WO2013099993A1 - プリプレグを用いた射出成型品およびその製法 - Google Patents

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知哉 村田
美亜 平田
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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14778—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the article consisting of a material with particular properties, e.g. porous, brittle
    • B29C45/14811—Multilayered articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
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    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2715/00—Condition, form or state of preformed parts, e.g. inserts
    • B29K2715/006—Glues or adhesives, e.g. hot melts or thermofusible adhesives

Definitions

  • This invention relates to an injection-molded product that can be mass-produced at a low price by injection molding a synthetic resin to a prepreg.
  • thermosetting resin such as epoxy
  • CFRP carbon fiber sheet
  • GFPR glass fiber reinforced sheet
  • the manufacturing process is complicated, time-consuming, and expensive, so its range of use has been limited. That is, in the manufacturing process, first, in a first step, a prepreg (a sheet in which a carbon fiber fabric is impregnated with a semi-cured thermosetting resin such as epoxy) is laminated. In the second step, preforming is performed by hot compression pressing using an autoclave. In the third step, primer treatment is performed on the preformed prepreg.
  • the primer-prepared prepreg is inserted into a mold, and a synthetic resin is injection-molded (insert molding) and integrated into a molded product.
  • the molded product is printed, and clear coating is performed to complete the molded product.
  • five steps are required to produce a prepreg molded product, which is a laborious and complicated operation. JP-A-9-272134
  • This invention was invented in view of the above circumstances, and its main problem is
  • the adhesive layer or adhesive replaced with the primer treatment process and the thermoplastic resin layer with the functional coating replaced with the clear coating treatment process are laminated simultaneously and inserted directly into the injection mold. Then, by performing the heat press molding and the injection molding of the synthetic resin at the same time, it is possible to produce a molded product of the prepreg in only two steps.
  • a coating layer is laminated on one surface side of the laminated prepreg to form a bonded body, the bonded body is inserted into an injection mold and hot press molded, and a mechanical component is formed on the other surface side of the prepreg. It is characterized by being formed by injection molding a synthetic resin.
  • the lamination of the prepreg and the coating layer may be performed using an adhesive layer or an adhesive, or using the adhesiveness of the prepreg.
  • the bonded body has a coat layer adhered to one surface side of the laminated prepreg, and an adhesive layer or an adhesive or binder layer is adhered to the other surface side of the prepreg,
  • the bonded body is inserted into an injection mold and hot press molded, and a synthetic resin that is a mechanical component is injection molded on the adhesive layer, adhesive, or binder layer side.
  • the other surface side of the prepreg and the adhesive layer may be laminated using an adhesive layer or an adhesive.
  • the bonded body is inserted into a mold of an injection molding machine and subjected to hot press molding.
  • a synthetic resin serving as a mechanical component is injected onto the adhesive layer or adhesive or binder layer side of the bonded body to produce an injection molded product.
  • the coat layer has a structure in which a coat film is laminated, and the coat film can be printed.
  • a coat layer and an adhesive layer or an adhesive are laminated on a prepreg, and the prepreg is cured into a predetermined shape by simultaneously performing hot press molding and injection molding of a synthetic resin as a mechanical component using an injection mold.
  • the injection molded products using carbon fiber sheets with high strength can be manufactured at low cost and with few manufacturing processes.
  • the prepreg 2 is a sheet obtained by impregnating a carbon fiber fabric with a semi-cured thermosetting resin (such as epoxy).
  • the prepreg 2 is appropriately laminated in accordance with the application.
  • a CFRP prepreg is used, but the prepreg is not particularly limited to CFRP.
  • a bonding coat 5 is formed by laminating a functional coat film that provides the adhesive layer 3 and becomes the coat layer 4.
  • the adhesive layer 3 may be formed by applying an adhesive or by laminating a thermoplastic resin layer.
  • PET was used as the functional coat film, but in the present invention, a known coat film or hard coat film can be used.
  • the bonded body 5 thus formed is inserted into a mold of an injection molding machine (not shown). Under the present circumstances, one surface side (coat film sticking side) of the said bonding body 5 is arrange
  • the synthetic resin 7 used as a mechanism component is inject
  • the injection-molded product 1 having a desired shape using the prepreg can be manufactured.
  • the mold temperature used for hot press molding was in the range of 100 ° C. to 150 ° C., but it can be set to an appropriate temperature even if it is outside the above range depending on the type of resin to be injected.
  • the condition for curing the prepreg was 3 minutes and 40 kgf, but this condition is only an example, and is not particularly limited in the present invention.
  • an adhesive is applied to the laminated prepreg (an adhesive layer is interposed), or a coat film is laminated using the adhesive property of the prepreg to form a bonded body,
  • an adhesive layer is interposed
  • a coat film is laminated using the adhesive property of the prepreg to form a bonded body
  • Example 2 of an injection molded product 1 using a prepreg will be described with reference to FIG.
  • the point of laminating the functional coat film to be the coat layer 4 on the one surface side of the laminated prepreg 2 is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • a second adhesive layer 6 is integrally formed on the other surface side of the prepreg 2 to form a bonded body 5.
  • the adhesive layer 3 and the second adhesive layer 6 may be applied with an adhesive or may be formed by laminating a thermoplastic resin layer. Further, a known binder layer may be provided in place of the second adhesive layer 6.
  • Example 2 a resin compatible with the molding material was used for the adhesive layers 3 and 6.
  • the bonded body 5 thus formed is inserted into a mold of an injection molding machine (not shown).
  • the coated film application side of the bonded body 5 is arranged on the inner wall surface on the side where the resin of the mold is not injected, and the synthetic resin 7 which is a mechanical component is injected on the second adhesive layer 6 side, and the bonded body 5 And integrated. That is, in the mold, simultaneously with the injection molding of the synthetic resin, the bonded body 5 is hot press molded by a hot press process, and the synthetic resin 7 that is injection molded simultaneously with the pressing of the bonded body 5 is integrated. Is called.
  • the coat film 4 is adhered to one surface side of the laminated prepreg 2 via the adhesive layer 3, and the adhesive layer 3 or adhesive is adhered to the other surface side via the second adhesive layer 6.
  • An injection molded product using a carbon fiber sheet can be manufactured in a short time by the process. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • printing on a molded product can be performed by printing on the hard coat film or the coat film in advance, so that the step of printing after molding can be omitted.
  • the gravure printing is used as the printing method, the method is not particularly limited, such as offset printing, screen printing, and digital printing. Thereby, it is not necessary to perform the printing process independently.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made without departing from the scope of the invention.

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Abstract

　プリプレグに合成樹脂を射出成形した廉価で量産可能な射出成型品に関する。　プリプレグ２の積層時に接着層を介してコート層４を積層して貼合体５とし、該貼合体５を射出成型の金型内に挿入し機構部品７となる合成樹脂を射出成型して行うことを特徴とする。　即ち、第１工程では、積層したプリプレグの外表面側に、接着層を介してコート層を積層した貼合体を形成し、第２工程では、貼合体を射出成形機の金型にインサートして熱プレス成型を行い、該貼合体のプリプレグの内表面側に機構部品となる合成樹脂を射出して射出成型品を形成する。

Description

プリプレグを用いた射出成型品およびその製法
　この発明は、プリプレグに合成樹脂を射出成形した廉価で量産可能な射出成型品に関する。
　炭素繊維シート（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化シート（ＧＦＰＲ）に半硬化したエポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを用いた射出成型品が知られている。
　このプリプレグを用いた射出成型品は、軽量でありながら強度や剛性が高いが、製造工程が複雑で時間がかかり、高価となるためその使用範囲が限られていた。
　即ち、製造工程は、まず、第１工程で、プリプレグ（炭素繊維織物に半硬化したエポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸させたシート）を積層する。
　第２工程で、オートクレーブを用いて熱圧縮プレスする予備成型を行う。
　第３工程で、予備成型されたプリプレグにプライマー処理を行う。
　次に、第４工程で、金型に上記プライマー処理されたプリプレグをインサートし、合成樹脂を射出成型（インサート成型）し、一体化して成型品とする。
　そして、第５工程で、前記成型品に印刷を施し、またクリア塗装を行って完成させていた。
　このように、通常はプリプレグの成型品を製作するためには５つの工程が必要となり、手間のかかる繁雑な作業となっていた。
特開平９－２７２１３４号
　この発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その主たる課題は、
　プリプレグの積層時に、プライマー処理工程に代えた接着層又は接着剤と、クリア塗装処理工程に代えた機能性コートを施した熱可塑性樹脂層とを同時に積層し、そのまま射出成型の金型内に挿入して熱プレス成型と合成樹脂の射出成型とを同時に行うことで、僅か２工程で、プリプレグの成型品を製作することができるようにしたことにある。
　この発明は、課題を解決するために、請求項１の発明では、
　積層したプリプレグの一方の表面側にコート層を積層して貼合体とし、該貼合体を射出成型の金型内に挿入して熱プレス成型すると共に、前記プリプレグの他方表面側に機構部品となる合成樹脂を射出成型してなることを特徴とする。
　ここで、プリプレグとコート層との積層は、接着層もしくは接着剤を用い、あるいはプリプレグの接着性を用いるものでもよい。
　請求項３の発明では、
　前記貼合体が、積層したプリプレグの一方の表面側にコート層が接着され、前記プリプレグの他方の表面側に接着層若しくは接着剤又はバインダー層が接着されており、
　該貼合体を射出成型の金型内に挿入して熱プレス成型すると共に、前記接着層若しくは接着剤又はバインダー層の側に機構部品となる合成樹脂を射出成型してなることを特徴とする。
　ここで、プリプレグの他方の表面側と接着層との積層は、接着層もしくは接着剤を用いて積層してもよい。
　また、請求項５の発明では、
　積層したプリプレグの一方の表面側にコート層を積層し、前記プリプレグの他方の表面側に接着層又は接着剤を介して接着層若しくは接着剤又はバインダー層を積層した貼合体を形成する第１工程と、
　前記貼合体を射出成形機の金型にインサートして熱プレス成型を行うと同時に、前記貼合体の接着層若しくは接着剤又はバインダー層側に機構部品となる合成樹脂を射出して射出成型品を形成する第２工程とからなることを特徴とする。
　 前記コート層はコートフィルムを積層した構成からなっており、該コートフィルムには印刷を施すことができる。
　この発明では、僅か２工程で済むので、工程と製造時間を大幅に短縮することにより、従来の成型方法よりも以下の点で特段の効果を奏する。
（１）コストメリット
（２）大量生産対応（射出成型に準ずるロット対応）
　このことにより、従来、ハイエンドな製品（例えば、航空・宇宙・エネルギーなど）にのみ採用されていたプリプレグの需要範囲をローエンド（例えば、携帯電話、携帯用ＰＣなどの筐体）まで拡大できる可能性がある。
プリプレグを用いた射出成型品の製作工程を示す模式図であって（ａ）は独立のプリプレグとコート層とを示し、（ｂ）は貼合体を形成する工程、（ｃ）は熱プレス成型と合成樹脂の射出成型を同時に行う工程を示す。 プリプレグを用いた射出成型品の製作工程を示す模式図であって（ａ）は独立のコート層とプリプレグと接着層又は接着剤とを示し、（ｂ）は貼合体を形成する工程、（ｃ）は熱プレス成型と合成樹脂の射出成型を同時に行う工程を示す。
　１　　射出成型品
　２　　プリプレグ
　３　　接着層
　４　　コート層
　５　　貼合体
　６　　第２接着層
　７　　機構部品となる合成樹脂
　この発明は、プリプレグにコート層と接着層又は接着剤を積層し、射出成型金型を用いて熱プレス成形と機構部品となる合成樹脂の射出成形を同時に行いプリプレグを所定形状に硬化させることで、少ない製造工程で強度を有する炭素繊維シート用いた射出成型品を廉価で量産可能に実現した。
　以下に、プリプレグを用いた射出成型品１の実施例１について図１を参照しながら説明する。
　プリプレグ２は、炭素繊維織物に半硬化した熱硬化性樹脂（エポキシなど）を含浸させたシートである。
　このプリプレグ２は、用途に応じて適宜枚数を積層する。
　本実施例では、ＣＦＲＰのプリプレグを用いたが、プリプレグであれば、ＣＦＲＰに特に限定されるものではない。
　積層した上記プリプレグ２の一方の表面側に、接着層３を設けてコート層４となる機能性コートフィルムを積層して貼合体５を形成する。
　ここで接着層３は、接着剤を塗布してもよいし、熱可塑性樹脂層を積層して形成しても良い。
　機能性コートフィルムとして、本実施例ではＰＥＴを用いたが、この発明では、公知のコートフィルムやハードコートフィルムを用いることができる。
　この発明では、前記接着層もしくは接着剤を用いずに、コート層４の素材として、例えばプリプレグと接着性の良い樹脂からなるコートフィルムを用いてもよい。
　その場合には、前記接着層もしくは接着剤の使用を省くことができる。
　このように形成された貼合体５を、図示省略の射出成形機の金型内にインサートする。
　この際に、前記貼合体５の一方の表面側（コートフィルム貼付側）は金型の樹脂が射出されない側の内壁面に配置される。
　そして、射出成形機によって、前記貼合体５の他方の表面側（コートフィルム貼付側と反対の側）に、機構部品となる合成樹脂７が射出され前記貼合体５と一体化される。
　即ち、金型内では、合成樹脂の射出成型と同時に、前記貼合体５を熱プレス処理で熱プレス成型し、貼合体５のプレスと同時に射出成型される合成樹脂７との一体化が行われる。
　これにより、プリプレグを用いた所望形状の射出成型品１を製作することができる。
　本実施例では熱プレス成型に用いる金型温度は１００℃～１５０℃の範囲で行ったが、射出する樹脂の種類によって上記範囲外であっても適切な温度に設定することができる。
　また、プリプレグを硬化させる条件として３分、４０ｋｇｆであったが、この条件は一例であって、この発明では特に限定されるものではない。
　このように本実施例では、積層したプリプレグに接着剤を塗工（接着層を介設）し、又はプリプレグの接着性を利用してコートフィルムを積層して貼合体を形成する工程と、この貼合体を射出成形機の金型にインサートしてプレスすると同時に、機構部品となる合成樹脂を所望形状に射出成形することで、２工程による短時間で、炭素繊維シートを用いた射出成型品を製作することができる。
　なお、前記機構部品となる合成樹脂は、図示例ではプリプレグ２の他方の表面に沿ってその全域に貼り合わされた場合を例示したが、この発明では、プリプレグ２の他方の表面を超えて射出形成されるものでも、プリプレグ２の他方の表面の一部に射出形成されるものでもよい。
　プリプレグを用いた射出成型品１の実施例２について図２を参照しながら説明する。
　積層した上記プリプレグ２の一方の表面側に、コート層４となる機能性コートフィルムを積層する点は前記実施例１と同一であるので、その説明を省略する。
　更に、前記プリプレグ２の他方の表面側には第２接着層６を一体に形成して貼合体５を形成する。
　接着層３及び第２接着層６は、接着剤を塗布してもよいし、熱可塑性樹脂層を積層して形成しても良い。
　また、第２接着層６に替えて公知のバインダー層を設けてもよい。
　また、本実施例２では、前記接着層３、６に成形材料と相溶性のある樹脂を用いた。
　このように形成された貼合体５を、図示省略の射出成形機の金型内にインサートする。
　この際に、前記貼合体５のコートフィルム貼付側は金型の樹脂が射出されない側の内壁面に配置され、第２接着層６側に機構部品となる合成樹脂７が射出され前記貼合体５と一体化される。
　即ち、金型内では、合成樹脂の射出成型と同時に、前記貼合体５を熱プレス処理で熱プレス成型し、貼合体５のプレスと同時に射出成型される前記合成樹脂７との一体化が行われる。
　このように本実施例では、積層したプリプレグ２の一方の表面側に接着層３を介してコートフィルム４を接着し、他方の表面側には第２接着層６を介して接着層３又は接着剤を積層して貼合体５を形成する工程と、この貼合体５を射出成形機の金型にインサートしてプレスすると同時に、機構部品となる合成樹脂を所望形状に射出成形することで、２工程による短時間で、炭素繊維シートを用いた射出成型品を製作することができる。
　その他の構成は前記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
　なお、いずれの実施例でも成型品への印刷は、予め前記ハードコートフィルム又はコートフィルムに印刷しておくことで、成型後に印刷する工程を省略することができる。
　印刷の方法は、グラビア印刷を用いたが、オフセット印刷、スクリーン印刷、デジタル印刷など、その方法は特に限定されない。
　これにより、印刷工程を独立して行う必要がない。
　その他、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨に変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。

Claims (7)

  1. 　積層したプリプレグの一方の表面側にコート層を積層して貼合体とし、該貼合体を射出成型の金型内に挿入して熱プレス成型すると共に、前記プリプレグの他方の表面側に機構部品となる合成樹脂を射出成型してなることを特徴とするプリプレグを用いた射出成型品。
  2. 　プリプレグの一方の表面側とコート層との積層が、接着層もしくは接着剤を用いて積層されることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグを用いた射出成型品。
  3. 　前記貼合体が、積層したプリプレグの一方の表面側にコート層が接着され、前記プリプレグの他方の表面側に接着層若しく接着剤又はバインダー層が接着されており、
    　該貼合体を射出成型の金型内に挿入して熱プレス成型すると共に、前記接着層若しくは接着剤又はバインダー層の側に機構部品となる合成樹脂を射出成型してなることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグを用いた射出成型品。
  4. 　プリプレグの他方の表面側と接着層との積層が、接着層もしくは接着剤を用いて積層されることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグを用いた射出成型品。
  5. 　コート層がコートフィルムからなっており、該コートフィルムに印刷層及び機能性コート層が施されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプリプレグを用いた射出成型品。
  6. 　積層したプリプレグの一方の表面側にコート層を積層し、前記プリプレグの他方の表面側に接着層若しくは接着剤又はバインダー層を積層した貼合体を形成する第１工程と、
    　前記貼合体を射出成形機の金型にインサートして熱プレス成型を行うと同時に、前記貼合体の接着層若しくは接着剤又はバインダー層側に機構部品となる合成樹脂を射出して射出成型品を形成する第２工程とからなることを特徴とするプリプレグを用いた射出成型品の製法。
  7. 　コート層がコートフィルムからなり、該コートフィルムに印刷が施されていることを特徴とする請求項６に記載のプリプレグを用いた射出成型品の製法。
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