KR20070085579A - 사출 압축 성형 방법 및 성형품 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 사출 압축 성형 방법은, 금형(11, 12)을 저압으로 형체 상태로 하고, 게이트(30)에 대하여 캐비티 공간(13)을 이동시키면서, 게이트로부터 캐비티 공간(13)에 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)을 사출 충전한 후, 충전 완료와 대략 동시에 금형(11, 12)을 고압으로 형체 상태로 함과 함께, 캐비티 공간(13)에 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형한다. 도전성 충전재 등의 열전도성 충전재를 높은 비율로 함유한 열가소성 수지 조성물을 사출 압축 성형할 수 있기 때문에, 예컨대 연료 전지용 세퍼레이터나 평면 안테나 등의 성형품의 제조에 이용할 수 있다.
Description
본 발명은, 열가소성 수지의 사출 압축 성형 방법 및 상기 성형 방법으로 수득된 성형품에 관한 것이다.
종래부터 성형품의 제조방법으로서 다양한 수법이 사용되고 있는데, 예컨대 사출 성형 방법, 압출 성형 방법 등이 알려져 있다. 최근, 이러한 성형 방법에 의해 성형되는 성형품으로서, 열가소성 수지에 다량의 충전재를 혼합한 성형품이 등장하고 있다. 예컨대, 흑연 탄소 및 탄소 섬유 등의 충전재를 충전재로서 열가소성 수지에 혼합한 연료 전지용 세퍼레이터 등이 있다.
연료 전지용 세퍼레이터는, 연료 전지의 고체 전해질과, 이 고체 전해질의 양면측에 설치된 공기 극과 연료 극을 협지하도록 배치되는 것이다. 공기 극에는 공기(산소)를, 연료 극에는 연료 가스(수소)를 각각, 연료 전지용 세퍼레이터에 형성된 홈으로부터 공급한다.
이 연료 전지용 세퍼레이터와 같이, 다량의 충전재를 포함하는 원료로부터 구성되는 성형품을 제조할 때는, 원료의 유동성이 나빠져 버려, 원료의 충전압을 높이지 않으면 성형할 수 없다는 문제가 있다.
그래서, 이러한 유동성이 나쁜 원료를 이용하여 성형하는 경우에, 사출 압축 성형이나 급속 가열 냉각 등의 성형 방법을 사용하는 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
그러나 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 용융 수지가 주입되는 게이트가 고정된 성형기를 이용하는 사출 압축 성형 방법에서는, 탄소 충전재를 고충전한 유동성이 극단적으로 나쁜 수지 조성물의 성형에 있어서는, 제품 두께의 균일성을 확보하기 어려웠다. 또한, 금형 온도를 고온으로 가열하여 수지 충전을 원활하게 하는 급속 가열 냉각법에서는, 금형의 승온 시간에 시간이 걸리는 등, 성형 사이클이 길어져 생산성의 악화가 문제로 되어, 바람직한 것이 아니었다.
특히, 연료 전지 중에서 연료 전지용 세퍼레이터는 수백 매 사용할 수 있어, 치수 정밀도의 균일성은 중요하다(예컨대, 요구 성능으로서는, 두께의 편차(최대치와 최소치의 차이)가 60㎛ 이하인 것이 요망된다).
한편, 균일한 성상을 갖는 박육(薄肉)의 성형품을 얻기 위해서, 금형의 캐비티, 또는 게이트를 슬라이딩시켜, 겉보기상, 캐비티 내에서의 용융 수지 조성물의 이동 거리를 짧게 하는 방법도 제안되어 있고, 예컨대, 재료 주입구를 갖는 이동구(移動驅; traveling piece)를 고정형판과 가동형판 중 어느 하나의 형판에 설치하여, 성형 재료의 충전 과정에서 캐비티면에 대하여 재료 주입구를 편위시키는 재료 성형 방법이 제공되어 있다(예컨대, 특허문헌 2).
또한, 수지 주입부로부터 탕도부(湯道部)를 통해서 게이트부로부터 캐비티 내에 용융된 수지를 주입할 때에, 게이트부와 캐비티를 상대적으로 이동시키면서 주입하는 수지 성형법이 제공되어 있다(예컨대, 특허문헌 3).
특허문헌 1: 국제공개 제02/001660호 팜플렛
특허문헌 2: 일본 특허공개 제1994-179228호 공보
특허문헌 3: 일본 특허공개 제1996-150644호 공보
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나 상술한 성형 방법에 있어서, 단지 겉보기상의 수지의 이동 거리를 짧게 하는 것뿐으로는, 예컨대 도전성 충전재의 함유율이 매우 높아 극단적으로 유동성이 나쁜 수지 재료의 경우에는, 연료 전지용 고분자 세퍼레이터에서 요청되는 바와 같은 미세 홈을 사출 성형으로 전사하는 것은 곤란하며, 또한 도전 성능이나 홈의 기계적 강도를 만족시킬 수 없었다. 한편, 전사 성능을 높이기 위해서는 충전재 함유량을 떨어뜨리지 않으면 안 되고, 결과로서 도전 성능을 열화시키는 결과가 되어, 성형 방법의 개선이 요청되고 있었다.
이상에서는 연료 전지용 고분자 세퍼레이터의 예에 대하여 설명했지만, 최근 보급되어 있는 평면 안테나도 같은 원료로 성형되는 것으로, 같은 문제가 생기고 있었다.
본 발명의 주된 목적은, 용융시에 유동성이 매우 나쁜 열가소성 수지 조성물 이더라도, 성분이 균일하게 분산되어 밀도 구배가 거의 없고, 성형품의 두께의 균일성을 확보할 수 있으며, 또한 치수 정밀도도 우수한 성형품을 간편히 얻을 수 있는 사출 압축 성형 방법 및 성형품을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 용융시에 유동성이 매우 나쁜 원료이더라도, 성형 사이클의 단축화를 꾀할 수 있고, 그 위에, 성형품의 생산성의 향상을 꾀할 수 있는 사출 압축 성형 방법 및 성형품을 제공하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 사출 압축 성형 방법은, 용융 상태의 열가소성 수지를 함유하는 원료를 게이트로부터 금형의 내부에 형성된 캐비티 공간에 사출 충전하고, 당해 캐비티 공간 내의 상기 원료를 압축 부형하여 성형품을 얻는 사출 압축 성형 방법으로서, 상기 금형을 저압으로 형체(型締) 상태로 하고, 상기 게이트에 대하여 상기 캐비티 공간을 이동시키면서, 상기 게이트로부터 상기 캐비티 공간에 용융 상태의 상기 원료를 사출 충전하는 사출 충전 공정과, 충전 완료와 대략 동시에 상기 금형을 고압으로 형체 상태로 함과 함께, 상기 캐비티 공간에 충전된 상기 원료를 압축 부형하는 압축 부형 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 사출 충전 공정에서의 저압의 형체 상태에 관해서는, 예컨대 성형품의 크기를 A4 크기(약 200mm×300mm)로 한 경우에는, 형체력을 대강 10 내지 100톤으로 하면 되고, 또한, 압축 부형 공정에서의 고압의 형체 상태에 관해서는, 형체력을 대강 200 내지 350톤으로 하면 된다.
한편, 본 발명의 사출 압축 성형 방법에 관해서는, 열가소성 수지 그 자체의 성형 방법 외에, 열가소성 수지에 도전성 충전재나 금속 충전재 등의 열전도성 충전재를 함유시킨 열가소성 수지 조성물의 사출 압축 성형 방법도 포함하는 것이다.
이러한 본 발명의 사출 압축 성형 방법에서는, 금형을 저압으로 형체 상태로 하고, 게이트에 대하여 캐비티 공간을 이동시키면서, 용융 상태의 원료를 사출 충전하여, 충전 완료와 대략 동시에 금형을 고압으로 형체 상태로 함과 함께, 캐비티 공간에 충전된 원료를 압축 부형하도록 하고 있기 때문에, 도전성 충전재나 금속 충전재 등의 열전도성 충전재를 높은 비율로 함유한 열가소성 수지 조성물과 같이, 용융시의 유동성이 나쁜 열가소성 수지 조성물을 원료로서 성형하는 경우이더라도, 캐비티 공간에서의 미충전 부분이 게이트의 사출구 바로 아래에 연속적으로 형성되어, 겉보기의 원료의 유동 길이를 짧게 할 수 있어, 균일한 밀도를 갖는, 밀도 구배가 거의 없는 성형품을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 부피 분포도 작아 치수 정밀도가 우수함과 동시에, 또한 미세한 홈 등 복잡 형상을 형성한 경우이더라도, 상기 미세한 홈의 깨짐(break)이나 빠짐(chip)이 없는 성형품을 성형할 수 있다.
또한, 본 발명의 사출 압축 성형 방법에서는, 캐비티 공간을 이동시켜 용융 상태의 원료를 충전하므로, 원료의 겉보기의 유동 길이가 짧게 되기 때문에, 원료가 낮은 충전 압력으로, 또한 열가소성 수지의 결정화 온도 근방의 금형 온도에서 단시간(예컨대 1 내지 2초)에 충전가능해지고, 또한 성형성도 우수함과 동시에, 금형의 급속 가열 냉각을 필요로 하지 않아, 성형 사이클을 대폭 단축할 수 있기 때문에, 생산 비용의 저감을 꾀할 수 있다.
본 발명의 사출 압축 성형 방법에 있어서, 상기 원료의 사출 충전되는 방향 이 상기 캐비티 공간의 이동 방향에 대하여 예각을 이루는 것이 바람직하고, 또한 이 예각은 25° 내지 75°인 것이 특히 바람직하다.
이 본 발명에 의하면, 원료의 사출 충전되는 방향이, 캐비티 공간의 이동 방향에 대하여 예각, 특히 25° 내지 75°를 이루도록 되어 있기 때문에, 캐비티 공간에 충전되는 원료의 충전 압력을 낮춤과 동시에, 미세한 웰드의 발생을 방지할 수 있어, 예컨대 연료 전지용 세퍼레이터 등 미세한 홈을 형성하는 것이 필수적인 성형품을 성형하는 경우이더라도, 이 미세한 홈의 깨짐이나 빠짐의 방지에 연결시킬 수 있어, 강도의 향상을 꾀할 수 있다.
본 발명의 사출 압축 성형 방법에 있어서, 상기 압축 부형이, 상기 금형 내부에 설치된 압축 블록을 상기 캐비티 공간 방향으로 전진시킴으로써 실시되는 것이 바람직하다.
이 본 발명에 의하면, 캐비티 공간에 충전된 원료를 압축 부형하는 수단으로서, 금형 내부에 설치된 압축 블록을 캐비티 공간 방향으로 전진시킴으로써 실시하도록 하고 있기 때문에, 캐비티 공간에 충전된 원료의 압축 부형을 간편하고 또한 확실히 실시할 수 있다.
본 발명의 사출 압축 성형 방법에서는, 제조장치로서, 한 쌍의 대향 배치된 성형형(成形型)을 갖고 상기 캐비티 공간이 형성된 금형과, 상기 금형 중 적어도 상기 캐비티 공간인 오목부가 형성된 한쪽의 성형형을 가열하는 가열 장치와, 용융 상태의 상기 원료를 캐비티 공간에 충전하는 충전 장치와, 상기 캐비티 공간에 충전된 상기 원료를 압축 부형하는 압축 장치와, 상기 캐비티 공간 내의 상기 원료를 냉각하는 냉각 장치와, 상기 금형 또는 한쪽의 성형형을 상기 각 장치에 대하여 반송하는 반송 장치를 구비하고, 또한 상기 가열 장치, 상기 충전 장치, 상기 압축 장치, 상기 냉각 장치가 대략 동일원 상에 배치된 제조장치를 이용한다. 그리고, 상기 가열 장치에 의해, 상기 금형 또는 한쪽의 성형형을 가열하는 가열 공정과, 상기 충전 장치에 의해, 상기 게이트에 대하여 상기 캐비티 공간을 이동시키면서 상기 용융 상태의 상기 원료를 캐비티 공간에 충전하는 충전 공정과, 상기 압축 장치에 의해, 상기 캐비티 공간 내의 상기 원료를 압축 부형하는 압축 부형 공정과, 상기 냉각 장치에 의해, 상기 캐비티 공간 내의 상기 원료를 냉각하는 냉각 공정을 행하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명에서는, 반송 장치에 의해, 한쪽의 성형형만을 반송할 수도 있고, 한 쌍의 성형형을 포함하는 금형 전체를 반송할 수도 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 충전 공정에서, 캐비티 공간을 이동시켜 원료를 충전하기 때문에, 유동성이 나쁜 원료를 사용하더라도, 원료를 캐비티 공간 내에 균일하게 펼치는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 성형품의 두께의 균일성을 확보할 수 있다.
또한, 충전 공정에서, 캐비티 공간을 이동시켜 원료를 충전하기 때문에, 원료의 겉보기의 유동 길이가 짧게 되어, 높은 충전 압력으로 충전할 필요가 없다.
그 때문에, 예컨대 성형품을 연료 전지용 세퍼레이터로 한 경우에는, 전기 저항의 증가를 가져오는 스킨층의 형성을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 충전 공정에서, 캐비티 공간을 이동시켜 원료를 충전함으로써, 성형품 의 두께의 균일성을 확보할 수 있기 때문에, 종래와 같이 금형의 급속 가열 냉각을 필요로 하지 않아, 성형 사이클을 대폭 단축할 수 있다.
또한, 충전 공정에서, 캐비티 공간을 이동시켜 원료를 충전함으로써, 웰드(weld mark)의 발생을 방지할 수 있어, 성형품의 강도의 향상을 꾀할 수 있다.
예컨대, 성형품에 원료의 도입 방향과 직교하도록 관통 구멍(개구부) 등이 형성되어 있는 경우, 원료는 관통 구멍의 주위를 돌아 흐르기 때문에, 관통 구멍 근방에서 원료의 흐름이 부딪쳐, 웰드가 발생하는 경우가 있다. 이에 대하여, 본 발명과 같이, 캐비티 공간을 이동시켜 원료를 충전함으로써 관통 구멍 근방에서의 원료의 흐름의 부딪침을 방지할 수 있어, 웰드의 발생을 방지할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 성형 방법에서는, 가열 장치와, 충전 장치와, 압축 장치와, 냉각 장치와, 상기 금형 또는 성형형을 상기 각 장치에 대하여 반송하는 반송 장치를 구비하고, 상기 가열 장치, 상기 충전 장치, 상기 압축 장치, 상기 냉각 장치가 대략 동일원 상에 배치된 제조장치를 사용하여 성형품을 제조하고 있다.
이러한 제조장치에서는, 가열 장치로 금형 또는 성형형을 가열한 후, 반송 장치에 의해, 금형 또는 성형형을 충전 장치에 반송할 수 있기 때문에, 충전 장치로 충전하고 있는 사이에, 다음 금형 또는 성형형을 가열 장치로 가열할 수 있다. 이에 의해, 차례 차례로 성형품을 제조할 수 있기 때문에, 성형품의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 제조장치는, 가열 장치와, 충전 장치와, 압축 장치와, 냉각 장치가 대략 동일원 상에 배치된 것이기 때문에, 상기 각 장치를 직 선형상으로 배치한 것에 비교하여, 장소를 차지하지 않는다.
본 발명의 사출 압축 성형 방법에 있어서, 상기 충전 공정에서는, 상기 금형 또는 한쪽의 성형형의 온도를 상기 열가소성 수지의 융점 이상의 온도로 하고, 상기 압축 부형 공정에서는, 압축 부형을 개시한 후, 상기 금형 또는 한쪽의 성형형의 온도가, 상기 열가소성 수지의 결정화 온도 이하의 온도에 달하도록 상기 금형 또는 한쪽의 성형형의 온도를 제어하는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명에 의하면, 충전 공정에서는, 금형 또는 한쪽의 성형형의 온도를 열가소성 수지의 융점 이상의 온도로 하고 있기 때문에, 충전 공정에서 캐비티 공간 내에 충전되는 원료의 열가소성 수지의 유동성을 향상시킬 수 있다. 이것에 의해, 원료를 캐비티 공간 내로 보다 균일하게 퍼지게 할 수 있다.
또한, 압축 부형을 개시한 후, 상기 금형 또는 한쪽의 성형형의 온도가, 상기 열가소성 수지의 결정화 온도 이하의 온도에 달하도록 상기 금형 또는 한쪽의 성형형의 온도를 제어함으로써, 압축 부형 공정에서 캐비티 공간 내의 원료에 대하여 전사를 실시하는 경우에 전여성(轉與性; transcription performance)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 성형품은, 열가소성 수지 및 열전도성 충전재를 함유한 원료를, 상기 본 발명의 사출 압축 성형 방법에 의해 성형한 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 성형품에서는, 도전성 충전재나 금속 충전재 등의 열전도성 충전재를 함유한 열가소성 수지 조성물을 상기 본 발명의 사출 압축 성형 방법에 의해 성형하기 때문에, 상기한 효과를 호적하게 향수할 수 있다.
즉, 본 발명의 성형품은, 열전도성 충전재를 균일하게 분산시켜, 밀도 구배가 거의 없는 성형품으로 함과 함께, 부피 분포도 작고 치수 정밀도가 우수함과 동시에, 또한 미세한 홈 등 복잡 형상을 형성한 경우이더라도, 상기 미세한 홈의 깨짐이나 빠짐이 없는 성형품을 제공할 수 있다.
본 발명의 성형품은, 상기 원료가, 상기 원료 전체에 대하여 열전도성 충전재를 60질량% 이상 함유하는 것이 바람직하다.
이 본 발명에 의하면, 성형품이 도전성 충전재나 금속 충전재 등의 열전도성 충전재를 그 전체에 대하여 60질량% 이상 함유하는 열가소성 수지 조성물로 이루어지도록 하고 있기 때문에, 상기한 효과를 향수함과 동시에, 높은 도전성을 갖추게 된다.
그리고, 본 발명의 성형품은, 상기와 같은 효과를 갖고 있기 때문에, 연료 전지용 세퍼레이터 또는 평면 안테나로서 적용함으로써 그 효과를 최대한으로 발휘할 수 있는 것이다.
본 발명의 성형품에 있어서는, 표면에 복수의 미세 홈이 일체 성형되는 것이 바람직하다. 이 미세 홈은, 홈 사이에 협지된 철조(凸條)의 밑바닥부의 폭 L1이 0 내지 10mm, 상기 철조의 정상의 폭 L2가 0 내지 10mm(단, L1≥L2)이며, 상기 철조의 높이 H가 0.2mm 이상, 상기 홈의 폭 W가 5mm 이하, 상기 홈의 간격 피치 P가 15mm 이하인 것이 바람직하다.
이 때, 철조의 종절편(縱切片) 단면 형상은, 정방형상, 직사각형상, 사다리꼴상, 반원형상, 삼각형상, 반원을 일부 절결한 형상 등, 어떠한 형상이라도 취할 수 있다.
도 1A는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 사출 압축 유닛의 사출 개시 상태를 나타낸 모식도이다.
도 1B는 상기 제 1 실시형태에 있어서의 사출 압축 유닛의 사출 중의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 1C는 상기 제 1 실시형태에 있어서의 사출 압축 유닛의 압축 중의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 2는 상기 제 1 실시형태에 있어서의 열가소성 수지를 충전하는 게이트의 방향과, 캐비티 공간의 이동 방향과의 관계를 나타낸 모식도이다.
도 3A는 도 2에 나타낸 90° 게이트에서의 열가소성 수지 조성물의 토출 거동을 나타낸 모식도이다.
도 3B는 도 2에 나타낸 45° 게이트에서의 열가소성 수지 조성물의 토출 거동을 나타낸 모식도이다.
도 4A는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 사출 압축 유닛을 갖춘 금형의 사출 개시 상태를 나타낸 개략도이다.
도 4B는 상기 제 2 실시형태에 있어서의 사출 압축 유닛을 갖춘 금형의 사출 중의 상태를 나타낸 개략도이다.
도 4C는 상기 제 2 실시형태에 있어서의 사출 압축 유닛을 갖춘 금형의 압축 중의 상태를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 사출 압축 성형 방법에 의해 성형되는 연료 전지용 세퍼레이터를 사용한 연료 전지의 1형태를 나타낸 개략도이다.
도 6A는 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 사출 압축 성형 방법을 실시하는 사출 압축 유닛을 갖춘 금형의 사출 개시 상태를 나타낸 개략도이다.
도 6B는 상기 제 3 실시형태에 있어서의 사출 압축 유닛을 갖춘 금형의 사출 중의 상태를 나타낸 개략도이다.
도 6C는 상기 제 3 실시형태에 있어서의 사출 압축 유닛을 갖춘 금형의 압축 중의 상태를 나타낸 개략도이다.
도 7는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 제조장치를 나타내는 모식도이다.
도 8A는 상기 제 4 실시형태에 있어서의 성형품의 제조 공정을 나타내는 그림이다.
도 8B는 상기 제 4 실시형태에 있어서의 성형품의 제조 공정을 나타내는 그림이다.
도 8C는 상기 제 4 실시형태에 있어서의 성형품의 제조 공정을 나타내는 그림이다.
도 8D는 상기 제 4 실시형태에 있어서의 성형품의 제조 공정을 나타내는 그림이다.
도 8E는 상기 제 4 실시형태에 있어서의 성형품의 제조 공정을 나타내는 그림이다.
도 8F는 상기 제 4 실시형태에 있어서의 성형품의 제조 공정을 나타내는 그림이다.
도 9는 상기 제 4 실시형태에 있어서의 제조장치의 충전 장치를 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 변형예에 따른 제조장치를 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 성형품의 바람직한 치수를 나타내는 모식도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1···사출 압축 성형 유닛 11, 12···금형
11a, 12a···금형 11b, 12b···금형
13···캐비티 공간 14···압축 블록
15···캐비티 블록
16···원료인 열가소성 수지 조성물
17···슬라이드용 실린더 18···압축용 실린더
19a, 19b···스프링 20···추출 유닛
30···게이트 30a, 30b, 30c···게이트
50···연료 전지 51···연료 극
52···전해질판 53···산화극판
54···성형품인 연료 전지용 세퍼레이터
55···홈 α… 각도
201···제조장치 203···성형형
204···연료 전지 211···가열 장치
213···충전 장치 214···압축 장치
215···냉각 장치 216···반송 장치
231···캐비티 공간
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1A 내지 도 1C는 본 발명의 사출 압축 성형 방법(이하, 간단히 「본 발명의 성형 방법」이라 하기도 함)을 실시하는 사출 압축 성형 유닛(1)을 나타낸 그림이고, 도 1A는 사출 충전 개시의 상태, 도 1B는 사출 충전 중의 상태, 도 1C는 사출 충전이 완료하여 압축 부형 중인 상태를 각각 나타낸 모식도이다.
본 발명의 성형 방법에서 사용할 수 있는 열가소성 수지로서는, 특별히 제한은 없고, 종래 공지된 열가소성 수지를 성형 대상의 성형품의 용도 등에 따라 적절히 사용할 수 있다.
연료 전지용 세퍼레이터를 성형하는 것이라면, 내열성, 내수성, 내약품성을 갖춘 수지 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지, 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스타이렌(ABS) 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리페닐렌옥사이드(PPO) 수지, 폴리아세탈 수지, 신디오택틱 폴리스타이렌(SPS) 수지 등을 들 수 있으며, 이들의 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있다. 본 발명의 방법을 실시하는 데 있어서는, 연료 전지용 세퍼레이터를 제조하는 경우 에 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 평면 안테나를 제조하는 데 신디오택틱 폴리스타이렌(SPS) 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 열가소성 수지로서, 예컨대 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지를 사용하는 경우에는, 폴리올레핀계 왁스를 첨가할 수도 있고, 이 폴리올레핀 왁스는, PPS 수지의 유동성을 향상시킴과 동시에, 후기하는 열전도성 충전재의 분산성을 향상시키는 것이다. 또한, 폴리올레핀계 왁스의 첨가에 의해, 열가소성 수지 조성물의 내열성을 양호하게 한다.
이 폴리올레핀계 왁스는, 중합에 의해 제조된 인공 왁스이며, 예컨대 폴리에틸렌계 왁스, 폴리프로필렌계 왁스, 에틸렌-아세트산 바이닐 공중합체 왁스 등을 사용할 수 있다. 또한, 산화 폴리에틸렌계 왁스, 산화 폴리프로필렌계 왁스, MAH 공중합 폴리프로필렌 왁스, 산화 에틸렌-아세트산 바이닐 공중합체 왁스 등의 산화 폴리올레핀계 왁스도 사용할 수 있다.
또한, 이러한 열가소성 수지에는, 여러 가지 기능을 갖는 열전도성 충전재를 함유시켜 열가소성 수지 조성물로서 적용할 수 있다. 이러한 열전도성 충전재로서는, 예컨대 20℃에서의 열전도율 λ가, 1.0 내지 500W/m·℃로 표시되는 것을 사용하면 바람직하다.
또한, 이들 열전도성 충전재가 병유하는 기능으로서, 도전성, 고유전율 등을 들 수 있다. 도전성을 갖는 충전재(도전성 충전재)는, 예컨대 연료 전지용 세퍼레이터를 성형하는 경우에 적용할 수 있다.
구체적으로는, 천연 흑연, 인공 흑연, 팽창 흑연 등의 각종 흑연, 카본 블랙, 탄소 섬유, 기상법 탄소 섬유, 카본 나노튜브 등을 들 수 있고, 이들의 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합시켜 사용할 수 있다. 본 발명의 방법을 실시하는 데 있어서는, 전기 비저항이 작아 전기 전도도가 우수하며, 분산성도 양호한 흑연을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 도전성 충전재의 형상은 구상, 분말상이 바람직하고, 예컨대 평균 입경을 10 내지 200㎛, 부피 비중을 0.15 내지 0.90g/cm3로 할 수 있다.
또, 예컨대, 평면 안테나를 성형하는 경우에는, 타이타늄산 칼슘, 타이타늄산 마그네슘, 타이타늄산 바륨, 타이타늄산 스트론튬, 타이타늄산 네오디늄, 산화타이타늄 등의 고유전율의 충전재(고유전율 충전재, 고유전성 충전재)를 이용할 수 있다. 이들 고유전율 충전재의 형상도 구상, 분말상이 바람직하고, 예컨대 평균 입경을 0.1 내지 10㎛로 할 수 있다.
게다가 또, 예컨대 방열판을 성형하는 경우에는, 열전도성 충전재로서 금분, 철분, 구리분, 니켈분 등의 금속분을 적용할 수 있다. 이들의 평균 입경은, 0.1 내지 10㎛ 정도로 할 수 있지만, 1 내지 20㎛ 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이 도전성 충전재나 고유전율 충전재 등으로 대표되는 열전도성 충전재와 상기한 열가소성 수지를 혼합시킴으로써 열가소성 수지 조성물을 형성하지만, 열가소성 수지 조성물을 형성함에 있어서는, 열전도성 충전재는 상기 조성물 전체에 대하여 60질량% 이상 함유되는 것이 바람직하고, 75 내지 95질량% 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 성형 방법에 있어서는, 이러한 열전도성 충전재의 비율이 높은 열가소성 수지 조성물을 사용하더라도, 열전도성 충전재를 균일하게 분산시켜, 밀도 구배가 거의 없는 성형품으로 함과 더불어, 부피 분포도 작아 치수 정밀도가 우수함과 동시에, 또한 미세한 홈 등 복잡 형상을 형성한 경우이더라도, 상기 미세한 홈의 깨짐이나 빠짐이 없는 성형품을 제공할 수 있다. 더군다나, 얻어지는 성형품도, 이와 같이 열전도성 충전재의 함유율이 높기 때문에, 높은 열전도성을 갖추며, 또한, 예컨대 도전성 충전재이면 높은 도전성을 갖춘 것으로 된다.
또한, 열가소성 수지와 열전도성 충전재를 혼합 내지 혼련하여, 열가소성 수지 조성물을 얻기 위해서는, 양자를 롤, 압출기, 니더, 밴버리 믹서, 헨셀 믹서, 플라네터리 믹서 등의 각종 믹서 등 공지된 혼합기나 혼련기를 사용하여, 균일하게 혼합하는 것이 바람직하다.
한편, 이러한 열전도성 충전재와 열가소성 수지로 이루어지는 열가소성 수지 조성물에는, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위로, 그 밖의 충전재를 첨가할 수 있다.
이 충전재의 구체예로서는, 유리 섬유, 타이타늄산 칼륨 위스커, 산화아연 위스커, 붕산 알루미늄 위스커, 아라미드 섬유, 알루미나 섬유, 탄화규소 섬유, 세라믹 섬유, 석면 섬유, 석고 섬유, 금속 섬유 등의 섬유계 충전재, 월라스토나이트(wollastonite), 제올라이트, 세리사이트(sericite), 카올린, 운모, 클레이, 파이로필라이트(pyrophyllite), 벤토나이트, 석면, 활석, 알루미나실리케이트 등의 규산염, 알루미나, 산화규소, 산화마그네슘, 산화지르코늄, 산화타이타늄, 산화철 등의 금속 화합물, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 돌로마이트(dolomite) 등의 탄산염, 황산칼슘, 황산바륨 등의 황산염, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화알루미늄 등의 수산화물, 유리 비드, 유리 플레이크, 세라믹 비드, 질화붕소, 탄화규소, 실리카 등의 비섬유계 충전재 등을 들 수 있고, 이들은 중공체이더라도 좋다. 또한, 이들은 1종류를 단독으로 사용할 수도 있고, 또한 2종류 이상을 조합시켜 사용할 수도 있다. 또, 보다 우수한 기계적 강도를 얻기 위해서는, 이들 섬유상 충전재, 비섬유상 충전재를 아이소사이아네이트계 화합물, 유기 실레인계 화합물, 유기 티타네이트계 화합물, 유기 보레인계 화합물, 에폭시계 화합물 등의 커플링제에 의해 전처리하여 사용하도록 할 수도 있다.
또한, 열가소성 수지와 열전도성 충전재로 이루어지는 열가소성 수지 조성물에 대해서는, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위로, 유기 인 화합물, 폴리에터에터케톤 등의 결정핵제, 차아인산 등의 착색방지제, 힌더드(hindered) 페놀, 힌더드 아민 등의 산화방지제, 자외선방지제, 염료나 안료 등의 착색제, 열안정제, 윤활제, 대전방지제, 가소제 등의 첨가제를 적절히 첨가할 수 있다.
도 1A 내지 도 1C에 나타낸 사출 압축 성형 유닛(1)을 이용하여, 본 발명의 성형 방법을 실시하는데 있어서는, 우선 금형(11, 12)의 맞춤면을 체결하여 형체 상태로 한 뒤에, 금형 내에 설치된 압축 블록(14)과 2개의 캐비티 블록(15)에 의해 형성된 캐비티 공간(13)에 대하여, 사출 유닛(20)과 연접된 게이트(30)로부터 용융 상태의 열가소성 수지를 사출 충전한다(사출 충전 공정).
한편, 이하에, 사용하는 성형 재료를, 열가소성 수지와 도전성 충전재로 이루어지는 열가소성 수지 조성물로서 설명한다.
본 발명의 성형 방법에 있어서, 사출 충전시의 금형(11, 12)의 형체 상태는, 10 내지 100톤 정도의 저압 상태로 한다. 수지의 사출 충전시에 형체 상태를 저압으로 하는 것에 의해, 캐비티 공간(13)을 원활히 이동시킬 수 있어, 금형(11, 12)의 변형을 저감할 수 있음과 동시에, 가스 뽑기 효과를 기대할 수 있다.
한편, 본 발명의 성형 방법에서 수지의 사출 충전시에는, 캐비티 공간(13)을 이동시킴으로써, 낮은 충전 압력으로 광범위에 걸친 고속 충전이 가능해지기 때문에, 저압의 형체력이더라도, 금형이 열려 문제가 되지는 않는다.
여기서, 캐비티 공간(13)의 간격은, 성형 대상인 성형품의 종류, 형상이나 크기에 따라 적절히 결정하면 되지만, 2 내지 4mm 정도로 할 수도 있다.
또한, 금형 온도는, 상기 성형품의 종류 등이나, 열가소성 수지 조성물(16)의 종류에 따라 결정하면 되지만, 150 내지 230℃ 정도로 할 수도 있다. 성형 온도를 이러한 범위로 해놓으면, 성형품의 냉각도 매끄럽게 실시되어, 사출 압축 성형을 간편히 행할 수 있다.
본 발명의 성형 방법은, 이렇게 하여 저압에서의 형체 상태로 한 뒤에, 압축 블록(14)과 캐비티 블록(15)에 의해 형성된 캐비티 공간(13)에 대하여, 그림 중 좌측으로부터 우측으로 이동시키면서, 사출 유닛(20)과 연접된 게이트(30)로부터, 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)을 사출 충전한다(도 1B).
여기서, 통상의 사출 성형과 같이 게이트의 위치를 고정하고 있는 금형에서는, 게이트 부근과 유동 상태의 수지의 선단에서는 밀도 구배가 생기고, 특히 유동성이 낮은 수지 조성물에서는 이것이 현저해지지만, 본 발명의 성형 방법과 같이 하여, 캐비티 공간(13)을 이동시키면서 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)을 사출 충전함으로써 캐비티 공간(13)에 있어서의 미충전 부분이 게이트(30)의 사출구 바로 아래에 연속적으로 형성되게 되어, 겉보기의 수지 조성물(16)의 유동 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 도전성 충전재를 높은 비율로 함유하여, 용융시의 유동성이 매우 나쁜 열가소성 수지 조성물(16)이더라도, 밀도 구배가 거의 없는 성형품을 얻는 것이 가능해진다.
열가소성 수지 조성물(16)을 충전하는 게이트(30)의 형상은, 캐비티 공간(13)의 폭에 대응하는 층상의 게이트(필름 게이트 등)를 사용하면 바람직하다. 그 밖의 게이트(30)로서는, 예컨대, 종래 공지된, 게이트 셧/오픈(gate shut/open)의 밸브를 갖는 핫 러너(hot-runner)의 필름 게이트를 사용하면 바람직하다.
또한, 도 1A 내지 도 1C에 나타내는 실시형태에서는, 게이트(30)는 캐비티 공간(13)의 진행 방향(도 1A 내지 도 1C의 우측 방향)에 대하여 예각을 이루도록 형성되고, 열가소성 수지 조성물(16)이 사출 충전되는 방향이, 캐비티 공간(13)의 이동 방향에 대하여 예각을 이루도록 되어 있다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해, 수지의 충전 압력을 저하시킬 수 있음과 동시에, 성형품 표면에서의 미세한 웰드의 발생을 방지할 수 있어, 예컨대 성형품으로서 미세한 홈이 다수 형성된 연료 전지용 세퍼레이터를 성형하는 경우에 있어서도, 이 미세한 홈의 빠짐의 방지를 꾀할 수 있다.
도 2는, 열가소성 수지 조성물(16)을 충전하는 게이트(30)의 방향(열가소성 수지 조성물(16)이 사출 충전되는 방향)과, 캐비티 공간(13)의 이동 방향과의 관계를 나타낸 모식도이다.
여기서, 게이트(30a)(도 2 중 일점쇄선으로 나타냄)는, 캐비티 공간(13)의 진행 방향에 대하여 수직으로, 게이트(30b)(도 2 중 실선으로 나타냄)는, 캐비티 공간(13)의 진행 방향에 대하여 예각 방향으로, 게이트(30c)(도 2 중 2점쇄선으로 나타냄)는, 캐비티 공간(13)의 진행 방향에 대하여 둔각 방향으로, 각각 게이트(30)를 설치한 태양을 나타내고 있다. 또한, 각도 α는, 게이트(30b)와 캐비티 공간(13)의 진행 방향이 이루는 각도이다.
도 3A는, 도 2에 있어서, 게이트(30a)에서의 열가소성 수지 조성물(16)의 토출 거동을 나타낸 모식도이다. 캐비티 공간(13)의 진행 방향에 대하여 수직으로 설치된 게이트(30a)로부터 사출 충전된 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)은, 유동성이 나쁜 경우에는, 수지의 충전 압력이 증대함과 동시에, 도 3A의 화살표 부분에 나타낸 바와 같이, 열가소성 수지 조성물(16a)이 캐비티 공간(13)의 이동 방향과는 역방향으로도 토출되어 버리는 경우가 있다. 또한, 연료 전지용 세퍼레이터를 형성한, 예컨대 도전성 충전재를 함유한 PPS 등의 열용량이 작은(냉각 및 고화되기 쉬움) 열가소성 수지로 이루어진 열가소성 수지 조성물(16)의 경우에는, 캐비티 공간(13)의 이동 방향과는 역방향으로 진행한 수지가 미소 시간 후에 토출한 수지와 교차하여 미세한 웰드면을 형성하여 버리는 경우가 있어, 결과로서 이 웰드면이 성형품의 표면에도 나타나, 성형품에 미세 홈을 형성한 경우에는 상기 미세 홈의 빠짐이나 깨짐이 발생하여, 성형품의 강도 저하를 초래하여 버린다는 문제가 발생하는 경우가 있었다.
한편, 열용량이 극단적으로 작지 않은 열가소성 수지 내지 열가소성 수지 조성물을 사출 충전하는 경우에는, 이 캐비티 공간(13)의 이동 방향과는 역방향으로도 토출되지만, 계속적으로 유입하는 용융 수지의 열에 의해 재가열, 용융되므로, 상기한 웰드의 문제는 해소되어 양호한 성형품을 얻을 수 있다.
한편, 도 3B는, 도 2에 있어서, 게이트(30b)에서의 열가소성 수지 조성물(16)의 토출 거동을 나타낸 모식도이다. 캐비티 공간의 진행 방향에 대하여 예각으로 설치된 게이트(30b)로부터 사출 충전된 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)은, 도 3A에 나타내는 게이트(30a)와 마찬가지로, 캐비티 공간(13)의 이동 방향과는 역방향으로 토출되지 않는다. 그 때문에, 용융 상태의 수지 조성물(16)이 매우 유동하기 쉽게 되어, 높은 충전 압력을 필요로 하지 않고, 효율적으로 수지 조성물(16)을 사출 충전할 수 있다.
따라서, 도 3B에 나타낸 바와 같이, 먼저 토출한 용융 상태의 수지 조성물(16)에 다음 용융 상태의 수지 조성물(16)이 순차적으로 겹치는 상태가 되어, 그 결과, 얻어지는 성형품도, 미세한 웰드면이 생기지 않는다. 따라서, 미세한 홈이 형성되는 연료 전지용 세퍼레이터 등을 성형하는 경우에도, 미세 홈의 빠짐, 깨짐의 발생을 방지할 수 있어, 성형품의 강도를 향상시킬 수 있다.
한편, 캐비티 공간(13)의 진행 방향에 대하여 둔각 방향으로 설치된 게이트(30c)로부터 사출 충전된 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)은, 도시하지 않지만, 수지의 충전 압력이 증대하여, 도 3A에서의 열가소성 수지 조성물(16a)의 발생이 현저하게 되고, 그 결과, 웰드도 빈번하게 발생하게 되어, 성형품의 강도나 외관을 더욱 나쁘게 한다.
도 2에 나타내는 게이트(30b)와 캐비티 진행 방향이 이루는 각도 α는, 그대로, 열가소성 수지 조성물(16)이 사출 충전되는 방향과 캐비티 공간(13)의 이동 방향이 이루는 각도를 결정하지만, 이러한 각도 α는 25° 내지 75°의 범위로 하는 것이 바람직하고, 40° 내지 60°로 하는 것이 특히 바람직하다. 각도 α가 25°보다 작으면, 게이트(30b)의 두께가 너무 얇아 금형 강도가 얻어지지 않는 경우가 있는 한편, 각도 α가 75°를 초과하면, 상기한 효과를 발휘할 수 없는 경우가 있다.
그리고, 상기한 사출 충전 공정에 의해, 소정량의 열가소성 수지 조성물(16)의 사출 충전이 완료되면, 그 충전 완료와 동시에, 도 1C에 나타낸 바와 같이, 금형(11, 12)의 형체 상태를 저압으로부터 고압(예컨대, 200 내지 350톤)으로 함과 함께, 압축 블록(14)을 전진(도 1C의 위 방향)시켜, 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축, 부형하도록 하여, 소정 형상의 성형품을 얻도록 한다(압축 부형 공정).
상기한 바와 같이, 캐비티 공간(13)을 이동시키면서 수지를 충전하는 것만으로는, 용융 수지 조성물(16)의 유동성이 나쁘기 때문에, 금형(11, 12)에 형성된 미세 홈에는 수지 조성물(16)이 충분히 들어갈 수 없어, 홈 빠짐의 문제가 생기는 경우가 있지만, 이와 같이 하여, 열가소성 수지 조성물(16)의 충전 직후에 금형(11, 12)의 형체 상태를 고압으로 하여, 압축 부형함으로써 홈의 철요의 구석 구석까지 용융 상태의 수지 조성물(16)이 널리 퍼져, 미세 홈의 전사성이 우수한 성형품을 얻는 것이 가능해진다.
한편, 압축 부형 공정의 개시는, 열가소성 수지 조성물(16)의 충전 완료와 동시에 실시하는 것이지만, 이것은, 충전이 완전히 완료한 경우 외에, 충전이 완료하기 직전(예컨대, 충전 완료의 0.1 내지 0.5초 전)이더라도 좋다.
본 발명의 성형 방법을 실시하는데 있어서, 이 압축 부형 공정에서의 압축 속도는, 2 내지 5mm/초 정도로 하는 것이 바람직하다. 압축 속도를 이러한 범위로 함으로써, 사출 충전된 열가소성 수지 조성물(16)의 압축, 부형을 적합하게 할 수 있게 된다.
또, 압축 부형 공정에서의 압축 압력은, 예컨대 캐비티 면적을 200mm×300mm로 한 경우에는, 평균 수지 압력을 15MPa 이상으로 하는 것이 바람직하고, 30 내지 60MPa로 하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 그 경우의 형체 압력은 200톤 정도로 하는 것이 바람직하고, 350톤 정도로 하는 것이 바람직하다. 압축 압력(평균 수지압력)이 15MPa 이상이면, 압축, 부형이 충분히 실시되어, 성형품의 외관에 싱크 마크(sink mark)나 휨(warp)도 발생하지 않아 양호한 외관의 성형품을 얻을 수 있다.
이렇게 하여 사출 압축 성형 유닛(1)을 진행시키고, 금형(11, 12)을 닫아 고압으로 형체력을 걸고, 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축, 부형하면, 금형(11, 12)을 냉각하여, 금형(11, 12) 내부의 열가소성 수지 조성물(16)을 냉각 고화시킨다. 냉각 조건으로서는, 특별히 제한은 없지만, 냉각 온도를 150 내지 230℃로 하고, 또한 냉각 시간을 20 내지 80초 정도로 하면 된다.
그리고, 열가소성 수지 조성물(16)이 냉각 고화되면, 금형(11, 12)을 열어 성형품을 취출함으로써, 성형품을 얻을 수 있다.
[제 2 실시형태]
도 4A 내지 도 4C는, 상술한 도 1A 내지 도 1C의 사출 압축 성형 유닛(1)을 갖춘 금형(11a, 12a)의 1태양을 나타낸 개략도이다. 도 4A 내지 도 4C에 나타내는 금형(11a, 12a)은, 캐비티 공간(13)을 형성하는 압축 블록(14) 및 2개의 캐비티 블록(15)을 이동시키기 위한 슬라이드용 실린더(17)와, 이 캐비티 공간(13)에 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형하도록, 압축 블록(14)을 전진시키기 위한 압축용 실린더(18)를 갖추고 있다.
한편, 도 4A 내지 도 4C에 나타낸 금형은, 압축 블록(14)과 캐비티 블록(15) 사이에 설치된 스프링(19a)을 갖는다.
이 도 4A 내지 도 4C를 이용하여, 본 발명의 사출 압축 성형 방법을 실시하는 순서의 1태양을 설명한다.
금형(11a, 12a)을 10 내지 100톤(캐비티 면적 약 200mm×300mm당. 이하 같음) 정도의 저압의 형체력으로 형체 상태로 한 후, 사출 유닛(20)으로부터 보내어진 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)은, 게이트(30)로부터 캐비티 공간(13)에 사출된다. 동시에, 슬라이드용 실린더(17)를 구동시켜, 압축 블록(14)과 2개의 캐비티 블록(15)을 이동시킴으로써, 캐비티 공간(13)을 이동시키면서 게이트(30)로부터의 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)을 충전한다(사출 충전 공정).
또한, 이 사출 충전 공정에서의 열가소성 수지 조성물(16)의 사출 충전은, 도 4A에 나타낸 바와 같이, 게이트(30)의 선단을 캐비티 공간(13)의 최하부를 향한 상태로부터 사출 충전을 시작하여, 도 4B에 나타낸 바와 같이, 캐비티 공간(13)을 이동시켜, 게이트(30)의 선단이 캐비티 공간(13)의 최상부를 향한 상태가 되어, 캐비티 공간(13)에 수지 조성물(16)이 완전히 사출 충전된 시점에서 완료한다.
이상과 같이 하여 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)이 캐비티 공간(13)에 사출 충전되어 충전이 완료되면, 도 4C에 나타낸 바와 같이, 충전 완료와 대략 동시에 금형(11, 12)을 200 내지 350톤 정도의 고압으로 형체 상태로 함과 함께, 압축용 실린더(18)를 구동시켜 캐비티 공간(13) 방향으로 전진시켜, 압축 블록(14)을 전진시킴으로써, 캐비티 공간(13)에 충전된 열가소성 수지 조성물(16)이 압축 부형된다(압축 부형 공정).
그리고, 캐비티 공간(13)의 열가소성 수지 조성물(16)이 압축 부형되면, 금형(11, 12)을 냉각하여, 금형(11, 12) 내부의 열가소성 수지 조성물(16)을 냉각 고화시킨다. 열가소성 수지 조성물(16)이 냉각 고화되면, 금형(11, 12)을 열어 성형품을 취출함으로써, 성형품을 얻을 수 있다.
이렇게 하여 실시되는 본 발명의 열가소성 수지의 사출 압축 성형 방법에 의하면, 금형(11, 12)(11a, 12a)을 저압으로 형체 상태로 하여, 게이트(30)에 대하여 캐비티 공간(13)을 이동시키면서, 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)을 사출 충전하고, 충전 완료와 대략 동시에 금형(11, 12)(11a, 12a)을 고압으로 형체 상태로 함과 함께, 캐비티 공간(13)에 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형하 도록 하고 있기 때문에, 용융시의 유동성이 나쁜 열가소성 수지 조성물(16)을 사용한 경우이더라도, 캐비티 공간(13)의 미충전 부분이 게이트(30)의 사출구 바로 아래에 연속적으로 형성되어, 겉보기의 수지 조성물의 유동 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 균일한 밀도를 가진, 밀도 구배가 거의 없는 성형품을 얻는 것이 가능해지고, 또한, 부피 분포도 작아 치수 정밀도가 우수함과 동시에, 또한 미세한 홈 등 복잡 형상을 형성한 경우이더라도, 상기 미세한 홈의 깨짐이나 빠짐이 없는 성형품을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 열가소성 수지의 사출 압축 성형 방법은, 캐비티 공간(13)을 이동시켜 용융 수지를 충전하기 때문에, 캐비티 이동을 포함하지 않는 일반의 사출 성형 및 사출 압축 성형과 비교하여 금형 온도를 낮게 설정할 수 있으므로, 성형 사이클을 대폭 단축할 수 있어, 생산 비용의 저감을 꾀할 수 있다. 또한, 본 발명의 성형 방법은 성형성도 우수하여, 생산 비용의 저감을 꾀할 수 있다.
그리고, 상기한 바와 같이, 이러한 본 발명의 사출 압축 성형 방법에 의해 얻어지는 성형품은, 열전도성 충전재를 높은 비율로 함유한, 용융시의 유동성이 나쁜 열가소성 수지 조성물(16)을 사용한 경우이더라도, 열전도성 충전재를 균일하게 분산시켜, 밀도 구배가 거의 없는 성형품으로 함과 함께, 부피 분포도 작아 치수 정밀도가 우수함과 동시에, 또한 미세한 홈 등 복잡 형상을 형성한 경우이더라도, 상기 미세한 홈의 깨짐이나 빠짐이 없는 성형품이 된다.
또한, 이러한 성형품은 원하는 형상으로 성형할 수 있기 때문에, 예컨대 열전도성 충전재로서 도전성 충전재를 사용하여 연료 전지용 세퍼레이터(특히, 고체 고분자형 연료 전지용 세퍼레이터)를, 또는 열전도성 충전재로서 고유전성 충전재를 사용하여 평면 안테나를 성형하거나, 그 밖에, 열전도성 충전재로서 금속 충전재를 사용하여 방열판을 성형하는 등에 널리 이용할 수 있다.
구체적으로는, 전기 전도성이 높은 흑연을 높은 함유율로 충전한 연료 전지용 세퍼레이터나, 열전도성이 높은 금속분을 높은 함유율로 충전하여, 고 열전도성을 갖춘 방열판이나, 고유전성 충전재를 높은 함유율로 구비하여, 고주파 특성이 우수한 충전재를 높은 함유율로 충전한 평면 안테나 등을 들 수 있고, 이들 충전재를 높은 함유율로 함유한 열가소성 수지 조성물에 있어서는, 사출 충전 과정에서 방열에 의해 용융 수지의 유동성이 현저히 나빠지지만, 본 발명의 성형 방법에 의하면, 상기한 바와 같이, 충전재를 균일하게 분산시킬 수 있어, 제품 성능이 높은 성형품을 제공할 수 있게 된다.
여기서, 도 5는, 본 발명의 사출 압축 성형 방법에 의해 얻어지는 성형품으로 이루어지고, 열전도성 충전재로서 도전성 충전재를 적용하여 이루어지는 연료 전지용 세퍼레이터를 사용한 연료 전지(50)의 기본적인 구성예를 게시한 개략도이다.
도 5에 나타내는 연료 전지(50)는, 연료 극(51), 전해질판(52), 산화극판(53), 및 연료 전지용 세퍼레이터(54)(이하, 간단히 「세퍼레이터(54)」라고 하는 경우도 있음)로 이루어지고, 이 세퍼레이터(54)의 표리 양면에 대하여, 각각 복수의 홈(55)이 형성되어 있다.
또한, 이 연료 전지용 세퍼레이터(54)에 형성된 복수의 홈(55)(크기로, 폭이 약 2mm, 깊이가 0.5mm, 길이 200mm 정도의 홈)에 관해서는, 본 발명의 사출 압축 성형 방법에 의해, 전사에 의해 한 번에 형성하는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 절삭 등의 기계 가공도 필요 없어, 세퍼레이터(54)를 저비용으로 얻는 것이 가능해진다.
한편, 세퍼레이터(54)의 형상에 따라서는, 금형을 이용한 한 번의 사출 압축 성형만으로는 소정의 형상이 얻어지지 않는 경우도 있고, 그 경우에는, 추가적인 처리로서, 수득된 성형품에 대하여, 절삭, 구멍 뚫기(drilling), 나사골 내기(threading) 등의 기계 가공을 실시하도록 할 수도 있다.
한편, 이상 설명한 태양은, 본 발명의 1태양을 나타낸 것이고, 본 발명은, 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 목적 및 효과를 달성할 수 있는 범위 내에서의 변형이나 개량이, 본 발명의 내용에 포함되는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본 발명을 실시할 때의 구체적인 구조 및 형상 등은, 본 발명의 목적 및 효과를 달성할 수 있는 범위 내에서, 다른 구조나 형상 등으로 해도 좋다.
[제 3 실시형태]
예컨대, 상기한 실시형태에 있어서, 도 4A 내지 도 4C에 나타낸 금형(11a, 12a)은, 압축용 실린더(18)를 갖추고, 상기 압축용 실린더(18)에 의해 압축 블록(14)을 캐비티 공간(13)의 방향으로 전진시킴으로써, 캐비티 공간(13)에 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형하도록 했었지만, 도 6A 내지 도 6C에 나타낸 금형(11b, 12b)을 이용하여, 금형(12b)을 캐비티 공간(13) 방향으로 전진시켜, 캐비티 공간(13)에 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형하도록 할 수도 있다.
한편, 이하의 설명에서는, 이미 설명한 부분과 동일한 부분에 관해서는, 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
도 6A 내지 도 6C는, 도 1A 내지 도 1C의 사출 압축 성형 유닛(1)을 갖춘 금형의 또 하나의 태양을 나타낸 개략도이다. 도 6A 내지 도 6C에 나타내는 금형(11b, 12b)은, 캐비티 공간(13)을 형성하는 압축 블록(14) 및 2개의 캐비티 블록(15)을 이동시키기 위한 슬라이드용 실린더(17)를 갖춘 점에서 도 4A 내지 도 4C의 금형과 공통되지만, 캐비티 공간(13)에 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형하는 수단으로서, 금형(12b)을 캐비티 공간(13) 방향으로 이동시킨다는 점에 대해서는 상기한 도 4A 내지 도 4C에 나타낸 금형과 다르다.
한편, 도 6A 내지 도 6C에 나타낸 금형(11b, 12b)은, 압축 블록(14)과 캐비티 블록(15) 사이에 스프링(19a) 외에, 금형(11b, 12b)의 사이에도, 스프링(19b)이 설치되어 있다.
도 6A 내지 도 6C에 나타낸 금형(11b, 12b)에는, 상기한 도 4A 내지 도 4C에 나타낸 금형(11a, 12a)과 마찬가지로, 금형(11b, 12b)을 10 내지 100톤 정도의 저압의 형체력으로 형체 상태로 하고, 게이트(30)에 대하여 압축 블록(14)과 2개의 캐비티 블록(15)으로부터 형성되는 캐비티 공간(13)을, 슬라이드용 실린더(17)를 가동시켜 이동시키면서, 사출 유닛(20)에 송출되어 온 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)을 게이트(30)로부터 캐비티 공간(13)에 사출 충전한다(사출 충전 공정).
다음으로, 열가소성 수지 조성물(16)의 충전 완료와 대략 동시에, 금형을 200 내지 350톤 정도의 고압의 형체력으로 형체 상태로 함과 함께, 금형(11b, 12b)를 캐비티 공간(13) 방향으로 전진시킴으로써, 캐비티 공간(13)에 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형하도록 한다(압축 부형 공정).
이후는 도 4A 내지 도 4C에 나타내는 금형과 마찬가지로, 열가소성 수지 조성물(16)이 압축 부형되면, 금형(11, 12)을 냉각하여, 금형(11, 12) 내부의 열가소성 수지 조성물(16)을 냉각 고화시키고, 열가소성 수지 조성물(16)이 냉각 고화되면, 금형(11, 12)을 열어 성형품을 취출함으로써, 성형품을 얻도록 하면 된다.
[제 4 실시형태]
도 7에 있어서, 본 실시형태의 제조장치(201)는, 열가소성 수지와 도전성을 갖는 열전도성 충전재를 함유하는 원료인 열가소성 수지 조성물(16)(도 8B 등 참조)을 본 발명에 따라서 사출 압축 성형하여, 성형품인 연료 전지용 세퍼레이터(54)(도 8F, 도 5 참조)를 제조하는 것이다.
제조장치(201)는, 가열 장치(211)와, 충전 장치(213)와, 압축 장치(214)와, 냉각 장치(215)와, 반송 장치(216)를 구비한다. 가열 장치(211), 충전 장치(213), 압축 장치(214), 냉각 장치(215)는 대략 동일원 상에 배치되어 있다(도 7에서는, 각 장치(211, 213, 214, 215)는 원(R) 상에 설치되어 있다).
도 8A에도 나타낸 바와 같이, 가열 장치(211)는, 성형형(203)을 가열하는 것이다. 이 성형형(203)은 평면 대략 직사각형 형상이며, 평면 중심으로 상면을 향하여 개구한 직사각형 형상의 오목부가 형성된 것이다. 이 오목부가 캐비티 공간(231)이 된다. 도시하지 않지만, 이 오목부의 저면에는 복수의 홈이 서로 평행이 되도록 형성되어 있다.
한편, 성형형(203)은, 후술하는 충전 장치(213)의 성형형이나, 압축 장치(214)의 성형형, 냉각 장치(215)의 성형형과 함께 금형을 구성한다.
이 가열 장치(211)는, 성형형(203)을 협지하여 가열하는 히터 블록(111)을 갖추고 있다. 이 히터 블록(111)에 의해, 성형형(203)은, 열가소성 수지 조성물(16)에 포함되는 열가소성 수지의 용융 온도 이상, 예컨대 300℃ 정도로 가열된다.
도 7, 도 8B, 도 9에 나타낸 바와 같이, 충전 장치(213)는, 수수(授受) 장치(130)와, 압출 장치(131)와, 성형형(133)과, 대(134)와, 이동 장치(132)를 구비한다.
한편, 도 7에는, 성형형(133), 압출 장치(131)는 도시되어 있지 않다.
수수 장치(130)는, 가열 장치(211)로 가열된 성형형(203)을 반송 장치(216)로부터 수취하여, 대(134)에 건네 주기 위한 장치이다. 이 수수 장치(130)는, 성형형(203)을 놓기 위한 재치대(130A)와, 재치대(130A) 상의 성형형(203)을 대(134)까지 반송하는 반송부(도시 생략)를 구비한다.
압출 장치(131)는, 도 8B 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 투입되는 열가소성 수지 조성물(16)을 가소화하여 성형형(203) 내로 압출하는 것으로, 열전달 매체를 이용하는 히터(도시 생략)를 갖는 실린더(131A)와, 이 실린더(131A) 내에 배치되는 스크류(131B)와, 실린더(131A) 내에 열가소성 수지 조성물(16)을 투입하는 호퍼(131C)와, 스크류(131B)를 회전시키는 유압 장치와, 실린더(131A) 및 성형형(133)을 잇는 노즐(131D)을 구비한다.
이러한 압출 장치(131)에 있어서, 호퍼(131C)에서 투입된 열가소성 수지 조성물(16)은, 실린더(131A)의 히터에 의해서 가열되어, 유압 장치에 의해서 회전하는 스크류(131B)에 의해 가소화되면서, 선단의 노즐(131D) 측으로 이동하여, 노즐(131D)을 통해서 성형형(203) 내의 캐비티 공간(231)으로 압출된다.
한편, 실린더(131A)는, 히터에 의해 예컨대 380℃까지 가열된다.
대(134)는, 성형형(203) 내에 열가소성 수지 조성물(16)을 충전할 때에, 성형형(203)을 지지하는 것이다.
성형형(133)은, 성형형(203)의 캐비티 공간(231)에 대하여 대향 배치되는 것이고, 이 성형형(133)에는, 게이트(133A)가 형성되어 있다. 이 게이트(133A)에는 상술한 노즐(131D)이 접속되어 있고, 이 게이트(133A)를 통해서 성형형(203)의 캐비티 공간(231) 내에 열가소성 수지 조성물(16)이 충전된다. 이 성형형(133)과 성형형(203)으로 하나의 금형이 구성된다.
또한, 대(134) 및 성형형(133)은 히터 블록으로 가열되는 구조로 되어 있고, 성형형(203)은, 열가소성 수지 조성물(16)인 열가소성 수지의 용융 온도 이상으로 가열된다.
이동 장치(132)는, 대(134) 상에 설치된 성형형(203)을 게이트(133A)에 대하여 이동시키기 위한 것이다. 즉, 이동 장치(132)에 의해, 성형형(203)의 캐비티 공간(231)이 게이트(133A)에 대하여 이동하게 된다.
이 이동 장치(132)는, 예컨대 유압 실린더이며, 통(筒) 모양의 실린더 본체(132A)와, 이 실린더 본체(132A) 내를 미끄럼 운동하는 축(軸) 모양의 피스톤(132B)을 구비한다.
피스톤(132B)의 선단에는, 상기 성형형(203)이 고정될 수 있게 되어 있다.
압축 장치(214)는, 도 7 및 도 8C 및 도 8D에 나타낸 바와 같이, 충전 장치(213)에 의해, 성형형(203)내에 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형하기 위한 것이다.
이 압축 장치(214)는, 가동형인 성형형(141)과, 대(142)를 갖고 있고, 대(142) 상에 성형형(203)을 설치함과 함께, 성형형(203)에 대향 배치된 성형형(141)에 의해, 성형형(203) 내의 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형한다. 한편, 성형형(141)과 성형형(203)으로 하나의 금형이 구성되게 된다.
성형형(141)은, 성형형 본체(141A)와, 압축용 입자(入子; nested) 블록(141B)을 구비한다.
성형형 본체(141A)는, 대(142)측의 면에 오목부(141A1)가 형성되어 있고, 이 오목부(141A1)에 압축용 입자 블록(141B)이 삽입되어 있다.
압축용 입자 블록(141B)은, 성형형(203)의 오목부에 대응한 평면 직사각형 형상이며, 대(142)측의 면(141A2)에 복수의 홈이 형성되어 있다. 홈의 형상은 임의적이며, 평행하게 직선상의 홈이 배치되어 있더라도 좋고, 직교하는 것이더라도 좋다.
이 압축용 입자 블록(141B)을, 성형형 본체(141A)의 오목부(141A1)에 삽입하면, 압축용 입자 블록(141B)의 상기 홈이 형성된 면이 성형형 본체(141A)의 면(141A2)으로부터 대(142)측으로 향하여 돌출한다. 즉, 압축용 입자 블록(141B)의 두께 치수는, 성형형 본체(141A)의 오목부(141A1)의 깊이 치수보다도 크다.
이 압축용 입자 블록(141B)은, 도 8D에 나타낸 바와 같이, 성형형 본체(141A)의 오목부(141A1)로부터 떼어 내기가 가능하다.
이 압축용 입자 블록(141B)의 복수의 홈은, 성형형(203) 내에 충전된 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형했을 때에, 열가소성 수지 조성물(16)에 전사된다.
또한, 압축 장치(214)는 도시하지 않은 히터를 갖추고 있고, 이 히터에 의해, 압축 부형을 개시한 후, 성형형(203)이 열가소성 수지 조성물(16)의 열가소성 수지의 결정화 온도 이하가 되도록 조정된다. 예컨대, 압축 부형을 개시한 후, 성형형(203)이 230℃가 되도록 조정된다.
냉각 장치(215)는, 도 7 및 도 8E, 도 8F에 나타낸 바와 같이, 압축 장치(214)로 압축 부형된 열가소성 수지 조성물(16)을 냉각하고, 고화하여 세퍼레이터(54)로서 취출하는 장치이다. 성형형(203)을, 열가소성 수지 조성물(16)의 열가소성 수지의 결정화 온도 이하, 예컨대 180℃까지 냉각한다.
이 냉각 장치(215)는, 가동형인 성형형(151)과, 대(152)를 갖고 있고, 성형형(151) 및 대(152)로 성형형(203)을 협지하여, 성형형(203)을 냉각한다. 성형형(151)은, 성형형 본체(151A)와, 상술한 압축용 입자 블록(141B)로 구성되는 것이다. 성형형 본체(151A)의 대(152)측의 면(151A2)에는, 상술한 압축용 입자 블록(141B)을 삽입하기 위한 오목부(151A1)가 형성되어 있다.
압축용 입자 블록(141B)을 이 오목부(151A1)에 삽입하면, 압축용 입자 블록(141B)의 상기 홈이 형성된 면은, 성형형 본체(151A)의 면(151A2)으로부터 대(152)측으로 향하여 돌출한다. 즉, 압축용 입자 블록(141B)의 두께 치수는, 성형형 본체(151A)의 오목부(151A1)의 깊이 치수보다도 크다.
또한, 성형형 본체(151A)의 오목부(151A1)는 평면 대략 직사각형 형상이며, 압축용 입자 블록(141B)의 평면 형상보다도 큰 평면 형상으로 되어 있다. 예컨대, 도 8E의 오목부(151A1)의 폭 치수 T는, 압축용 입자 블록(141B)의 폭 H보다도 커지고 있다.
이 성형형(151)과 성형형(203)으로 하나의 금형이 구성되게 된다.
한편, 냉각 장치(215)로 성형형(203)내의 열가소성 수지 조성물(16)을 냉각한 후, 세퍼레이터(54)를 취출할 때는, 도 8F에 나타낸 바와 같이, 성형형 본체(151A)와 압축용 입자 블록(141B)이 일체적으로 가동하여, 성형형(203)으로부터 이간하게 된다.
반송 장치(216)는, 가열 장치(211), 충전 장치(213), 압축 장치(214), 냉각 장치(215)에 성형형(203)을 반송하는 것이다. 반송 장치(216)의 구조는, 가열 장치(211), 충전 장치(213), 압축 장치(214), 냉각 장치(215)에 성형형(203)을 반송하는 것이면 임의적이지만, 예컨대 성형형(203)이 설치되는 가동 테이블과, 이 가동 테이블이 가동하는 레일을 구비하는 것이더라도 좋고, 또한 성형형(203)의 측면을 협지하여 성형형(203)을 반송하도록 하는 구조의 것이더라도 좋다.
이 반송 장치(216)는, 도 7의 화살표 Y 방향으로 가동하여, 가열 장치(211), 충전 장치(213), 압축 장치(214), 냉각 장치(215)에 성형형(203)을 반송한다.
이러한 제조장치(201)를 이용하여, 세퍼레이터(54)는 아래와 같이 하여 제조된다.
우선, 도 8A에 나타낸 바와 같이, 성형형(203)을 가열 장치(211)에 의해 가열한다(가열 공정).
소정 온도(예컨대 300℃)까지 성형형(203)이 가열되면, 성형형(203)이 반송 장치(216)에 의해 충전 장치(213)의 수수 장치(130)의 재치대(130A)까지 반송된다. 그리고, 성형형(203)은 수수 장치(130)의 반송부에 의해 대(134) 상에 설치된다. 그 후, 도 8B에 나타낸 바와 같이, 압출 장치(131)로부터 용융 상태의 열가소성 수지 조성물(16)이 성형형(203)의 캐비티 공간(231) 내에 충전된다(충전 공정).
이 때, 성형형(203)의 온도는, 원료인 열가소성 수지 조성물(16)의 용융 온도 이상(예컨대 300℃)으로 되어 있다.
열가소성 수지 조성물(16)을 성형형(203)의 캐비티 공간(231) 내에 충전할 때는, 이동 장치(132)를 가동하여, 피스톤(132B)을 실린더 본체(132A) 내에서 미끄럼 운동시켜, 성형형(203)의 캐비티 공간(231)을 게이트(133A)에 대하여 이동시킨다.
한편, 충전을 실시하고 있는 동안에, 다른 성형형(203)은 가열 장치(211)에 설치되어 가열된다.
다음으로, 열가소성 수지 조성물(16)이 충전된 성형형(203)을 수수 장치(130)의 반송부로 반송하여, 다시 수수 장치(130)의 재치대(130A)에 재치시킨다.
그 후, 반송 장치(216)에 의해, 성형형(203)은 압축 장치(214)까지 반송된다.
도 8C에 나타낸 바와 같이, 압축 장치(214)에서는, 성형형(203)을 대(142) 상에 설치하여, 성형형 본체(141A)와 압축용 입자 블록(141B)을 일체화시킨 상태로 성형형(141)을 하강시켜, 성형형(203)의 캐비티 공간(231) 내의 열가소성 수지 조성물(16)을 압축 부형한다(압축 부형 공정). 그리고, 성형형(203)은, 압축 부형을 개시한 후, 열가소성 수지 조성물(16)에 포함되는 열가소성 수지의 결정화 온도 이하가 되도록 조정된다. 예컨대, 230℃가 되도록 조정된다.
여기서, 성형형(203)이 열가소성 수지 조성물(16)에 포함되는 열가소성 수지의 결정화 온도 이하에 달하기 전에, 압축 부형을 개시함으로써, 열가소성 수지 조성물(16)이 용융 상태에 있는 동안에 압축용 입자 블록(141B)을 열가소성 수지 조성물(16)에 밀어 붙일 수 있어, 압축용 입자 블록(141B)의 홈 내에 용융된 열가소성 수지 조성물(16)을 유입시키는 것이 가능해진다. 압축 장치(214)에서는, 이와 같이, 압축용 입자 블록(141B)의 홈 내에 열가소성 수지 조성물(16)이 유입한 상태로, 성형형(203)을 결정화 온도 이하로 유지할 수 있다.
한편, 압축 장치(214)에서 압축 부형 공정을 실시하고 있는 사이에, 가열 장치(211)에서의 다른 성형형(203)의 가열이 종료한 경우에는, 반송 장치(216)에 의해, 다른 성형형(203)을 충전 장치(213)까지 반송하여, 충전 공정을 실시한다.
압축 부형 공정이 종료하면, 성형형(141) 중, 성형형 본체(141A)를 상승시켜, 성형형(203)으로부터 이간한다. 이 때, 도 8D에 나타낸 바와 같이, 성형형 본체(141A)와 압축용 입자 블록(141B)이 분리되고, 압축용 입자 블록(141B)은 성형형(203)의 열가소성 수지 조성물(16) 상에 남는다.
다음으로, 반송 장치(216)에 의해, 성형형(203) 및 이 성형형(203) 상의 압축용 입자 블록(141B)을 냉각 장치(215)까지 반송한다. 냉각 장치(215)에서는, 성형형(203) 및 압축용 입자 블록(141B)은 대(152) 상에 설치된다. 그리고, 성형형 본체(151A)가 대(152)를 향하여 하강하여, 도 8E에 나타낸 바와 같이, 성형형 본체(151A)의 오목부(151A1)에 압축용 입자 블록(141B)이 삽입되게 된다. 이에 의해, 성형형(203)이 냉각되어, 성형형(203) 내의 열가소성 수지 조성물(16)이 고화하게 된다(냉각 공정). 그리고, 세퍼레이터(54)의 제조가 완성된다.
세퍼레이터(54)를 취출할 때는, 도 8F에 나타낸 바와 같이, 성형형 본체(151A)와 압축용 입자 블록(141B)이 일체적으로 상승하여, 성형형(203)으로부터 이간한다. 이것에 의해, 성형형(203)으로부터 세퍼레이터(54)를 취출할 수 있다.
한편, 세퍼레이터(54)가 취출된 성형형(203)은, 다시 가열 장치(211)까지 반송되어, 가열되게 된다.
따라서, 본 실시형태에 의하면, 이하의 효과를 발휘할 수 있다.
(1) 충전 공정에서, 게이트(133A)에 대하여 캐비티 공간(231)을 이동시켜 열가소성 수지 조성물(16)을 충전하기 때문에, 유동성이 나쁜 열가소성 수지 조성물(16)을 사용하더라도, 열가소성 수지 조성물(16)을 캐비티 공간(231) 내에 균일하게 펼치는 것이 가능해진다. 예컨대, 세퍼레이터(54)의 열가소성 수지 조성물(16)과 같이 다량의 도전성을 갖는 열전도성 충전재를 함유하는 유동성이 나쁜 열가소성 수지 조성물(16)을 사용하더라도, 열가소성 수지 조성물(16)을 캐비티 공간(231) 내에 균일하게 펼치는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 세퍼레이터(54)의 두께의 균일성을 확보할 수 있다.
(2) 충전 공정에서, 게이트(133A)에 대하여 캐비티 공간(231)을 이동시켜 열가소성 수지 조성물(16)을 충전하기 때문에, 열가소성 수지 조성물(16)의 겉보기의 유동 길이가 짧게 되어, 높은 충전 압력으로 충전할 필요가 없다. 그 때문에, 연료 전지용 세퍼레이터(54)를 성형하는 경우에는, 전기 저항의 증가를 가져오는 스킨층의 형성을 억제하는 것이 가능해진다.
(3) 또한, 충전 공정에서, 캐비티 공간(231)을 이동시켜 열가소성 수지 조성물(16)을 충전함으로써, 세퍼레이터(54)의 두께의 균일성을 확보할 수 있기 때문에, 종래와 같이 금형의 급속 가열 냉각을 필요로 하지 않아, 성형 사이클을 대폭 단축할 수 있다.
또한, 충전 공정에서, 캐비티 공간(231)을 이동시켜 열가소성 수지 조성물(16)을 충전하기 때문에, 웰드의 발생을 방지할 수 있어, 세퍼레이터(54)의 강도의 향상을 꾀할 수 있다.
(4) 본 실시형태에서는, 가열 장치(211)와, 충전 장치(213)와, 압축 장치(214)와, 냉각 장치(215)와, 성형형(203)을 상기 각 장치(211, 213, 214, 215)에 대하여 반송하는 반송 장치(216)를 구비하여, 가열 장치(211), 충전 장치(213), 압축 장치(214), 냉각 장치(215)가 대략 동일원 상에 배치된 제조장치(201)를 사용하여 성형품을 제조하고 있다.
가열 장치(211)로 성형형(203)을 가열한 후, 반송 장치(216)에 의해 성형형(203)을 충전 장치(213)에 반송할 수 있기 때문에, 충전 장치(213)로 충전하고 있는 사이에, 다음 성형형(203)을 가열 장치(211)로 가열할 수 있다. 이것에 의해, 차례 차례로 세퍼레이터(54)를 제조할 수 있기 때문에, 세퍼레이터(54)의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
(5) 또한, 본 실시형태의 제조장치(201)는, 가열 장치(211)와, 충전 장치(213)와, 압축 장치(214)와, 냉각 장치(215)가 대략 동일원 상에 배치된 것이기 때문에, 상기 각 장치(211 내지 215)를 직선상으로 배치한 것과 비교하여, 장소를 차지하지 않는다.
(6) 충전 공정에서는, 성형형(203)의 온도를 열가소성 수지의 융점 이상의 온도로 하고 있기 때문에, 충전 공정에서 캐비티 공간(231)에 충전되는 열가소성 수지 조성물(16)의 열가소성 수지의 유동성을 향상시킬 수 있다. 이것에 의해, 열가소성 수지 조성물(16)을 캐비티 공간 내에 의해 균일하게 펼칠 수 있다.
또한, 압축 부형 공정에서, 성형형(203)이 열가소성 수지의 결정화 온도 이하에 달하기 전에 압축 부형을 시작하고 있기 때문에, 열가소성 수지 조성물(16)의 열가소성 수지가 용융 상태에 있는 동안에 압축용 입자 블록(141B)을 열가소성 수지 조성물(16)에 밀어붙일 수 있어, 압축용 입자 블록(141B)의 홈 내에 용융된 열가소성 수지 조성물(16)을 유입시키는 것이 가능해진다. 그리고, 압축 장치(214)에서는, 이와 같이, 압축용 입자 블록(141B)의 홈 내에 열가소성 수지 조성물(16)이 유입한 상태로 성형형(203)을 결정화 온도 이하로 하고 있기 때문에, 캐비티 공간(231) 내의 열가소성 수지 조성물(16)에 대하여, 압축용 입자 블록(141B)에 형성된 홈을 확실히 전사시킬 수 있다.
(7) 또한, 본 실시형태에서는, 성형형(203)을 제조장치(201)의 각 장치(211, 213, 214, 215)에 대하여 반송하고 있다.
따라서, 압축 장치(214)가 홈의 형상이 다른 복수의 압축용 입자 블록(141B)을 갖추는 경우, 압축용 입자 블록(141B)을 교환함으로써, 홈의 형상이 다른 성형품을 제조하는 것이 가능해진다. 즉, 한 개의 생산 라인 내에서 복수 종류의 성형품을 제조할 수 있는 것이다.
(8) 또한, 본 실시형태에서는, 냉각 장치(215)의 성형형 본체(151A)의 오목부(151A1)의 평면 형상을 압축용 입자 블록(141B)의 평면 형상보다도 크게 하고 있다. 이와 같이 성형형 본체(151A)의 오목부(151A1)를 압축용 입자 블록(141B)의 평면 형상보다도 크게 함으로써 성형형 본체(151A)를 압축용 입자 블록(141B)에 대하여 하강시켜, 오목부(151A1) 내에 압축용 입자 블록(141B)을 삽입할 때에, 압축용 입자 블록(141B)에 수평 방향의 부하(전단력)가 걸리지 않도록 하고 있다.
예컨대, 성형형 본체(151A)의 오목부(151A1)에 압축용 입자 블록(141B)을 삽입할 때에, 압축용 입자 블록(141B)에 성형형 본체(151A)의 오목부(151A1)가 부딪혀, 압축용 입자 블록(141B)의 위치가 어긋나버린 경우에는, 압축용 입자 블록(141B)의 위치 어긋남에 의해, 성형품의 홈이 파손할 가능성이 있다.
본 실시형태에서는, 성형형 본체(151A)의 오목부(151A1)를 압축용 입자 블록(141B)의 평면 형상보다도 크게 하기 때문에, 성형형 본체(151A)의 오목부(151A1)와 압축용 입자 블록(141B)이 부딪치지 않도록 하는 것이 가능해져, 세퍼레이터(54)의 홈 등의 파손을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술의 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.
예컨대, 상기 실시형태에서는, 제조장치(201)는, 가열 장치(211), 충전 장치(213), 압축 장치(214), 냉각 장치(215)를 각각 하나씩 갖는 것으로 했지만, 이것에 한하지 않고, 예컨대 압축 장치(214)나, 냉각 장치(215)를 2기 이상 구비하는 것으로 할 수도 있다.
각 공정에 걸리는 시간을 고려하여, 각 장치(211, 213, 214, 215)의 수를 조정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 압축 장치(214)에서의 압축 시간이 10초이며, 냉각 장치(215)에서의 냉각 시간이 20초인 경우에는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 냉각 장치(215)의 수를 2개 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 성형형(203)의 가열에 시간이 필요한 경우에는, 가열 장치(211)를 복수 설치하더라도 좋다.
이와 같이, 각 공정에 걸리는 시간을 고려하여, 각 장치(211, 213, 214, 215)의 수를 조정함으로써, 더욱 순조롭게 성형품을 제조하는 것이 가능해져, 성형품의 양산화에 대응한 것으로 된다.
또한, 각 공정에 걸리는 시간을 고려하여, 충전 장치(213)의 수수 장치(130)의 재치대를 복수 설치하더라도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 반송 장치(216)에 의해, 금형의 일부인 성형형(203)을 각 장치(211, 213, 214, 215)에 반송했었지만, 이것에 한하지 않고, 예컨대 한 쌍의 성형형을 포함하는 금형 전체를 각 장치에 반송할 수도 있다.
즉, 금형을 구성하는 한 쌍의 성형형을 반송하게 된다. 이와 같이 금형 전체를 반송할 때는, 한쪽의 성형형의 오목부와, 다른 쪽의 성형형에 형성된 오목부로 캐비티 공간이 형성되는 것으로 할 수도 있다.
상기 실시형태에 있어서, 본 발명이 적용되는 연료 전지(50)(고체 고분자형 연료 전지) 및 세퍼레이터(54)의 형상(도 5 참조)은, 어디까지나 일례이며, 이들의 형상 등은 이러한 내용에 한정되지 않고, 임의의 구성 및 형상으로 할 수 있다.
그 밖에, 본 발명의 실시에 있어서의 구체적인 구조 및 형상 등은, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서 다른 구조 등으로 하여도 좋다.
상기 실시형태에서는, 연료 전지용 세퍼레이터(54)에 형성된 복수의 홈(55)의 크기로서, 예컨대 폭이 약 2mm, 깊이가 0.5mm, 길이 200mm 정도의 것으로 했지만, 이 치수에 한정되는 것이 아니다.
성형품인 세퍼레이터(54)에 형성되는 홈(55)으로서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 홈(55) 사이에 협지된 철조(56)의 밑바닥부의 폭 L1이 0 내지 10mm, 철조(56)의 정상의 폭 L2가 0 내지 10mm(단, L1≥L2)이며, 철조(56)의 높이 H가 0.2mm 이상, 홈(55)의 폭 W가 5mm 이하, 홈(55)의 간격 피치 P가 15mm 이하인 것이 바람직하다.
도 11에서는, 철조(56)의 종단편 단면 형상을 정방형으로 하고 있지만, 직사각형상, 사다리꼴상, 반원형상, 삼각형상, 반원을 일부 절결한 형상 등, 어떠한 형상이라도 취할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 성형품으로서, 연료 전지용 세퍼레이터(54)를 예시했지만, 이것에 한하지 않고, 예컨대 성형품으로서 평면 안테나나, 방열판 등을 제조할 수도 있다.
예컨대, 평면 안테나를 성형하는 경우에는, 도전성을 갖는 열전도성 충전재로서, 타이타늄산 칼슘, 타이타늄산 마그네슘, 타이타늄산 바륨, 타이타늄산 스트론튬, 타이타늄산 네오디뮴, 산화타이타늄 등의 고유전율의 충전재(고유전율 충전재, 고유전성 충전재)를 이용할 수 있다. 이들 고유전율 충전재의 형상도 구상, 분말상이 바람직하고, 예컨대 평균 입경을 0.1 내지 10㎛로 할 수 있다.
다시 또, 방열판을 성형하는 경우에는, 도전성을 갖는 열전도성 충전재로서 금분, 철분, 구리분, 니켈분 등의 금속분이 적용될 수 있다. 이들의 평균 입경은, 0.1 내지 10㎛ 정도로 하면 좋지만, 1 내지 20㎛ 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 반송 장치(216)는 성형형(203)을 화살표 Y 방향으로 반송한다고 했지만, 이것에 한하지 않고, 예컨대 반송 장치(216)를, 회전구동하는 턴테이블을 갖춘 구성으로 하여도 좋다. 턴테이블 상에 성형형(203)을 배치하고, 턴테이블을 회전 구동함으로써, 원호상으로 배치된 각 장치(211, 213, 214, 215)에 성형형(203)을 반송하는 것으로 할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 충전 장치(213)는, 수수 장치(130)를 갖추는 것으로 했지만, 이 수수 장치(130)는 없더라도 좋고, 예컨대 반송 장치(216)에 의해, 직접 대(134) 상에 설치하도록 하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 충전 장치(213)는, 압출 장치(131)를 갖춘 것으로 했지만, 이것에 한하지 않고, 사출 성형 장치를 갖춘 것으로 할 수도 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예 등에 하등 제약되는 것이 아니다.
[실시예 1]
(폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지 조성물의 제조)
하기 (1) 내지 (4)에 나타내는 성분을 배합하여, 슈퍼 플로터(Super Floater) 믹서(진동·교반혼합기)((주)가와타(KAWATA MFG. CO., Ltd.)제)를 이용하여 균일하게 드라이 블렌딩한 후, 2축 혼련 압출기(TEM35B: 도시바기계(주)(Toshiba Machine Co., Ltd.)제)를 이용하여, 용융 온도를 300 내지 330℃로 용융 혼련하여 펠렛상으로 압출하어, 열가소성 수지 조성물인 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지 조성물을 제조했다.
(1) 폴리(파라)페닐렌 설파이드 수지(전체의 17질량%)
그레이드: LR01G(디아이시·이피(주)(DIC EP Inc.)제)
용융 점도: 10Pa·sec
(수지 온도 300℃, 전단 속도 2000sec-1에서의 값)
(2) 흑연(도전성 충전재)(전체의 77질량%)
그레이드: 천연 흑연 CGC-100H(일본흑연공업(주)제)
평균 입자경(D50%): 100㎛
벌크 밀도: 0.7g/cm3(JIS K6891에 준거하여 측정)
(3) 탄소 섬유(도전성 충전재)(전체의 3질량%)
그레이드: PAN계 밀드(milled) 카본 파이버 HTA-CMF-0160E
(도호테낙스(주)(TOHO TENAX Co., Ltd.)제)
섬유경: 7㎛
섬유 길이: 160㎛
(4) 산화폴리에틸렌 왁스(전체의 3질량%)
그레이드: 리코왁스 PED191(고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 산화 타입, 클라리언트 재팬(주)(Clariant Japan)제)
MW(중량평균 분자량): 12000
산화도: 17mgKOH/g
그리고, 이 열가소성 수지 조성물(PPS 수지 조성물. 이하 같음)을, 도 1A 내지 도 1C에 나타낸 사출 압축 성형 유닛을 갖춘 사출 압축 성형기(AZ-7000: 닛세이수지공업(주)(Nissei Plastic Industrial Co., Ltd.)제, 형체력 350톤)를 이용하여, 하기의 사출 충전 공정 및 압축 부형 공정에 따라서 본 발명의 사출 압축 성형 방법을 실시하여, 본 발명의 판상 성형품(크기: 세로 200mm×가로 300mm×두께 1.5mm)을 수득했다.
(성형 조건)
캐비티 형상: 세로 200mm×가로 300mm×두께 1.5mm
게이트 형상: 200mm×2mm(필름 게이트)
실린더 온도: 320℃
금형 온도: 200℃
(사출 충전 공정)
도 1A 내지 도 1C에 나타내는 사출 압축 유닛에 있어서, 용융 상태의 열가소성 수지 조성물을, 판상 성형품의 두께가 2.0mm가 되도록 하여, 금형의 캐비티 공간 내에 사출 충전했다. 한편, 사출 충전 공정에서의 형체력은 50톤으로 저압 상태로 하고, 열가소성 수지 조성물의 충전 개시로부터 1초 후에 캐비티 공간의 이동을 시작하여, 캐비티 공간의 이동이 완료하는 동시에, 열가소성 수지 조성물의 충전을 완료하도록 했다.
(압축 부형 공정)
상기한 사출 충전 공정에 의해 용융 상태의 열가소성 수지 조성물이 금형 내에 충전되면, 충전 종료와 동시에, 도 1C에 나타낸 바와 같이 형체력을 350톤으로 고압 상태로 하여, 압축 블록을 진행시켜, 압축 속도를 2mm/초, 압축시의 수지 압력을 58MPa로 하여, 금형의 캐비티 공간 내의 열가소성 수지 조성물을 압축 부형하 도록 했다.
그리고, 압축 부형 공정 후, 금형을 200℃에서 60초 정도로 냉각하여, 금형 내의 열가소성 수지 조성물을 냉각 고화시키고, 상기 조성물이 고화하면, 금형으로부터 취출함으로써, 본 발명의 판상 성형품을 수득했다.
[비교예 1]
실시예 1에 있어서, 캐비티 공간의 위치를 이동시키지 않고서 고정한 이외는, 상기한 실시예 1에 준하여 사출 압축 성형을 하여, 판상 성형품을 성형했다. 한편, 실린더 온도는 320℃, 금형 온도는 200℃로 했다. 또한, 초기 두께는 2.0mm, 충전 시간은 1.5초, 충전 압력은 최대치로 260MPa 설정으로 하여, 스크류 위치가 보압절환(保壓切換; pressure-keeping switch) 위치에 도달함과 동시에 압축을 시작하도록 하고, 게이트는 사이드 게이트로 했다.
[비교예 2]
비교예 1에 있어서, 압축 부형 공정을 하지 않고, 사출 충전 냉각하는 사출 성형법에 의해 판상 성형품을 얻었다. 한편, 실린더 온도는 320℃, 금형 온도는 200℃로 했다. 또한, 충전 압력은 최대치로 260MPa 설정으로 하고, 게이트는 사이드 게이트로 했다.
[시험 1]
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 수득된 판상 성형품에 대하여, 하기의 방법에 의해 부피 저항률 및 부피 분포를 측정했다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(부피 저항률)
사이드 게이트 직하부, 중앙부 및 말단부(사이드 게이트로부터 가장 먼 부분)의 위치의 3개의 측정 개소에 대하여 각각 50mm각으로 잘라내어 샘플로 하고, 이 샘플을 시판의 저항률계(로레스타(LORESTA) GP/ASP 프로브(미쓰비시화학(주)제)를 이용하여), JIS K7194에 준거하여, 4침법에 의해 부피 저항률을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
한편, 실시예 1에 관해서는, 캐비티 공간을 이동시키고 있기 때문에, 사이드 게이트를 사용하지 않고 있지만, 판상 성형품에 대하여 비교예 1 등과 같은 위치에 대하여 샘플을 취하여 측정했다.
(부피 분포)
상기 부피 저항률 측정에 이용한 50mm각 샘플(각 예에 대하여 3개)에 대하여, 1샘플의 임의의 3개소, 합계 9개소에 대하여, 시판의 마이크로미터(1/100mm)를 이용하여 두께를 측정하여, 최대치, 최소치 및 편차(최대치-최소치)를 확인했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(결과: 부피 저항률)
(결과: 육후(肉厚) 분포)
표 1 및 표 2의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 사출 압축 성형 방법을 이용하여 수득된 실시예 1의 판상 성형품은, 상기 3개소에서의 부피 저항률은 모두 같고, 또한 그 값도 30mΩ·cm로 낮은 것이었다. 또한, 성형품의 두께는, 설정치에 대한 최대치, 최소치의 차이, 및 그들의 편차도 작고, 부피 분포가 양호했다.
따라서, 실시예 1의 판상 성형품은, 부피 분포가 양호하며, 또한 도전성 충전재가 균일하게 분산되어 밀도 구배가 거의 없고, 또한 높은 도전성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 종래의 사출 압축 성형 방법을 이용하여 수득된 비교예 1의 판상 성형품은, 게이트 직하 및 중앙부의 부피 저항률이 말단부보다 크고, 부피 저항률이 성형품 내에서 균일하지 않았다. 또한, 그 값도 40 내지 45mΩ·cm로 실시예 1의 판상 성형품의 결과보다 높아, 도전성이 뒤떨어지는 것이었다. 또한, 부피 분포도 편차가 크고, 실시예 1에 비교하면 나빴다.
또한, 종래의 사출 성형 방법을 이용하여 수득된 비교예 2의 판상 성형품은, 게이트의 말단부가 미충전이며, 양호한 성형품이 얻어지지 않았음과 동시에, 그 부피 저항률도 80mΩ·cm로 높아, 도전성이 나쁨과 동시에, 부피 분포도 실시예 1이나 비교예 1과 비교하더라도 크게 뒤떨어지고 있었다.
[시험 2]
실시예 1에 나타낸 사출 압축 성형 방법에 있어서, 캐비티 공간의 이동 방향에 대한 게이트의 각도를 45°(실시예 2), 90°(이동 방향에 대하여 수직: 실시예 3), 및 135°(실시예 4)로 하여 판상 성형품을 사출 압축 성형한 바, 실시예 2에 관해서는, 캐비티 공간에 대한 충전이, 웰드의 형성이 없고 양호하게 실시할 수 있고, 수득된 판상 성형품도 표면에 미세한 웰드면은 확인할 수 없었다.
이와 같이, 캐비티 공간의 이동 방향에 대한 게이트의 각도를 45°로 예각으로 함으로써, 캐비티 공간에 충전되는 수지의 수지 충전 압력이 낮춰지기 때문에, 미세한 웰드의 발생을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.
한편, 실시예 3에 관해서는, 충전에 있어서 웰드의 발생이 인정되고, 수득된 판상 성형품도 표면에 미세한 웰드면이 나타나고 있었다. 실시예 4는, 웰드의 발생이 실시예 3과 비교하여 현저했다.
[시험 3]
본 발명의 성형 방법에 의하면, 저온 금형(PPS의 통상 금형 온도: 120 내지 150℃)이라도 홈 전사가 양호하다. 이 특징을 확인하기 위해서, 이하와 같은 시험을 했다.
(실시예 5) 다음 조건으로 성형을 했다.
재료: PPS+도전성 충전재(82.5wt%)
실린더 온도: 360℃
금형 온도: 140℃
충전 압력(실효): 220MPa
사출 속도: 40mm/sec
압축력: 350톤
성형 방법: 제 1 실시형태에 근거함
(비교예 3) 다음 조건으로 성형을 했다.
충전 압력(실효): 260MPa(사출 성형기의 최대 출력)
금형 온도: 140℃
성형 방법: 종래 방식
그 밖에는 실시예 5와 같은 조건
(비교예 4) 다음 조건으로 성형을 했다.
충전 압력(실효): 260MPa(사출 성형기의 최대 출력)
금형 온도: 230℃
성형 방법: 종래 방식
그 밖에는 실시예 5와 같은 조건
(홈 전사율의 검사)
홈 전사율(%)=(홈부의 전체 면적-홈 빠짐부의 면적)/홈부의 전체 면적
홈 빠짐부는, 육안으로써 특정할 수 있는 명확한 빠짐부로 했다.
미충전의 경우는, 미충전 성형품에서의 홈부의 면적을 홈부의 전체 면적으로 했다.
홈의 빠짐은, 유동 방향에 대하여 직교하는 홈에서 현저히 발생했다.
(검사 결과)
실시예 5에서는, 완전 충전이 얻어지고, 홈의 전사율은 100%였다.
비교예 3에서는, 충전 압력을 높였음에도 불구하고 미충전 상태가 발생하고, 홈의 전사율은 30%였다.
비교예 4에서는, 금형 온도를 높임으로써 완전 충전이 얻어졌지만, 홈의 전사율은 80%였다.
따라서, 본 발명에 의하면 홈의 전사성도 높일 수 있다. 그리고, 종래 방식과 같이 금형을 고온(PPS의 융점 부근: 280℃)으로 하지 않더라도 충분한 전사성이 얻어져, 성형 사이클을 단축하는 것도 가능해진다.
[시험 4]
시험 2에 있어서, 본 발명의 성형 방법에서는, 게이트 각도를 예각으로 함으로써 웰드 발생을 방지할 수 있음을 확인했다. 또한, 게이트 각도가 홈의 전사성에 미치는 영향을 확인하기 위해서, 이하와 같은 시험을 했다.
(실시예 6) 다음 조건으로 성형을 했다.
재료: PPS+도전성 충전재(82.5wt%)
실린더 온도: 340℃
금형 온도: 140℃
성형 방법: 게이트 각도 45°(예각),
캐비티 공간을 도 6A 내지 도 6C에 준하여 좌로부터 우로 이동
그 밖에는 실시예 5와 같은 조건
(실시예 7) 다음 조건으로 성형을 했다.
성형 방법: 게이트 각도=둔각,
캐비티 공간을 도 6과는 반대로 우로부터 좌로 이동
그 밖에는 실시예 6과 같은 조건
(검사 결과)
실시예 6에서는, 완전 충전이 얻어지고, 홈의 전사율은 100%였다.
실시예 7에서는, 홈 전사율은 20%에 머물고, 홈의 빠짐이 현저했다.
따라서, 본 발명에 있어서 게이트 각도를 예각으로 함으로써 홈의 전사성도 높일 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 사출 압축 성형 방법은, 도전성 충전재 등의 열전도성 충전재를 높은 비율로 함유한 열가소성 수지 조성물을 사출 압축 성형할 수 있기 때문에, 예컨대 연료 전지용 세퍼레이터나 평면 안테나 등의 성형품의 제조에 이용할 수 있다.
Claims (11)
- 용융 상태의 열가소성 수지를 함유하는 원료를 게이트로부터 금형의 내부에 형성된 캐비티 공간에 사출 충전하고, 당해 캐비티 공간 내의 상기 원료를 압축 부형하여 성형품을 얻는 사출 압축 성형 방법으로서,상기 금형을 저압으로 형체 상태로 하고, 상기 게이트에 대하여 상기 캐비티 공간을 이동시키면서, 상기 게이트로부터 상기 캐비티 공간에 용융 상태의 상기 원료를 사출 충전하는 사출 충전 공정과,충전 완료와 대략 동시에 상기 금형을 고압으로 형체 상태로 함과 함께, 상기 캐비티 공간에 충전된 상기 원료를 압축 부형하는 압축 부형 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출 압축 성형 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 원료의 사출 충전되는 방향이, 상기 캐비티 공간의 이동 방향에 대하여 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 사출 압축 성형 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 예각이 25° 내지 75°인 것을 특징으로 하는 사출 성형 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 압축 부형이, 상기 금형 내부에 설치된 압축 블록을 상기 캐비티 공간 방향으로 전진시킴으로써 실시되는 것을 특징으로 하는 사출 압축 성형 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,제조장치로서, 한 쌍의 대향 배치된 성형형을 갖고 상기 캐비티 공간이 형성된 금형과, 상기 금형 중 적어도 상기 캐비티 공간인 오목부가 형성된 한쪽의 성형형을 가열하는 가열 장치와, 용융 상태의 상기 원료를 캐비티 공간에 충전하는 충전 장치와, 상기 캐비티 공간에 충전된 상기 원료를 압축 부형하는 압축 장치와, 상기 캐비티 공간 내의 상기 원료를 냉각하는 냉각 장치와, 상기 금형 또는 한쪽의 성형형을 상기 각 장치에 대하여 반송하는 반송 장치를 구비하고, 또한 상기 가열 장치, 상기 충전 장치, 상기 압축 장치, 상기 냉각 장치가 대략 동일원 상에 배치된 제조장치를 이용하여,상기 가열 장치에 의해, 상기 금형 또는 한쪽의 성형형을 가열하는 가열 공정과,상기 충전 장치에 의해, 상기 게이트에 대하여 상기 캐비티 공간을 이동시키면서 용융 상태의 상기 원료를 상기 캐비티 공간에 충전하는 충전 공정과,상기 압축 장치에 의해, 상기 캐비티 공간 내의 상기 원료를 압축 부형하는 압축 부형 공정과,상기 냉각 장치에 의해, 상기 캐비티 공간 내의 상기 원료를 냉각하는 냉각 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 사출 압축 성형 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 충전 공정에서는, 상기 금형 또는 한쪽의 성형형의 온도를 상기 열가소성 수지의 융점 이상의 온도로 하고,상기 압축 부형 공정에서는, 압축 부형을 개시한 후, 상기 금형 또는 한쪽의 성형형의 온도가, 상기 열가소성 수지의 결정화 온도 이하의 온도에 달하도록 상기 금형 또는 한쪽의 성형형의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 사출 압축 성형 방법.
- 열가소성 수지 및 열전도성 충전재를 함유한 원료를, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 사출 압축 성형 방법에 의해 성형한 것을 특징으로 하는 성형품.
- 제 7 항에 있어서,상기 원료가, 당해 원료 전체에 대하여 열전도성 충전재를 60질량% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 성형품.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,연료 전지용 세퍼레이터 또는 평면 안테나인 것을 특징으로 하는 성형품.
- 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,표면에 복수의 미세 홈이 일체 성형된 것을 특징으로 하는 성형품.
- 제 10 항에 있어서,상기 홈 사이에 협지된 철조의 밑바닥부의 폭 L1이 0 내지 10mm, 상기 철조의 정상의 폭 L2가 0 내지 10mm(단, L1≥L2)이며, 상기 철조의 높이 H가 0.2mm 이상, 상기 홈의 폭 W가 5mm 이하, 상기 홈의 간격 피치 P가 15mm 이하인 것을 특징으로 하는 성형품.
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