KR20140059799A

KR20140059799A - 수지 복합 성형체의 제조방법, 및 수지 복합 성형체

Info

Publication number: KR20140059799A
Application number: KR1020147006237A
Authority: KR
Inventors: 타카유키 미야시타
Original assignee: 포리프라스틱 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-05-16
Also published as: CN103781611A; WO2013035443A1; JP2013056517A

Abstract

이중 성형법에 의한 수지 복합 성형체의 제조에 있어서, 결정성 열가소성 수지를 이용하는 경우에도, 1차 성형체와 2차 성형체와의 밀착력을 높이면서, 수지 복합 성형체에 열처리를 실시하지 않아도, 결정성 열가소성 수지의 결정화도를 충분히 높일 수 있는 기술을 제공한다.
이중 성형에 이용되는 1차 성형체를, 캐비티 표면의 일부에 단열층이 형성된 단열 금형을 이용하여, 금형 온도가 1차 성형체를 구성하는 결정성 수지의 냉결정화 온도(T_c1)-10℃ 이하의 조건에서 제조한다.

Description

수지 복합 성형체의 제조방법, 및 수지 복합 성형체{METHOD FOR PRODUCING RESIN COMPOSITE MOLDED BODY AND RESIN COMPOSITE MOLDED BODY}

본 발명은, 수지 복합 성형체의 제조방법, 및 수지 복합 성형체에 관한 것이다.

결정성 열가소성 수지는, 일반적으로 우수한 기계적 강도, 내열성, 내약품성, 전기적 특성 등의 물성을 가지기 때문에, 자동차용 부품, 전자·전자 부품, 화학 기기 등의 부품의 원료로서 폭넓게 사용되고 있다.

상기한 바와 같이, 결정성 열가소성 수지를 원료로 하는 수지 성형체는, 다양한 용도의 부품으로 사용되고 있으며, 부품에 따라서는 복잡한 형상을 가지는 등의 이유에서, 복수의 수지 성형체를 접합하여 제조되는 경우가 있다. 접합 방법으로는, 접착제에 의한 접합, 볼트 등에 의한 기계적 접합 등이 알려져 있다.

그러나, 접착제를 이용하여 접합하는 방법의 경우, 접착제의 코스트가 비싸고, 접착 강도가 충분히 높아지지 않는 등의 문제가 있다. 또한, 볼트 등을 이용하여 접합하는 방법의 경우, 비용, 체결의 수고, 중량 증가 등이 문제가 된다.

한편, 사출 용착(이중 성형법등), 레이저 용착, 열판 용착, 진동 용착, 초음파 용착등에 관해서는 단시간에 접합이 가능하고, 또한 접착제나 금속 부품을 사용하지 않기 때문에, 거기에 걸리는 코스트나 중량 증가, 환경 오염 등의 문제가 발생되지 않는다. 상기의 용착방법 중에서도, 특히 이중 성형법등의 사출용착은, 2차 성형체의 성형시에 병행하여 1차 성형체와 접합시킬 수 있기 때문에 생산성이 높다. 그러나, 결정성 열가소성 수지를 이용하는 경우, 1차 성형체와 2차 성형체와의 밀착 강도가 낮은 경향이 있다.

그래서, 특허문헌 1에는, 1차 성형체에 포함되는 결정성 열가소성 수지의 결정화도가 낮아지도록 조정하여, 1차 성형체와 2차 성형체와의 밀착 강도를 높이는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 기술에 따르면, 결정성 열가소성 수지를 이용하는 경우에도, 1차 성형체와 2차 성형체와의 밀착 강도를 높일 수 있다.

1. 일본 공개특허 특개평 06-47830호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 수지 복합 성형체에서의 1차 성형체는 비정질 상태, 혹은 수지 복합 성형체에서의 1차 성형체에 포함되는 결정성 열가소성 수지의 결정화도가 원하는 결정화도보다 낮은 상태가 된다. 이를 보완하기 위해서는, 수지 복합 성형체를 가열 처리하여 상기 결정화도를 높이는 방법이 있으나, 특허문헌 1에 기재된 기술에 의해 얻은 수지 복합 성형체는, 가열 처리시의 치수 변화가 크고, 가열 처리시에 크랙 등이 발생하는 문제가 있어, 종래기술로서는 이것을 해결할 방법이 없다.

본 발명의 목적은, 이중 성형법에 의한 수지 복합 성형체의 제조에 있어서, 결정성 열가소성 수지를 이용하는 경우에도, 1차 성형체와 2차 성형체와의 밀착력을 높이면서, 상기와 같은 열처리를 수지 복합 성형체에 실시하지 않더라도, 결정성 열가소성 수지의 결정화도를 충분히 높일 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 금형의 캐비티 표면의 일부에 단열층을 형성하고, 이 금형을 이용하여 수지 성형체를 제조하면, 결정화도가 낮은 영역과 결정화도가 높은 영역을 수지 성형체에 형성할 수 있다는 것을 발견하였다. 이 지견에 근거하여, 이중 성형에 이용되는 1차 성형체를, 캐비티 표면의 일부에 단열층이 형성된 단열 금형을 이용하고, 금형 온도가 1차 성형체를 구성하는 결정성 수지의 냉결정화 온도(T_c1)-10℃ 이하의 조건에서 제조하면, 필요한 부분만 결정화도가 낮은 상태가 되고, 수지 성형체의 대부분에서 충분히 결정화도가 높아진 상태가 되기 때문에, 고온 환경하 등에 노출되어도, 결정성 열가소성 수지의 결정화에 기인하는 치수 변화가 작다. 그 결과, 크랙등이 발생하는 문제는 억제되어 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이하의 것을 제공한다.

(1) 결정성 열가소성 수지 조성물을 성형하여 이루어지는 1차 성형체와, 상기 1차 성형체의 표면의 일부인 제1 접합부와 접합되는 제2 접합부를 가지는 2차 성형체, 를 구비하는 수지 복합 성형체의 제조방법에 있어서, 상기 1차 성형체를 금형에 배치하고, 금형내에 용융 상태의 열가소성 수지 조성물을 사출함으로써, 상기 제1 접합부와 상기 제2 접합부가 접합된 수지 복합 성형체를 제조하는 공정을 가지며, 상기 1차 성형체는, 캐비티 표면의 일부에 단열층이 형성된 단열 금형을 이용하고, 금형 온도가 상기 1차 성형체를 구성하는 결정성 수지의 냉결정화 온도(T_c1)-10℃ 이하의 조건에서 제조되고, 상기 단열층은, 상기 캐비티 표면에서의, 상기 제1 접합부를 형성할 예정 영역인 접합 예정면과 접하는 부분 이외의 거의 전체면에 형성되는 것을 특징으로 하는 수지 복합 성형체의 제조방법.

(2) 상기 2차 성형체는, 금형 온도가 상기 2차 성형체를 구성하는 결정성 열가소성 수지의 냉결정화 온도(T_c1)+10℃ 이상의 조건에서 제조되는 (1)에 기재된 수지 복합 성형체의 제조방법.

(3) 상기 1차 성형체는, 폴리아릴렌설파이드계 수지 조성물로 구성되는 (1) 또는 (2)에 기재된 수지 복합 성형체의 제조방법.

(4) 상기 1차 성형체는, 상기 단열 금형의 금형 온도가 100℃ 이하의 조건에서 제조되는 (3)에 기재된 수지 복합 성형체의 제조방법.

(5) (1)에서 (4)의 어느 하나에 기재된 방법으로 제조된 수지 복합 성형체.

본 발명에 의하면, 이중 성형법에 의한 수지 복합 성형체의 제조에 있어서, 결정성 열가소성 수지를 이용하는 경우에도, 1차 성형체와 2차 성형체와의 밀착력을 높이면서, 열처리 등을 실시하지 않아도 결정성 열가소성 수지의 결정화도를 충분히 높일 수 있다. 충분히 결정화도가 높아져 있으면, 고온 환경하등에 노출되어도, 결정성 열가소성 수지의 결정화에 기인하는 치수 변화가 작기 때문에, 크랙등이 발생하는 문제는 발생되지 않는다.

도 1은, 이하의 설명에 사용되는 수지 복합 성형체를 모식적으로 나타낸 도면이고, (a)는 사시도이며, (b)는 MM단면도이다.
도 2는, 1차 성형체, 2차 성형체를 모식적으로 나타낸 도면이고, (a)는 1차 성형체를 모식적으로 나타낸 저면도이며, (b)는 2차 성형체를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은, 본 실시형태의 1차 성형체가 되는 성형체 및 그 성형체를 제조하기 위한 금형을 모식적으로 나타낸 도면이고, (a)는 2차 성형체와 일체화되기 전의 1차 성형체의 저면(底面)을 모식적으로 나타낸 도면이며, (b)는 1차 성형체를 제조하기 위한 단열 금형의 캐비티의 단면도이다.
도 4는, 본 실시형태의 2차 성형체를 제조하기 위한 금형의 캐비티를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는, 실시예B에서 제조된 수지 복합 성형체를 모식적으로 나타낸 도면이고, (a)는 사시도이며, (b)는 NN단면도이다.
도 6은, 1차 성형체의 바탕이 되는 성형체를 모식적으로 나타낸 도면이고, (a)는 사시도이며, (b)는 OO단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 제조방법은, 1차 성형체와 2차 성형체가 일체가 된 수지 복합 성형체를 이중 성형법으로 제조하는 방법이다.

본 발명의 특징의 하나는, 1차 성형체의 제조방법에 있으며, 이중 성형법으로는, 일반적인 방법을 채용할 수 있다. 이하, 판상의 1차 성형체와 원반상의 2차 성형체를 구비하는 수지 복합 성형체의 제조를 예로 들어 본 발명을 설명한다. 여기서는 단순한 형상의 성형체를 예로 설명하나, 본 발명의 제조방법은, 1차 성형체나 2차 성형체가 어떠한 형상이든 관계없이 실시할 수 있다.

도 1은, 이하의 설명에 사용되는 수지 복합 성형체를 모식적으로 나타내는 도면이고, (a)는 사시도이며, (b)는 MM단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 수지 복합 성형체(1)는, 판상의 1차 성형체(10)와 원반상의 2차 성형체(20)를 구비하고, 1차 성형체(10)와 2차 성형체(20)는 접합부(2)에 의해 일체화되어 이루어진다.

도 2(a)는, 1차 성형체(10)를 모식적으로 나타내는 저면도이고, (b)는 2차 성형체(20)를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 1차 성형체(10)는, 2차 성형체(20)와 접합되는 제1 접합부(101)를 구비한다. 본 실시형태에서, 제1 접합부(101)는, 도 2(a)에서 점선으로 둘러싸이는 범위이다. 한편, 2차 성형체(20)는, 1차 성형체(10)와 접합되는 제2 접합부(201)를 가진다. 본 실시형태에서, 제2 접합부(201)는, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 원반상의 2차 성형체의 원형의 단면(端面) 전체이다. 제1 접합부(101)와 제2 접합부(201)로 접합부(2)를 형성한다.

상기 수지 복합 성형체(1)의 제조방법의 개요는, 먼저, 1차 성형체(10)를 제조하고, 이어서, 상기 1차 성형체(10)를 금형에 배치하고, 마지막으로 열가소성 수지 조성물을 금형내에 사출함으로써, 2차 성형체(20)를 성형함과 동시에, 1차 성형체(10)와 2차 성형체(20)을 일체화한다.

본 발명에서는, 이하의 방법으로 1차 성형체(10)를 제조하기 위하여, 1차 성형체(10)와 2차 성형체(20)와의 밀착 강도를 높이면서, 열처리 등의 후처리를 실시하지 않아도, 1차 성형체(10)의 결정화도를 높은 상태로 할 수 있다.

[1차 성형체의 제조방법]

1차 성형체(10)는, 캐비티 표면의 일부에 단열층이 형성된 단열 금형을 이용하여, 금형 온도가 1차 성형체(10)를 구성하는 결정성 수지의 냉결정화 온도(T_c1)-10℃ 이하의 조건에서 제조된다. 냉결정화 온도(T_c1)란, 결정화가 불충분한 상태에서 성형된 수지를 승온시킨 경우에 결정화되는 온도를 가리킨다. 냉결정화 온도(T_c1)는, 용융된 수지를 급냉각, 고화시켜 분쇄하고, 이것을 시차주사 열량 측정계(DSC)를 이용하여 10℃/분의 속도로 승온시켰을 경우의 열량 곡선의 크닉(굴곡점) 또는 결정화 발열 피크로부터 구할 수 있다. 캐비티란, 금형 내부에서의 수지가 충전되는 공간 전체를 가리킨다.

먼저, 1차 성형체(10)를 구성하는 재료에 대하여 설명한다. 본 발명은, 결정성 열가소성 수지를 이용하는 경우에 발생되는 과제를 해결하는 발명이다. 따라서, 1차 성형체(10)는 결정성 열가소성 수지 조성물로 구성된다.

결정성 열가소성 수지 조성물은, 결정성 열가소성 수지를 포함한다. 본 발명에서, 결정성 열가소성 수지의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 폴리페닐렌설파이드 수지등의 폴리아릴렌설파이드 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지등의 폴리에스테르 수지의 결정성 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 또한 복수 종류의 결정성 열가소성 수지를 병용할 수 있다. 특히, 폴리페닐렌설파이드 수지등의 폴리아릴렌설파이드 수지를 이용한 경우, 수지 성형체간의 밀착이 약해지는 경향이 있는데, 본 발명에 의하면, 이러한 강한 접합을 형성시키기 어려운 폴리아릴렌설파이드 수지 조성물을 이용하는 경우에도, 수지 성형체간의 접합 강도를 충분히 높일 수 있다.

또한, 결정성 열가소성 수지 조성물은, 본 발명의 효과를 크게 저해하지 않는 범위에서, 기타 수지나, 종래 공지된 각종 무기·유기 충전제, 난연제, 자외선 흡수제, 열안정제, 광안정제, 착색제, 카본 블랙, 이형제, 가소제등의 첨가제를 함유할 수 있다. 또한, 결정성 열가소성 수지 조성물은, 미량의 불순물등 밖에 포함하지 않는 등의 실질적으로 결정성 수지로 이루어진 것일 수 있다.

계속하여, 1차 성형체의 구체적인 제조방법에 대하여 설명한다. 도 3(a)에는, 2차 성형체와 일체화되기 전의 1차 성형체(10)의 저면을 모식적으로 나타내고, 도 3(b)에는, 1차 성형체(10)를 제조하기 위한 단열 금형(3)의 캐비티의 단면을 모식적으로 나타내었다.

도 3(a)에 나타낸 1차 성형체(10)의 표면에는, 2차 성형체(20)와 일체화되었을 때에 제1 접합부(101)를 형성하는 영역인 접합 예정면(F₁)과, 상기 접합 예정면(F₁) 이외의 영역(F₂)이 존재한다.

본 실시형태에서는, 단열 금형(3)의 캐비티 표면에서의, 접합 예정면(F₁)과 접촉하는 부분에는 단열층(31)이 형성되지 않고, 영역(F₂)에 접촉하는 거의 전체면에는 단열층(31)이 형성되어 있다. 단열층(31)은, 열전도율이 낮고, 고온의 열가소성 수지 조성물이 접해도 결함을 일으키지 않는 정도의 내열성을 가지는 것이면 되며, 단열층(31)을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않는다. 거의 전체면이란 전체면을 포함하며, 본 실시형태에서는 전체면이다.

단열층(31)에 요구되는 내열성 및 열전도율을 만족하는 재료로서는, 폴리이미드 수지등의 내열성이 높고 열전도율이 낮은 수지, 다공질 지르코니아 등의 다공질 세라믹을 들 수 있다. 이하, 이들 재료에 대하여 설명한다.

폴리이미드 수지의 구체적인 예로서는, 피로멜릭산(PMDA)계 폴리이미드, 비페닐테트라카르본산계 폴리이미드, 트리멜릭산을 이용한 폴리아미드이미드, 비스말레이미드계 수지(비스말레이미드/트리아진계 등), 벤조페논테트라카르본산계 폴리이미드, 아세틸렌 말단 폴리이미드, 열가소성 폴리이미드 등을 들 수 있다. 폴리이미드 수지로 구성되는 단열층인 것이 특히 바람직하다. 폴리이미드 수지 이외의 바람직한 재료로서는, 예를 들면, 테트라플루오로에틸렌 수지 등을 들 수 있다. 또한, 단열층은, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 폴리이미드 수지, 테트라플루오로에틸렌 수지 이외의 수지, 첨가제 등을 포함할 수 있다.

단열 금형(3)의 캐비티 표면에, 폴리이미드 수지의 단열층(31)을 형성하는 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 이하의 방법으로 단열층(31)을 단열 금형(3)내에 형성하는 것이 바람직하다.

고분자 단열층을 형성할 수 있는 폴리이미드 전구체 등의 폴리머 전구체의 용액을 단열 금형(3)의 원하는 금속면에 도포하고, 가열하여 용매를 증발시키고, 더 가열하여 폴리머화함으로써 폴리이미드 막 등의 단열층(31)을 형성하는 방법, 내열성 고분자의 모노머, 예를들면 피로멜릭산 무수물과 4,4-디아미노디페닐에테르를 증착 중합시키는 방법, 또는 평면형상의 금형에 관해서는, 적절한 접착 방법 또는 점착 테이프형태의 고분자 단열 필름을 이용하여 단열 금형(3)의 금속면의 원하는 부분에 고분자 단열 필름을 붙여 단열층(31)을 형성하는 방법을 들 수 있다. 또한, 폴리이미드 막을 형성시키고, 그 표면에 금속계 경막(硬膜)으로서의 크롬(Cr) 막이나 질화티탄(TiN) 막을 더 형성시킬 수도 있다.

상기의 수지로 구성되는 단열층(31)에 요구되는 열전도율은, 용도 등에 따라서도 다르나, 2W/m·K 이하인 것이 특히 바람직하다. 상기 열전도율은 실시예에 기재된 방법으로 얻은 값을 채용한다.

단열층(31)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 사용하는 재료, 성형체의 형상 등에 따라서 적절하게 바람직한 두께로 설정할 수 있다. 단열층(31)이 폴리이미드 수지로 구성되는 경우, 단열층(31)의 두께가 20㎛ 이상이면, 충분히 높은 단열 효과를 얻을 수 있으므로 바람직하다. 상기 단열 금형(3)의 캐비티 표면에 형성되는 단열층(31)의 두께는 균일할 수 있고, 두께가 다른 개소를 포함하는 것일 수도 있다.

또한, 다공질 지르코니아에 포함되는 지르코니아로서는, 특별히 한정되지 않으며, 안정화 지르코니아, 부분 안정화 지르코니아, 미안정화 지르코니아의 어느 것이든 사용할 수 있다. 안정화 지르코니아란, 입방정(立方晶) 지르코니아가 실온에서도 안정화 되어 있는 것으로서, 강도 및 인성(靭性) 등의 기계적 특성이나 내마모성이 우수하다. 또한, 부분 안정화 지르코니아란, 정방정(正方晶) 지르코니아가 실온에서도 일부 잔존하는 상태를 가리키며, 외부 응력을 받으면 정방정에서 단사정(單斜晶)으로 마텐자이트 변태가 일어나, 특히 인장 응력의 작용에 의해 진전되는 균열의 성장을 억제하여, 높은 파괴 인성을 가진다. 또한, 미안정화 지르코니아란 안정화제로 안정화되지 않은 지르코니아를 가리킨다. 안정화 지르코니아, 부분 안정화 지르코니아 및 미안정화 지르코니아에서 선택되는 적어도 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.

안정화 지르코니아, 부분 안정화 지르코니아에 포함되는 안정화제로서는, 종래 공지의 일반적인 것을 채용할 수 있다. 예를 들면, 이트리아, 세리아, 마그네시아 등을 들 수 있다. 안정화제의 사용량도 특별히 한정되지 않으며, 그 사용량은, 용도, 사용 재료 등에 따라 적절하게 설정할 수 있다.

다공질 지르코니아 이외의 다공질 세라믹도 사용할 수 있으나, 다공질 지르코니아가 기타 다공질 세라믹에 비해 내구성이 높다. 이 때문에, 다공질 지르코니아로 구성되는 단열층(31)을 형성한 단열 금형(3)을 이용하면, 단열층(31)의 변형 등의 결함이 쉽게 발생되지 않으므로, 연속적으로 성형할 수 있는 성형체의 수가 많아져 성형체의 생산성이 매우 높아진다.

단열층(31)을 형성하기 위한 원료는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 상기의 지르코니아, 안정화제 이외에 종래 공지의 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.

상기 원료를 이용하여 단열층(31)을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 용사법을 채용하는 것이 바람직하다. 용사법을 채용함으로써, 다공질 지르코니아의 열전도율은 원하는 범위로 쉽게 조정할 수 있다. 또한, 다공질 지르코니아의 내부에 기포가 지나치게 형성됨으로 인한 단열층의 기계적 강도가 큰폭으로 저하되는 등의 문제도 발생되지 않는다. 이와 같이 용사에 의해 단열층(31)을 형성함으로써, 단열층(31)의 구조는 본 발명의 용도에 적합한 것이 된다.

용사에 의한 단열층(31)의 형성은, 예를 들면 이하와 같이 하여 실시할 수 있다. 먼저, 원료를 용융시켜 액체로 만든다. 이 액체를 가속시켜 단열 금형(3)의 원하는 금속면에 충돌시킨다. 마지막으로, 단열 금형(3)의 원하는 금속면에 충돌하여 부착된 원료를 고화시킨다. 이와 같이 함으로써, 매우 얇은 단열층(31)이 단열 금형(3)의 원하는 금속면에 형성된다. 이와 같이 매우 얇은 단열층(31)상에 용융된 원료를 더 충돌시켜 고화시킴으로써 단열층(31)의 두께를 조정할 수 있다. 원료를 고화시키는 방법은 종래 공지의 냉각 수단을 이용할 수도 있고, 단지 방치함으로써 고화시킬 수도 있다. 용사방법은 특별히 한정되지 않으며, 아크 용사, 플라즈마 용사, 프레임 용사 등의 종래 공지의 방법에서 바람직한 방법을 적절하게 선택할 수 있다.

다공질 세라믹으로 구성되는 단열층(31)의 열전도율은, 성형품의 용도 등에 따라서 적절하게 조정할 수 있다. 본 발명에서는, 2W/m·K 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3W/m·K 이상 2W/m·K 이하이다. 열전도율이 0.3W/m·K 이상이면, 단열층(31)내의 기포가 지나치게 많아짐으로 인한 단열층(31)의 강도 저하로 인해 성형체의 생산성을 크게 저하시키는 일이 거의 없기 때문에 바람직하다. 특히, 단열층(31)의 열전도율이 0.7W/m·K 이상이면, 단열층(31)내의 기포가 너무 많아짐으로 인한 단열층(31)의 강도 저하를 매우 작은 범위로 억제시킬 수 있는 경향이 있기 때문에 바람직하다. 상기 열전도율은 실시예에 기재된 방법으로 얻은 값을 채용한다. 또한, 단열층이 다층 구조인 경우에는, 단열층의 열전도율(λ)은 밀도가 낮은 층과 높은 층의 각각의 열전도율을 구하고, 밀도가 낮은 층의 열전도율(λ1), 밀도가 높은 층의 열전도율(λh), 단열층 전체의 두께에 대한 밀도가 낮은 층의 두께 비율(t)라 한 경우,

[1/λ]=[t/λ1]+[(1-t)/λh]의 식을 이용하는 계산에 의해 구할 수 있다.

단열층(31)이 다공질 지르코니아로 구성되는 경우의, 단열층(31)의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 200㎛ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 500㎛ 이상 1000㎛ 이하이다. 500㎛ 이상이면, 지르코니아 단열층의 강도가 높아진다는 이유에서 바람직하다. 또한, 단열층(31)의 두께가 1000㎛ 이하이면, 성형 사이클이 길어지지 않는다는 이유에서 바람직하다.

상기와 같이 하여 제작한 단열 금형(3)을 이용하여 1차 성형체를 제조하는 방법을, 구체적으로 설명한다.

단열 금형(3)내에, 용융 상태의 결정성 열가소성 수지 조성물을 사출한다. 단열 금형(3)내에서의, 용융 상태의 결정성 열가소성 수지 조성물이 단열층(31)과 접촉하는 부분에 대해서는, 용융 상태의 결정성 열가소성 수지 조성물이 가지는 열이, 단열 금형(3) 외부로 배출되기 어렵다. 한편, 용융 상태의 결정성 열가소성 수지 조성물이 단열층(31)과 접촉하지 않는 부분(접합 예정면(F1)과 접촉하는 부분)에 대해서는, 용융 상태의 결정성 열가소성 수지 조성물이 가지는 열이, 단열 금형(3) 외부로 배출되기 쉽다.

단열층(31)과 접촉하는 부분에 대해서는, 용융 상태의 결정성 열가소성 수지 조성물이 가지는 열이 단열 금형(3) 외부로 배출되기 어렵기 때문에, 용융 상태의 결정성 열가소성 수지 조성물이 서서히 고화하게 된다. 그 결과, 단열층(31)과 접촉하는 부분에서는 결정성 열가소성 수지의 결정화도를 충분히 높인 상태에서 고화된다.

단열 금형(3)의 단열층(31)이 형성되지 않은 금속면에 접촉하는 부분에 대해서는, 용융 상태의 결정성 열가소성 수지 조성물이 가지는 열이 단열 금형(3) 외부로 배출되기 쉽기 때문에, 그 접촉면 부근에서 용융 상태의 결정성 열가소성 수지 조성물은 급냉된다. 그 결과, 상기의 단열층(31)과 접촉되지 않는 부분에서는, 결정성 열가소성 수지의 결정화도가 충분히 높아지지 않은 상태에서 고화된다.

상기와 같이 결정성 열가소성 수지의 결정화도가 높은 부분과 낮은 부분으로 나누기 위해서는, 금형 온도를 결정성 열가소성 수지의 냉결정화 온도(T_c1)-10℃ 이하로 조정할 필요가 있다. 보다 바람직하게는, (T_c1)-80℃ 이상 (T_c1)-20℃ 이하이다. 여기서, 결정성 열가소성 수지 조성물에 2 종류 이상의 결정성 수지가 포함되는 경우에는, 주성분의 결정성 열가소성 수지에 주목하여 금형 온도 조건을 결정한다.

특히, 결정성 열가소성 수지 조성물로서 폴리아릴렌설파이드 수지 조성물을 이용하는 경우에는, 금형 온도를 100℃ 이하로 할 수 있다. 금형 온도를 100℃ 이하로 할 수 있기 때문에, 금형의 온도 조절을 물로 할 수 있다.

상기와 같은 단열 금형(3)을 이용하여 특정의 금형 온도 조건에서 성형을 실시함으로써, 접합 예정면(F1)에서의, 결정성 열가소성 수지의 결정화도가 낮은 상태가 된다. 결정화도가 낮은 부분은 용융되기 쉬우므로, 이 부분에, 2차 성형체를 형성하기 위한 열가소성 수지 조성물이 용융 상태에서 접촉하면, 단단한 접합부가 형성된다.

상기한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 1차 성형체(10)를 제조하기 위한 금형(3)에 있어서, 1차 성형체(10)의 접합 예정면(F1)과 접하는 부분 전체에 단열층(31)이 형성되어 있지 않다. 이와 같이 접합 예정면(F1)의 전체에 단열층이 형성되지 않으면, 1차 성형체(10)와 2차 성형체(20)와의 접합 강도를 높이는데 있어서는 유효하나, 접합 예정면(F1)의 일부에 단열층이 형성되어 있는 부분이 있어도 충분히 접합 강도를 높일 수 있는 경우에는, 단열층(31)이 접합 예정면(F1)의 일부에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 금형(3)의 캐비티 표면 전체의 면적 중에서 단열층(31)이 형성되어 있는 면적이 클수록, 1차 성형체 내부의 결정성 열가소성 수지의 결정화도가 충분히 높아진 영역이 커져, 1차 성형체(10)가 고온에 노출되었을 때의 치수 변화가 작아지기 때문이다.

또한, 본 실시형태에서는, 1차 성형체(10)를 제조하기 위한 금형(3)의 캐비티 표면에서, 이외의 면(F2)과 접하는 부분에는 전체면에 단열층(31)이 형성되어 있다. 이러한 단열층(31)은, 1차 성형체(10)에서 결정성 열가소성 수지의 결정화도를 충분히 높인 영역을 형성시키기 위한 것으로, 원하는 정도로 상기 결정화도를 높일 수 있는 경우에는, 이외의 면(F2)과 접촉하는 부분이라 하더라도 단열층(31)을 형성하지 않을 수 있다. 여기서, 충분한 결정화도란, 단열층이 형성되지 않은 금형을 이용하여, 금형 온도 조건을 T_c1+15℃로 설정하고 결정성 열가소성 수지 조성물을 성형한 경우의, 결정성 열가소성 수지의 결정화도를 가리킨다.

또한, 본 실시형태에서 1차 성형체(10)는, 1개소의 접합부(2)만으로 2차 성형체와 접합되나, 접합부(2)가 복수개소일 수 있고, 또한, 복수의 성형체가 1차 성형체(10)와 접합할 수도 있다. 복수의 성형체가 1차 성형체(10)와 접합하는 경우에는, 금형(3)의 캐비티 표면에서의, 1차 성형체(10)의 표면에서 기타 성형체와 접합하지 않는 부분과 접촉하는 부분에 단열층(31)을 형성하면 된다.

이어서, 본 실시형태에서는, 도 4에 나타낸 2차 성형체 형성용 금형(4)을 이용하여, 1차 성형체(10)와 2차 성형체(20)가 일체화된 수지 복합 성형체(1)를 제조한다. 도 4에는 2차 성형체 형성용 금형(4)의 단면을 모식적으로 나타낸다.

본 실시형태에 사용되는 2차 성형체 형성용 금형(4)은, 2분할 금형이며, 일방의 금형(40)은, 1차 성형체를 수용 가능한 제1 캐비티(401)를 구비하고, 타방의 금형(4)1은, 용융 상태의 열가소성 수지 조성물이 흘러 들어가 2차 성형체가 형성되는 공간인 제2 캐비티(411)를 가진다.

먼저, 일방의 금형(40)의 제1 캐비티(401)에 1차 성형체(10)를 수용한다. 그 다음에, 2차 성형체 형성용 금형(4)를 닫은 상태에서, 용융 상태의 수지 조성물을 제2 캐비티(411)에 충전한다. 마지막으로, 제2 캐비티(411)에 충전된 열가소성 수지 조성물이 냉각되어 고화된 후, 2차 성형체 형성용 금형(4)을 열어, 수지 복합 성형체(1)를 꺼낸다.

2차 성형체(20)를 형성할 때의 금형 온도는, 2차 성형체(20)를 구성하는 결정성 열가소성 수지의 결정화도를 충분히 높일 수 있도록 조정한다. 통상은, 도 4에 나타낸 바와 같이 단열층이 형성되지 않은 금형을 이용한다. 단열층이 형성되지 않은 금형을 이용한 경우의 금형 온도는, 바람직하게는, 2차 성형체(20)를 구성하는 결정성 열가소성 수지의 냉결정화 온도(T_c1)+10℃ 이상, 보다 바람직하게는 (T_c1)+15℃ 이상이다.

[실시예]

<재료>

결정성 열가소성 수지 조성물 1: 폴리페닐렌설파이드 수지(냉결정화 온도(T_c1)가 125℃) 60질량%와 유리 섬유 40질량%를 포함하는 수지 조성물

결정성 열가소성 수지 조성물 2: 폴리페닐렌설파이드 수지(폴리플라스틱스사 제품, 「포트론(등록상표) 1130 T6」, 냉결정화 온도(T_c1)가 125℃)

단열층 형성용 재료: 폴리이미드(열전도율 0.22(W/m·K))

(열전도율의 측정)

단열층의 열전도율은 레이저 플래시법으로 열확산율, DSC로 비열, 수중 치환법(JIS Z8807 고체비중 측정방법에 준거)으로 비중을 측정하고, [열전도율]=[열확산율×비열×비중]에 의해 산출하였다.

<실시예 A>

1차 성형체의 치수는, 길이 65mm×폭 12.5mm ×두께 3mm이다. 이 치수의 캐비티를 가지는 금형에 대해서, 단열층을 구비하는 금형과 단열층을 구비하지 않는 금형을 준비하였다. 또한, 단열층을 구비하는 금형에 대해서는, 2차 성형체와의 접합 예정 부분인 접합 예정면과 접하는 부분에는 단열층을 형성하지 않고, 그외 부분에는 단열층을 형성하였다. 또한, 단열층의 두께는 200㎛로 하였다. 이들 금형 및 결정성 열가소성 수지 조성물 1을 이용하여, 실시예 및 비교예에 필요한 1차 성형체를 제조하였다. 1차 성형체를 제조할 때의 금형 온도 조건에 대해서는, 표 1에 나타내었다.

1차 성형체의 길이 방향의 치수에 대하여, 길이 방향의 치수가 2배인 캐비티(캐비티의 치수가, 길이 130mm×폭 12.5mm×두께 3mm)를 가지는 금형에, 1차 성형체와 동일 형상의 2차 성형체가 성형되도록, 1차 성형체를 세트하였다(1차 성형체에서의 접합 예정면은, 일단의 폭 12.5mm×두께 3 mm의 측면이다). 여기에, 결정성 열가소성 수지 조성물 1을 사출하여, 2차 성형체를 형성하는 동시에 1차 성형체와 2차 성형체를 일체화하였다. 2차 성형체의 성형시의 금형 온도는 표 1에 나타내었다. 또한, 2차 성형체를 형성하기 위한 금형의 캐비티 표면에는 단열층이 형성되어 있지 않다.

각 수지 복합 성형체에 대하여, 인장 시험기(오리엔테크사 제품, RTC-1325)를 이용하여, 1차 성형체와 2차 성형체가 분리되도록 잡아당겨, 접합부의 파단 하중을 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1의 결과에서 명백한 바와 같이, 일부에 단열층을 가지는 금형을 이용함으로써 1차 성형체와 2차 성형체와의 접합 강도를 높일 수 있다.

<실시예 B>

실시예 B에서의, 실시예 및 비교예에서는, 도 5에 모식적으로 나타낸 수지 복합 성형체를 제조하였다. 도 5(a)는 사시도이고, 도 5(b)는 NN단면도이다. 1차 성형체는 도 6에 나타낸 성형체를 2개 조합한 것이다. 도 6(a)은 사시도이고, (b)는 OO단면도이다. 도 6(a)의 점 모양으로 나타낸 부분이 접합 예정면에 해당한다. 도에서 치수를 나타내는 숫자의 단위는 mm이다.

도 6(a)에 나타낸 형상의 성형체를, 단열층이 형성된 금형, 결정성 열가소성 수지 조성물 2를 사용하여 사출 성형법으로 제조하였다. 접합 예정면인 도 6(a)의 점으로 나타낸 부분과 접하는 부분에는 단열층이 형성되지 않고, 그 외 부분에 단열층이 형성되어 있는 금형을 이용하였다. 단열층의 두께는 200㎛이다. 금형 온도의 조건은 표 2에 나타내었다. 또한, 동일 형상의 성형체를 2개 제조하였다.

도 5에 나타낸 바와 같은 성형체를 제조하기 위하여, 상기 2개의 성형체의 개구 둘레면끼리 접한 상태에서 금형에 세트하였다. 그 후, 결정성 열가소성 수지 조성물 2를 금형에 사출하여, 수지 복합 성형체를 제조하였다. 금형 온도의 조건은 표 2에 나타내었다.

얻은 수지 복합 성형체에 대하여, 어닐링 처리(140℃, 2시간)를 하고, 수지 복합 성형체에 크랙이 있는지 없는지를 확인하였다.

표 2의 결과에서 명백한 바와 같이, 본 발명의 제조방법으로 얻은 수지 복합 성형체를 구성하는 1차 성형체는, 단열층이 일부에 형성된 금형을 이용하여 제조되었기 때문에, 1차 성형체내의 결정성 열가소성 수지의 결정화도가 충분히 높아져 있다. 이 때문에, 어닐링 처리를 수지 복합 성형체에 실시해도, 1차 성형체의 치수 변화가 작고, 1차 성형체에 크랙이 발생하지 않음이 확인되었다.

이상의 실시예 A 및 실시예 B의 결과를 조합하면, 실시예 A의 결과에서 확인할 수 있는 접합 강도의 향상으로부터, 1차 성형체의 접합 예정면 부근에서의 결정성 열가소성 수지의 결정화도가 낮게 억제되었다고 생각할 수 있다. 또한 그 외의 부분에서는, 결정성 열가소성 수지의 결정화도가 충분히 높아져 있다고 생각할 수 있다.

1 수지 복합 성형체
10 1차 성형체
101 제1 접합부
20 2차 성형체
201 제2 접합부
2 접합부
3 금형
31 단열층
4 2차 성형체 형성용 금형
40 일방의 금형
401 제1 캐비티
41 타방의 금형
411 제2 캐비티

Claims

결정성 열가소성 수지 조성물을 성형하여 이루어지는 1차 성형체와, 상기 1차 성형체의 표면의 일부인 제1 접합부와 접합되는 제2 접합부를 가지는 2차 성형체, 를 구비하는 수지 복합 성형체의 제조방법에 있어서,
상기 1차 성형체를 금형에 배치하고, 금형내에 용융 상태의 열가소성 수지 조성물을 사출함으로써, 상기 제1 접합부와 상기 제2 접합부가 접합된 수지 복합 성형체를 제조하는 공정을 포함하고,
상기 1차 성형체는, 캐비티 표면의 일부에 단열층이 형성된 단열 금형을 이용하여, 금형 온도가 상기 1차 성형체를 구성하는 결정성 수지의 냉결정화 온도(T_c1)-10℃ 이하의 조건에서 제조되고,
상기 단열층은, 상기 캐비티 표면에서의, 상기 제1 접합부를 형성할 예정 영역인 접합 예정면과 접하는 부분 이외의 거의 전체면에 형성되는 것을 특징으로 하는 수지 복합 성형체의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 2차 성형체는, 금형 온도가 상기 2차 성형체를 구성하는 결정성 열가소성 수지의 냉결정화 온도(T_c1)+10℃ 이상의 조건에서 제조되는 수지 복합 성형체의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 1차 성형체가, 폴리아릴렌설파이드 수지 조성물로 구성되는 수지 복합 성형체의 제조방법.
제 3항에 있어서,
상기 1차 성형체는, 상기 단열 금형의 금형 온도가 100℃ 이하인 조건에서 제조되는 수지 복합 성형체의 제조방법.
제 1항에서 제 4항의 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 수지 복합 성형체.