JP2000006234A - 部分補強されたプラスチック成形品の製造法及びその製造法で製造されたプラスチック成形品 - Google Patents

部分補強されたプラスチック成形品の製造法及びその製造法で製造されたプラスチック成形品

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ユルゲン・ダイネルト
Maximilian Segl
マキシミリアン・ゼーグル
Regina Bendlin
レギーナ・ベントリン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】部分補強された熱可塑性のプラスチック成形品
を、生産個数の少ない場合でも、僅かな製造コストで製
造する方法を開発すること。 【解決手段】部分補強された成形品領域を形成するため
に、＞１ｍｍの長さの繊維を含む熱成形可能な補強材４
を用い、熱伝達によって可撓性の状態に移行させ、次
に、深絞り用雄型６の上に、所定の箇所にかつ所定の方
向に被せ、続いて、予め可塑化されたプラスチックプレ
ート３を、補強材を被せられた型を覆うように被せ、型
に真空を生起することによって、大気圧の作用下で、型
の表面及び補強材の方へと押し付けて、補強材の現存の
熱量により、補強材をプラスチックプレートと接合させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、部分補強された熱
可塑性のプラスチック成形品を熱成形によって製造する
方法、及びこの方法で製造されたプラスチック成形品に
関する。
【０００２】
【従来技術】例えば、金属製の補強材に入った熱成形さ
れた成形品の機械的な結合又は貼着は、一般に行なわれ
ている。この場合、金属の高い比重と、高い製造コスト
とは欠点である。
【０００３】従来技術では、熱成形によって製造された
成形品の部分的な補強は、溝を設けることによっても達
成される。しかし乍ら、このことによっては、非常に限
定された補強効果しか実現されない。
【０００４】更に、補強材を挿入部材として射出成形型
又はプレス型に入れ、続けて、プレス成形材料又は射出
成形材料を型に入れ、かくして、成形品を形成すること
は知られている。挿入物の材料としては、主に金属が用
いられるが、繊維強化プラスチックも用いられる。しか
し、これらの方法はまず第一に大量生産に適している
が、成形品のための型コストが高いので、比較的少ない
製造個数では不経済である。
【０００５】熱可塑樹脂で含浸された織物（オルガノプ
レート）を熱成形する際には、方法の経済性は、高い材
料費によって相殺される。更に、これらの材料によって
は、成形品の、部分的にではなく全体の補強のみが可能
である。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、部
分補強された熱可塑性のプラスチック成形品を、生産個
数の少ない場合でも、僅かな製造コストで製造する方法
を開発することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は、部分補強さ
れた成形品領域を形成するために、＞１ｍｍの長さの繊
維を含む熱成形可能な補強材を用い、熱伝達によって可
撓性の状態に移行させ、次に、深絞り用雄型の上に、所
定の箇所にかつ所定の方向に被せ、続いて、予め可塑化
されたプラスチックプレートを、補強材を被せられた型
を覆うように被せ、型に真空を生起することによって、
大気圧の作用下で、型の表面及び補強材の方へと押し付
けて、補強材の現存の熱量により、補強材をプラスチッ
クプレートと接合させることによって解決される。
【０００８】型の輪郭に倣って形成することができるよ
うに、熱成形可能な補強材を可撓性の状態に移行させね
ばならない。補強材の構造（形状寸法、繊維の長さ、繊
維の方向性）を保とうとするときは、伝熱手段のみを用
いることができるのであって、剪断手段等を用いること
はできない。熱源としては、例えば、赤外線放射器、ホ
ットキャビネット(Waermeschrank) 又は熱気流を用いる
ことができる。
【０００９】単純な形状寸法を有する成形品を製造する
際には、補強材として、熱可塑性樹脂で含浸されたロー
ビングを用いることができる。この補強材は、射出成形
加工又はプレス加工とは逆に全然再硬化に晒されないの
で、１００％の含浸度の材料のみを用いることができ
る。含浸度の僅かな材料は、繊維同士の摩擦による動的
な応力が生じるので、役に立たない。
【００１０】熱可塑性樹脂で含浸された単純なロービン
グは、熱容量が僅かなので、複雑な形状寸法を有し、従
って、補強材を型に被せるのに時間のかかる成形品に対
しては不適当である。
【００１１】補強材とプラスチックプレートとの接合を
保証するためには、補強材は十分な熱量を有する必要が
ある。しかし乍ら、時間をかけて型に被せる際に、可撓
性の状態に移行された補強材の温度は、必要な加工温度
よりも下がる。この場合、必要な補強材の形状寸法及び
数に応じて補強材を型の表面に被せるための所要時間は
約１０秒から１２０秒の間である。そのとき、補強材が
余りに僅かな熱量及び／又は余りに高い熱伝導率を有す
るときは、可塑化されたプラスチックプレートは、十分
な熱量を補強材に伝達しなければならない。この場合、
この放熱がプラスチックプレートの約１ｍｍ厚の境界層
のみからなされることができることが前提になってい
る。
【００１２】補強材の熱容量を高めるためには、補強材
の層の厚さも増やすことができる。このためには、繊維
を含有する少なくとも１つの補強層と、蓄熱体として用
いられる無補強プラスチック製の層とを有する積層材料
を、補強材として用いることは、適切である。このよう
な積層材料は、均一な補強材に比較して、重量及び絶縁
作用の点で、特に、常温の型に対して好都合であること
が明らかになる。
【００１３】繊維は補強材中に一方向性に形成されてい
ることができる。この場合には、繊維の補強作用を十分
に活用する。繊維を補強材中に多方向に分配する際に
は、補強効果は余り際立たない。しかし乍ら、ここで
は、層剥離に対する高められた耐性が利点である。
【００１４】補強材のすべての変更の実施の形態では、
部分補強されたプラスチック成形品の個別製造が問題な
く可能となる。このことによって、例えば、患者に個別
的に提供するための補装具又は矯正器として用いること
ができる成形品の、原理的に新たなコンセプトが可能と
なる。
【００１５】２５ｍｍ以上の長さを有する繊維が入った
補強材も加工される。このような複数の補強材は、高い
耐久限界と、繊維の種類、繊維の集中及び層の厚さの変
化によって調整可能な曲げ強度とを有する。従って、本
発明に係わる方法で製造されたプラスチック成形品は、
ばね要素として（例えば、動的義足に設けられたばね要
素として）も、成形品に統合される。
【００１６】更に、補強材が、力の所定の導入の下で、
関節機能が生じるような曲げ角度を可能にしてなるシス
テムも考えられる。同時に、補強材はばね要素としても
作用する。このことによって、曲げるのに必要な力が最
早成形品に作用しなくなるや否や、ばね復帰機能が生じ
る。
【００１７】本発明により加工されるプラスチックプレ
ートを準備するためには、可塑化されるプラスチックプ
レートをフレームに緊張し、可撓性状態に達するまで加
熱し、フレーム内で弛ませて、かくて、予備成形するこ
とは、適切である。しかし乍ら、可塑化されたプラスチ
ックプレートを圧縮空気によって予備成形することも可
能である。
【００１８】深絞り用雄型は、金属、木材、耐熱成形性
のプラスチック又はプラスチックフォーム、石膏等から
なることができる。表面は、型と硬化する熱可塑性樹脂
との間の形状係合を防ぐために、均等かつ平滑でなくて
はならない。石膏及び似たような多孔質の材料から成形
する際に、深絞り用雄型の表面が被覆されるか、耐熱成
形性の織物又は対応のフォイルで覆われることは適切で
ある。この場合、織物又は覆いが熱可塑性樹脂と何等接
合せず、皺にならないように付着されることに注意しな
ければならない。
【００１９】少量生産及び個別生産の場合に、あるい
は、相応に長いサイクル時間の場合に、深絞り用雄型を
一定の温度に調整することは不要である。しかし、特
に、大量生産と、これによって引き起こされた短いサイ
クル時間との際に、成形温度を制御することは、好都合
である。
【００２０】本発明に記載の方法を以下のように実施す
ることができる。
【００２１】まず、補強材が可撓性の状態にあるまで、
補強材を加熱する。続いて、補強材の所望の箇所を深絞
り用雄型に被せる。同時に、プラスチックプレートをフ
レームに緊張し、可撓性の状態にあるまで、加熱する。
プラスチックプレートを、自重の故に、一定の温度以上
では弛ませて、かくて、予備成形する。所望の温度又は
所望の予備成形度(Vorstreckgrad) が達成されると、フ
レームをプラスチックプレートと共に型へ、及びその表
面にある補強材へ降下する。次に、真空を生起すること
によって、可撓性プラスチックを大気圧の作用の下で型
表面へ及補強材へ押圧し、これによって、成形品を形成
する。補強材はこの時点で可撓性の状態になくてはなら
ないが、あるいは、プラスチックプレートは、補強材料
を軟化するために十分な熱量を伝達することができなけ
ればならない。次に、これらの条件下で、プラスチック
プレートと補強材との接合が調整される。
【００２２】本発明に係わる方法の重要な利点は、補強
材が、機能にとって好都合である複数の位置においての
み、深絞り成形品に入れられるが、成形品における他の
複数の位置では、より高い可撓性が与えられることがで
きる。
【００２３】前記接合に必要な熱収支は、例えば以下の
プロセスパラメータの下で実現される。
【００２４】ａ）深絞り用雄型：ナイロン織物で被覆さ
れている温度調節されていない石膏型を用いる。
【００２５】 補強材： -組成：６０重量％グラスファイバ 一方向性、４０重量％ポリプロピレン -寸法：０．０５×０．５×２０ｃｍ＝１ｃｍ３ -熱的性質：熱容量Ｃｐ＝１．５４Ｊ／ｇＫ 熱伝導率λ＝０．４２Ｗ／ｍＫ -温度：２５℃（被せた後に室温に冷却） -必要な熱量：補強用ストリップにつき１６０Ｊ（２５℃から１６５℃に加熱 ）。
【００２６】 プラスチックプレート： -組成：１００％ポリプロピレン -境界層の体積：０．１×０．５×２０ｃｍ＝２ｃｍ３ -熱的性質：熱容量Ｃｐ＝１．９Ｊ／ｇＫ 熱伝導率λ＝０．１７Ｗ／ｍＫ -温度：２５０℃ -伝達可能な熱量：補強用ストリップにつき２７０Ｊ（２５０℃から１７０℃ に冷却）。
【００２７】ｂ）補強材が、材料が接合に必要な温度以
下に冷却しない程に高い熱量を有するときは、全的に異
なった熱収支が実現される。このような状況は、補強材
が十分に質量及び温度を有するとき、存在する。補強材
から型への熱伝達を、補強材の高い厚さ及び低い熱伝導
率によって減少することができる。
【００２８】ｃ）以下のプロセスパラメータの下では、
積層材料からなる補強材の、接合温度以下の冷却を、防
止することができた。
【００２９】型：温度調節されていない石膏型 ナイロ
ン織物で被覆 補強材 -補強層の組成：６０重量％グラスファイバ 一方向性、４０重量％ポリプロピ レン -補強層の寸法：０．０５×２．５×２０ｃｍ＝２．５ｃｍ３ （＝３．７３ｇ） -蓄熱層及び絶縁層の 組成：１００％ポリプロピレン -蓄熱層及び絶縁層の 寸法：０．１×２．５×２０ｃｍ＝５．０ｃｍ３ （＝４．５ｇ） -熱的性質：熱容量Ｃｐ＝１．７４Ｊ／ｇＫ 熱伝導率λ＝０．２５Ｗ／ｍＫ -温度：２５０℃（被せた後にＴ＞１７０℃に冷却） -最大限許容し得る熱損失：補強用ストリップにつき１１２０Ｊ １１２０Ｊの熱量が１２０ｓ以内で補強材から放出され
ることができないことが明らかとなった。従って、接合
が保証されている。
【００３０】加熱されたかくて可撓性の補強材は深絞り
用雄型に付着する傾向がある。従って、補強材を型に取
着するためには、多くの場合、簡単な宛てがい(Auflegu
ng)で十分である。垂直面には、補強材を複数の小さな
ピンで固定することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１ａ）には加熱炉１が略示され
ており、そこでは、延伸フレーム２に取り付けられたポ
リプロピレンプレート３を、ポリプロピレン／グラスフ
ァイバ補強層及びポリプロピレン蓄熱体／絶縁層からな
る補強材４と共に２５０℃に加熱する。続いて、補強材
４を、真空接続部５を有する、患者の足用の石膏型６へ
被せる（図１ｂ）。遅くとも１２０秒後に、ポリプロピ
レンプレート３を深絞り用雄型（石膏型）６に被せるよ
うにして絞る（図１ｃ）。真空を生起することによっ
て、プレート材料を石膏型６及び補強材４の方へ押し付
ける（図１ｄ）。冷却後に、成形品を型から外して、か
んな加工をする（図１ｅ）。
【００３２】このように足用矯正器を製造する際、以下
の条件を調整することができる。
【００３３】型：石膏型、ナイロン織物で被覆、室温
（温度調節せず）補強材 ： 積層材料 -０．０５×２．５×２０ｃｍ、６０重量％グラスファ
イバ 一方向性、４０重量％ポリプロピレン＋ -０．３×２．５×２０ｃｍ、１００重量％ポリプロピ
レン 蓄熱層及び絶縁層として、 -余熱温度：２５０℃ プラスチックプレート -組成：１００％ポリプロピレン -寸法：０．３×７０×５０ｃｍ -余熱温度：２５０℃ 図２には、膝関節を、本発明に係わる方法による、ばね
復帰システムを有する関節として、製造することが示さ
れている。
【００３４】ＰＴＦＥで被覆された２部構成のアルミニ
ウム型７の表面に、夫々５０重量％の一方向性に配列さ
れたカーボン繊維と５０重量％のＰＡ１２とからなる２
つの補強要素８を被せる。続いて、ストリップ状の補強
要素８が被せられたアルミニウム型７を覆うように、可
塑化されたＰＡ１２でできたプレート３を被せる
（ａ）。冷却後に、関節を型から外して、かんな加工す
る（ｂ）。最後に、管状結合部材９を嵌め込む（ｃ）。
図２ｄ）は、完成した関節が曲げた状態にあるのを示し
ている。
【００３５】図３は、本発明に係わる方法で製造される
シュノー・ボストン・ウィースバデン腰仙椎装具１０を
示している。この成形品では、背側に、背開口部に平行
に２つの補強要素１１が設けられている。成形品の前側
には、胸の高さにおいて約４０度曲げられた他の補強要
素１２が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は足用矯正器を製造するための個々の方法
段階の図である。
【図２】図２はばね復帰システムを有する関節として膝
関節を製造するための個々の方法段階の図である。
【図３】図３は、シュノー・ボストン・ウィースバーデ
ン腰仙椎装具の形の、本発明により製造されたプラスチ
ック成形品の図である。
【符号の説明】
１…加熱炉、２…延伸フレーム、３…ポリプロピレンプ
レート、４…補強材、５…真空接続部、６…石膏型（深
絞り用雄型）、７…アルミニウム型、８…補強要素。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユルゲン・ダイネルト ドイツ連邦共和国、37115 ドゥーダーシ ュタット、ゲッティンガー・シュトラーセ 20 (72)発明者 マキシミリアン・ゼーグル ドイツ連邦共和国、37434 ギーボルデハ ウゼン、ニーダーザクセンリング ８ (72)発明者 レギーナ・ベントリン ドイツ連邦共和国、37075 ゲッティンゲ ン、アンナシュトラーセ ４

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 部分補強された熱可塑性のプラスチック
    成形品を熱成形によって製造する方法において、 部分補強された成形品領域を形成するために、＞１ｍｍ
    の長さの繊維を含む熱成形可能な補強材を用い、熱伝達
    によって可撓性の状態に移行させ、次に、深絞り用雄型
    の上に、所定の箇所にかつ所定の方向に被せ、続いて、
    予め可塑化されたプラスチックプレートを、補強材を被
    せられた型を覆うように被せ、型に真空を生起すること
    によって、大気圧の作用下で、型の表面及び補強材の方
    へと押し付けて、補強材の現存の熱量により、補強材を
    プラスチックプレートと接合させること、を特徴とする
    方法。
  2. 【請求項２】 接合を達成するために必要な熱量を、前
    記可塑化されたプラスチックプレートから前記補強材へ
    伝達すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記補強材中で繊維を一方向又は多方向
    に配列すること、を特徴とする請求項１又は２に記載の
    方法。
  4. 【請求項４】 前記繊維を前記補強材中に均等に分配す
    ること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記
    載の方法。
  5. 【請求項５】 熱可塑性の母材で含浸された繊維束から
    なる部分を補強材として用いること、を特徴とする請求
    項１乃至４のいずれか１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 繊維含有の少なくとも１つの補強層と、
    蓄熱体として用いられる無補強プラスチック製の層とを
    有する積層材料を補強材として用いること、を特徴とす
    る請求項１又は２に記載の方法。
  7. 【請求項７】 可塑化されるプラスチックプレートをフ
    レームに緊張し、可撓性状態に達するまで加熱し、前記
    フレームにおいて弛ませ、かくて、予備成形すること、
    を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 可塑化されたプラスチックプレートを圧
    縮空気によって予備成形すること、を特徴とする請求項
    １乃至６のいずれか１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 深絞り用雄型の表面を覆うか、あるい
    は、耐熱成形性織物又は対応のフォイルで覆うこと、を
    特徴とする請求項１乃至８のいずれか１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ばね要素として形成されること、を特
    徴とする請求項１乃至９のいずれか１に記載の方法で製
    造されたプラスチック成形品。
  11. 【請求項１１】 ばね復帰システムを有する関節代替物
    として形成されること、を特徴とする請求項１乃至９の
    いずれか１に記載の方法で製造されたプラスチック成形
    品。
  12. 【請求項１２】 補装具又は矯正器の部品として形成さ
    れること、を特徴とする請求項１乃至９のいずれか１に
    記載の方法で製造されたプラスチック成形品。
JP11118152A 1998-06-20 1999-04-26 部分補強されたプラスチック成形品の製造法及びその製造法で製造されたプラスチック成形品 Pending JP2000006234A (ja)

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