JP2011173344A - 繊維強化樹脂の積層成形方法及び積層成形品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】繊維材を含む溶融樹脂を充填して基材層を成形する第1の射出装置と、繊維材を含む溶融樹脂を充填して表層を成形する第2の射出装置とを用い、前記第1及び第2の射出装置に用いる樹脂成形材料が、積層成形品を成形する直前に所定量の、樹脂ペレットと、前記繊維材と、複数の添加剤とを混合手段により直接混ぜ合わされ、且つ繊維材の配合比率(重量含有率)を前記基材層及び前記表層それぞれで異なるようにした。
【選択図】図2
Description
この成形方法では、複数層に形成される成形品の各層における繊維が互いに交差する方向に配向されるので、機械的強度を増大させることができる。(特許文献1参照)
この成形方法では、表面付近では長繊維が流れ方向に配向し、厚み方向の中心部付近では短繊維が流れと直角方向に配向するので、成形品の強度の低下率を小さくすることができる。(特許文献2参照)
また、成形品の表面付近に繊維が配向することから、特に長繊維材を含む場合や繊維材の配合率を高くした場合、表面性が低下して後加工や塗装が必要となるという問題を有していた。
本発明の請求項2に記載の繊維強化樹脂の積層成形方法は請求項1に記載の発明において、基材層の充填後に表層を充填することを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の繊維強化樹脂の積層成形方法は請求項1に記載の発明において、表層と基材層とを略同時に充填することを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の繊維強化樹脂の積層成形方法は請求項1乃至請求項4の何れかに記載の発明において、前記繊維材は、ガラス繊維、炭素繊維、有機繊維群の中から選択することを特徴とする。
本発明の請求項6に記載の繊維強化樹脂の積層成形方法は請求項1乃至請求項5の何れかに記載の発明において、前記繊維材の配合率(重量含有率)を、5〜60重量%としたことを特徴とする。
本発明の請求項8に記載の繊維強化樹脂の積層成形方法は請求項1乃至請求項7の何れかに記載の発明において、前記樹脂成形材料に供給する前記複数の添加剤は、改質剤、着色剤、充填材、帯電防止剤、滑剤、安定剤、難燃剤、界面活性剤等の中から複数選択することを特徴とする。
樹脂成形材料はダイレクトブレンドとし、樹脂に繊維材をブレンドして含有するペレットの製造工程を省略したので、樹脂材料は熱履歴が少なく、また、繊維材の折損も少なく、成形品の品質が向上する。そして、ペレット製造のためのエネルギーが削減でき、成形品のコストを低減することができる。
剛性、表面性や変形(反り)を加味した成形品に最適な繊維材の配合率を任意に得ることができる。
射出装置10は、繊維材を含む溶融樹脂を充填して基材層を成形する第1の射出装置10Aと、繊維材を含む溶融樹脂を充填して表層を成形する第2の射出装置10Bとで構成される。金型20は型締装置の固定盤1に取り付けられた固定型21と可動盤2に取り付けられた可動型22とからなる。図1では、基材層(1層目)を成形した後に可動盤2を所望の寸法Sだけ後退させ、表層(2層目)を成形するためにキャビティ23の容積を拡大した状態を示している。
スクリュ(12A、12B)を回転駆動することにより、ホッパ(14A、14B)からペレット形状の樹脂がバレル(11A、11B)内に供給され、該供給された樹脂はスクリュの回転によって混練圧縮作用を受けて溶融し、スクリュ前方に送られ所定量が蓄えられる。
スクリュ前方に蓄えられた溶融樹脂は、スクリュ(12A、12B)を前進移動させることによりノズル(13A、13B)及び金型の樹脂流路を介して金型のキャビティ23へ供給することができる。
所望する配合率を設定することにより、所定量の各材料が混合装置(35A、35B)に供給され、所定量の配合率で撹拌して混合された成形材料をホッパ(14A、14B)に送り出すことができる。前述した材料供給装置30A及び30Bは、公知の機器類で構成することができ、前記それぞれの計量装置は高い精度で配合率を得ることのできる重量計測式を用いることが好ましい。また、混合装置には公知の撹拌式が好適に用いられる。
ここで、スチレン系樹脂としては、例えばアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂(ABS樹脂)、ポリスチレン樹脂(一般用、体衝撃用、耐熱用など)等を挙げることができる。ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン樹脂(高密度、中密度、低密度など)、ポリプロピレン樹脂(アイソタックチック、シンジオタクチックなど)などを挙げることができる。また、ポリエステル系樹脂では、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどが挙げられ、ポリアミド系樹脂としては、6−ナイロン、12−ナイロン等を挙げることができる。
そして、これらの有機系高分子物質もまた、二種以上を組み合わせて用いても良い。
なお、チョップドストランドでの供給に替え、繊維束をロービングした状態で繊維材の計量装置(33A、33B)においてガラスチョッパーにより切断し、供給する構成であっても良い。
また、成形材料に占める繊維材の配合率(重量含有率)を5〜60重量%の範囲としたが、より好ましい範囲は20〜50重量%の範囲である。配合比率が5重量%以下の場合は所望する成形品の強度を得ることができず、60重量%より大きいときは樹脂の流動性や表面性への影響が大きい。そして、本発明においては基材層への繊維材の配合率を表層のそれよりも大きく設定している。
添加剤の計量装置(34A、34B)へ添加剤を供給するときは、選択された複数の添加剤を予め所望の配合率で混合したものを用いる。
本発明の繊維強化樹脂の積層成形方法では、成形材料を成形の直前にドライブレンドして成形装置へ供給する方法を用いたが、他の公知の樹脂と繊維材及び添加剤をドライブレンドする手段により成形装置へ供給される構成であっても良い。
このような構成の金型を用いるので、金型を寸法Sだけ型開きした状態でキャビティ内に溶融樹脂を充填しても、該充填した溶融樹脂は漏れ出すことがない。
図2(a)は、可動型22と固定型21とが型閉じされ、基材層を成形する第1の射出装置10Aのスクリュ12Aが前進して基材層25が成形された状態を示している。基材層25を成形する際に表層のゲート部は、可動型22と固定型21の嵌合部で塞がれているので、射出充填された溶融樹脂が表層を成形する第2の射出装置10B側に逆流することがない。そして、第2の射出装置10Bには、表層を成形する所定量の溶融樹脂が蓄えられえている。
図2(b)は、所定の冷却時間の経過後に、基材層25を固定型21に残した状態で可動型22を所定の寸法Sほど型開きして金型キャビティを拡大、次いで、該拡大したキャビティに溶融樹脂を充填して表層26を基材層25と積層一体化した状態を示している。これにより基材層25に表層26が積層された積層成形品を得ることができる。
まず、図3(a)、(b)に示す金型50は、図示しない型締装置の固定盤に取り付けられた固定型51と、基材層用のキャビティと表層用のキャビティの二つのキャビティ面57、58とを有するスライド型52とで基本構成される。スライド型52は型締装置の図示しない可動盤に設けられスライド型52のスライド機構を有する中間盤3に取り付けられ、固定型51に対して接離自在となっている。
また、固定型51にはノズル(13A、13B)とキャビティとを連通する樹脂流路が設けられている。
基材層用のキャビティと表層用のキャビティの二つのキャビティ面57、58とを可動型52に一体で設ける構成としたが、それぞれのキャビティが独立した型であり、該型同士を連結する構成であっても良い。
図3(a)は、可動型52と固定型51とが型閉じされ、基材層を成形する第1の射出装置10Aのスクリュ12Aが前進して基材層55が成形された状態を示している。基材層55を成形する際に表層のゲート部は、ゲートを塞ぐ突起物59で塞がれているので、射出充填された溶融樹脂が表層を成形する第2の射出装置10B側に逆流することがない。そして、第2の射出装置10Bには、表層を成形する所定量の溶融樹脂が蓄えられえている。
所定の冷却時間の経過後に型開を行なって成形品を金型から取り出すここによって成形は完了する。前述した動作を繰り返すことで連続して成形品を得ることができる。
図4(a)、(b)に示す金型60は、図示しない型締装置の固定盤に取り付けられた固定型61と、同じく図示しない可動盤に係動して摺動自在に、且つ、成形装置の軸線を水平面、又は垂直面として回転自在に配された中間盤5に取り付けられたキャビティ容積の異なる複数の可動型、即ち、基材層成形用の可動型62及び表層成形用の可動型63とにより基本構成される。
そして、固定型61にはノズル(13A、13B)とキャビティとを連通する樹脂流路が設けられている。
符号6は、型開の状態で回転する中間盤5の回転中心であり、図においては紙面を水平面として回転する。
図4(a)は、可動型62と固定型61とが型閉じされ基材層成形用のキャビティが形成され、基材層を成形する第1の射出装置10Aのスクリュ12Aが前進して基材層65が成形された状態を示している。基材層65を成形する際に表層のゲート部は、ゲートを塞ぐ突起物69で塞がれているので、射出充填された溶融樹脂が表層を成形する第2の射出装置10B側に逆流することがない。そして、第2の射出装置10Bには、表層を成形する所定量の溶融樹脂が蓄えられえている。
そして、所定の冷却時間の経過後に型開を行なって成形品を金型から取り出すここによって成形は完了する。前述した動作を繰り返すことで連続して成形品を得ることができる。
図5(a)、(b)に示す金型70は、図示しない型締装置の固定盤に取り付けられた固定型71と、同じく図示しない可動盤に係動して摺動自在に取り付けられた可動型72により基本構成される。そして、固定型71にはノズル16とキャビティとを連通し、表層と基材層とが流動可能な樹脂流路が設けられている。
ノズル16は、2重構造で同心状に樹脂流路を配置して射出装置10A、10Bより送り出される溶融樹脂を金型キャビティ内へ略同時に充填することができる構成となっている。図に示すように、同時充填中は表層の溶融樹脂内を基材層の溶融樹脂が同心で流動する。
そして、金型70は、嵌め込み部(インロー部)を有する半押し込み構造としたが、樹脂の充填に際して可動型を移動させることが無い場合は、嵌め込み部を有しない平押し構造が用いられても良い。
図5(a)は、可動型72と固定型71とが型閉じされて成形品のキャビティが形成され、表層76の溶融樹脂が基材層75の溶融樹脂に先行して充填され、次いで基材層75の溶融樹脂が表層76の溶融樹脂内に充填されている状態を示している。射出装置10A、10Bから送り出された溶融樹脂は混ざり合うことなく、ノズル16と固定型71の樹脂流路を介してキャビティに供給される。
本発明の成形方法では、成形品の剛性、表面性や変形(反り)を加味した最適な繊維配合率を任意に得ることができる。そして、積層する二層、即ち、表層と基材層それぞれに用いる樹脂成形材料の繊維配合率(重量含有率)を違える(表層の繊維材の含有量を基材層のそれよりも小さくする)ことにより強度と表面を平滑に改善した繊維強化樹脂の積層成形品を得ることができた。
10B 第2の射出装置
23 金型キャビティ
25、55、65、75 基材層
26、56、66、76 表層
35A 混合手段
Claims (10)
- 繊維材を含む溶融樹脂を充填して基材層を成形する第1の射出装置と、繊維材を含む溶融樹脂を充填して表層を成形する第2の射出装置とを用い、繊維材で樹脂を強化するとともに、前記基材層に前記表層を積層する繊維強化樹脂の積層成形方法において、
前記第1及び第2の射出装置に用いる樹脂成形材料が、積層成形品を成形する直前に所定量の、樹脂ペレットと、前記繊維材と、複数の添加剤とを混合手段により直接混ぜ合わせたもので、且つ前記基材層及び前記表層がそれぞれ異なる繊維材の配合率(重量含有率)とする繊維強化樹脂の積層成形方法。 - 前記基材層と表層とを成形するに際して、基材層の充填後に表層を充填する請求項1に記載の繊維強化樹脂の積層成形方法。
- 前記表層と基材層とを成形するに際して、基材層と表層を略同時に充填する請求項1に記載の繊維強化樹脂の積層成形方法。
- 前記表層を成形する繊維材の配合率(重量含有率)を、前記基材層を成形する繊維材の配合率(重量含有率)より小さい値とした請求項1乃至請求項3の何れかに記載の繊維強化樹脂の積層成形方法。
- 前記繊維材は、ガラス繊維、炭素繊維、有機繊維群の中から選択する請求項1乃至請求項4の何れかに記載の繊維強化樹脂の積層成形方法。
- 前記繊維材の配合率(重量含有率)を、5〜60重量%とした請求項1乃至請求項5の何れかに記載の繊維強化樹脂の積層成形方法。
- 前記樹脂成形材料に用いる前記繊維材の長さを、繊維束径の5〜1000倍とした請求項1乃至請求項6の何れかに記載の繊維強化樹脂の積層成形方法。
- 前記樹脂成形材料に供給する前記複数の添加剤は、改質剤、着色剤、充填材、帯電防止剤、滑剤、安定剤、難燃剤、界面活性剤等の中から複数選択する請求項1乃至請求項7の何れかに記載の繊維強化樹脂の積層成形方法。
- 金型キャビティに基材層となる繊維材を含む溶融樹脂を充填、次いで、前記基材層の充填完了後に表層となる繊維材を含む溶融樹脂を充填して、基材層に表層を積層した積層成形品において、
前記積層品の樹脂成形材料に、積層成形品を成形する直前に所定量の、樹脂ペレットと、繊維材と、複数の添加剤とを混合手段により直接混合したものを用い、
前記基材層及び表層の前記樹脂成形材料をそれぞれ異なる繊維材の配合比率(重量含有率)とし、前記表層を成形する繊維材の配合率(重量含有率)を、前記基材層を成形する繊維材の配合率(重量含有率)より小さい値とした繊維強化樹脂の積層成形品。 - 金型キャビティに表層となる繊維材を含む溶融樹脂と、基材層となる繊維材を含む溶融樹脂とを略同時に充填して、基材層に表層を積層した積層成形品において、
前記積層品の樹脂成形材料に、積層成形品を成形する直前に所定量の、樹脂ペレットと、繊維材と、複数の添加剤とを混合手段により直接混合したものを用い、
前記基材層及び前記表層の前記樹脂成形材料をそれぞれ異なる繊維材の配合比率(重量含有率)とし、前記表層を成形する繊維材の配合率(重量含有率)を、前記基材層を成形する繊維材の配合率(重量含有率)より小さい値とした繊維強化樹脂の積層成形品。
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