냉각용 금형에 의해 압축해서 상기 1차 성형품을 냉각하여 성형품을 얻는 압축 냉각 공정을 포함하는 섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품의 성형 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 성형 공정은 상기 성형용 금형을 형 개방한 상태에서 상기 섬유 강화 열가소성 수지를 사출하거나, 또는 상기 성형용 금형을 형 개방한 상태에서 상기 섬유 강화 열가소성 수지를 소정량 삽입하고, 그 후 압축 성형에 의해 성형하는 섬유 강화 열가소성 수지로 이루어지는 성형품의 성형 방법.
섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 성형 장치로서,
가열 실린더를 갖고, 상기 가열 실린더 내에서 열가소성 수지를 용융하고 강화 섬유와 혼련해서 제 1 온도를 갖는 섬유 강화 열가소성 수지를 얻는 압출기 또는 사출 성형기를 구비하는 가소화 장치와, 소정량의 상기 섬유 강화 열가소성 수지로부터 1차 성형품을 성형하는 성형용 금형과, 반송 장치와, 냉각용 금형을 구비하고,
상기 성형용 금형에 의해, 상기 가소화 장치로부터 사출된 소정량의 상기 섬유 강화 열가소성 수지를 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도에서 성형하여 상기 1차 성형품을 얻고,
상기 성형용 금형에서 성형된 상기 1차 성형품은 상기 반송 장치에 의해 인출되어 상기 제 2 온도보다 낮은 제 3 온도를 갖는 상기 냉각용 금형으로 반송되고, 상기 냉각용 금형에 있어서 압축되어 냉각되어 성형품을 얻도록 되어 있는 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 성형 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 성형용 금형은 압축 성형용의 금형으로 이루어지고, 형 개방한 상태에서 소정량의 상기 섬유 강화 열가소성 수지가 사출되거나, 또는 형 개방한 상태에서 소정량의 상기 섬유 강화 열가소성 수지가 삽입되고, 그 후 압축되도록 되어 있는 섬유 강화 열가소성 수지로부터 성형품을 성형하는 성형 장치.