JP2016187935A

JP2016187935A - 成形体の製造方法

Info

Publication number: JP2016187935A
Application number: JP2015069195A
Authority: JP
Inventors: 正雄冨岡; Masao Tomioka
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2016-11-04

Abstract

【課題】賦形されたインサート材と発泡樹脂が一体に成形された成形体として、インサート材部分と発泡樹脂部分との境界面の接着強度が高い成形体を製造できる成形体の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】金型１００内にて、熱可塑性樹脂を含有し、かつ前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱されたインサート材１０上に発泡樹脂１２を供給し、それらを加圧して一体化して成形体を得る、成形体の製造方法。発泡樹脂１２を供給した後に金型１００を閉じて加圧し、インサート材１０と発泡樹脂１２を同時に賦形しつつ一体化することが好ましい。【選択図】図３

Description

本発明は、成形体の製造方法に関する。

自動車用部品、コンピュータ用部品等に用いられる成形体としては、例えば、強化繊維及び熱可塑性樹脂を含有する繊維強化複合材料からなる賦形されたインサート材に、発泡樹脂が射出成形されて一体とされた成形体が知られている。

該成形体の製造方法としては、例えば、事前に賦形したインサート材を金型内に配置した状態で、発泡樹脂を金型内に供給し、該発泡樹脂を発泡させつつ成形する方法が挙げられる（特許文献１）。
しかし、該方法で得られた成形体では、インサート材部分と発泡樹脂部分との境界面の接着強度が不充分となり、該境界面で剥離が生じることがある。

特開２０１３−６７１３５号公報

本発明は、賦形されたインサート材と発泡樹脂が一体に成形された成形体として、インサート材部分と発泡樹脂部分との境界面の接着強度が高い成形体を製造できる成形体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を有する。
［１］金型内にて、熱可塑性樹脂を含有し、かつ前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱されたインサート材上に発泡樹脂を供給し、それらを加圧して一体化して成形体を得る、成形体の製造方法。
［２］前記発泡樹脂を供給した後に金型を閉じて加圧し、前記インサート材と前記発泡樹脂を同時に賦形しつつ一体化する、［１］に記載の成形体の製造方法。
［３］前記インサート材が、強化繊維及び熱可塑性樹脂を含有する繊維強化複合材料である、［１］又は［２］に記載の成形体の製造方法。

本発明の成形体の製造方法によれば、賦形されたインサート材と発泡樹脂が一体に成形された成形体として、インサート材部分と発泡樹脂部分との境界面の接着強度が高い成形体を製造できる。

本発明の成形体の製造方法の一例を示した断面図である。本発明の成形体の製造方法の一例を示した断面図である。本発明の成形体の製造方法の一例を示した断面図である。本発明の成形体の製造方法の他の例を示した断面図である。本発明の成形体の製造方法の他の例を示した断面図である。

以下、本発明の成形体の製造方法について説明する。
本発明の成形体の製造方法は、賦形されたインサート材と発泡樹脂が一体に成形された成形体を製造する方法である。本発明の成形体の製造方法においては、金型内にて、熱可塑性樹脂を含有し、かつ前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱されたインサート材上に発泡樹脂を供給し、それらを加圧して一体化して成形体を得る。

具体例として、図１に例示した金型１００を用いる場合について説明する。金型１００は、上面側に凹部１１０が形成された下型１１２と、下方に突き出る凸部１１４が設けられた上型１１６とを備える。上型１１６には、凸部１１４の下面から樹脂を射出するための樹脂流路１１８が形成されている。
まず、図１に示すように、下型１１２における凹部１１０内に、熱可塑性樹脂を含有するインサート材１０を配置する。そして、図２に示すように、インサート材１０が熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱された状態で、インサート材１０上に溶融状態の発泡樹脂１２を射出して供給する。その後、図３に示すように、金型１００を閉じて加圧し、インサート材１０を賦形しつつ成形する。成形後に金型１００を開き、成形体を取り出す。

本発明の製造方法においては、発泡樹脂を供給する際にインサート材が加熱されて軟化していることで、成形時に発泡樹脂中で生じる気泡がインサート材に入り込みやすくなる。これにより、インサート材が加熱されず軟化していない場合に比べて、発泡樹脂中のインサート材との境界面近傍において気泡が均一に分散されやすくなる。その結果、成形体の発泡樹脂部分におけるインサート材部分との境界面付近に集中してボイドが形成されることが抑制される。これにより、発泡樹脂を供給する際にインサート材が加熱されていない場合に比べて、成形体のインサート材部分と発泡樹脂部分との境界面の接着強度が高くなる。

本発明においては、図１〜３に示す金型１００を用いる場合のように、インサート材上に発泡樹脂を供給した後に金型を閉じて加圧し、インサート材と発泡樹脂を同時に賦形しつつ一体化することが好ましい。これにより、成形時に発泡樹脂中で生じる気泡がインサート材により入り込みやすくなる。そのため、成形時に発泡樹脂中で生じる気泡がインサート材との境界面により集中しにくくなり、成形体のインサート材部分と発泡樹脂部分との境界面の接着強度がより高くなる。また、事前にインサート材を別途賦形しておく必要がないため、コスト面でも有利である。

本実施形態では、インサート材を軟化温度以上に加熱してから金型内に配置してもよく、金型内に配置した後にインサート材を軟化温度以上に加熱してもよい。
インサート材を加熱する方法は、特に限定されず、例えば、赤外線ヒータ等が挙げられる。

発泡樹脂が供給される際のインサート材の温度をＴ（℃）、インサート材中の熱可塑性樹脂の軟化温度をＴ_Ａ（℃）としたとき、温度Ｔと軟化温度Ｔ_Ａとの関係は、Ｔ_Ａ≦Ｔであり、Ｔ_Ａ＋１０（℃）≦Ｔ≦Ｔ_Ａ＋１５０（℃）が好ましく、Ｔ_Ａ＋３０（℃）≦Ｔ≦Ｔ_Ａ＋１００（℃）がより好ましい。温度Ｔが下限値以上であれば、インサート材部分と発泡樹脂部分の境界面の接着強度が高い成形体が得られ、また成形時間が短くなる。温度Ｔが高すぎると、型締め後においてインサート材中の熱可塑性樹脂が固化するまでの時間が長くなって生産性が低下したり、インサート材中の熱可塑性樹脂が熱分解を起こすといった問題が発生するおそれがある。しかし、温度Ｔが上限値以下であれば、型締め後のインサート材中の熱可塑性樹脂が固化するまでの時間は問題なく、またインサート材中の熱可塑性樹脂の熱分解も抑制しやすい。
なお、熱可塑性樹脂の軟化温度は、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は熱可塑性樹脂の溶融温度（融点）、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合は熱可塑性樹脂のガラス転移温度であり、これらはＪＩＳＫ７１２１に準拠した示差走査熱量測定（ＤＳＣ）法により測定される値を意味する。

型締め時の金型温度は、インサート材の熱可塑性樹脂及び発泡樹脂の軟化温度よりも５℃以上低いことが好ましく、１５℃以上低いことがより好ましい。これにより、成形体中の熱可塑性樹脂及び発泡樹脂が十分に冷却固化されるため、金型から脱型が容易になる。
インサート材と発泡樹脂とを加圧して一体化する際に加える圧力は、０．１０〜２０ＭＰａが好ましく、０．１５〜１０ＭＰａがより好ましい。

＜インサート材＞
インサート材は、熱可塑性樹脂を含有する材料である。
インサート材としては、強化繊維及び熱可塑性樹脂を含有する繊維強化複合材料が好ましい。繊維強化複合材料としては、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたプリプレグ、該プリプレグが複数枚積層されたプリプレグ積層体、押出機内で強化繊維を樹脂中に混練してシート化した押出しシート等が挙げられる。

強化繊維としては、特に限定されず、例えば、無機繊維、有機繊維、金属繊維、又はこれらを組み合わせたハイブリッド構成の強化繊維が使用できる。
無機繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維等が挙げられる。有機繊維としては、アラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維、その他一般のナイロン繊維、ポリエステル繊維等が挙げられる。金属繊維としては、ステンレス、鉄等の繊維が挙げられ、また金属を被覆した炭素繊維でもよい。これらの中では、成形体の強度等の機械物性を考慮すると、炭素繊維が好ましい。

強化繊維は、連続繊維であってもよく、不連続繊維であってもよい。連続繊維は機械特性に優れ、一方不連続繊維は賦型性に優れるため、必要に応じて使い分けすることが可能である。強化繊維基材の形態としては、多数の連続繊維を一方向に揃えてＵＤシート（一方向シート）とする形態、連続繊維を製織してクロス材（織物）とする形態、不連続繊維からなる不織布とする形態、不連続繊維を二軸押出機にて樹脂中に混練分散した形態等が挙げられる。クロス材の織り方としては、例えば、平織、綾織、朱子織、三軸織等が挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、ポリアミド樹脂（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ナイロンＭＸＤ６等）、ポリオレフィン樹脂（低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン等）、変性ポリオレフィン樹脂（変性ポリプロピレン樹脂等）、ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、ポリカーボネート樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、アクリロニトリルとスチレンの共重合体、ナイロン６とナイロン６６の共重合体等が挙げられる。
変性ポリオレフィン樹脂としては、例えば、マレイン酸等の酸によりポリオレフィン樹脂を変性した樹脂等が挙げられる。
接着樹脂との接着性の観点から、ポリアミド樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂が好ましい。
熱可塑性樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

なお、インサート材は、繊維強化複合材料には限定されず、強化繊維を含有しないものであってもよい。
インサート材には、目的の成形体の要求特性に応じて、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等の添加剤を配合してもよい。

発泡樹脂は、成形時に発泡して発泡体を形成する樹脂である。発泡樹脂としては、特に限定されず、樹脂の発泡成形に用いられる公知の発泡樹脂を採用でき、例えば、熱可塑性樹脂に化学発泡剤及び発泡ビーズのいずれか一方もしくはその両方が配合されたものが挙げられる。

発泡樹脂に用いる熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、例えば、インサート材の熱可塑性樹脂として挙げたものと同じものが挙げられる。発泡樹脂に用いる熱可塑性樹脂としては、成形体におけるインサート材部分と発泡樹脂部分との境界面の接着強度がより高くなる点から、インサート材の熱可塑性樹脂と同じ種類の樹脂であることが好ましい。
発泡樹脂に用いる熱可塑性樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

発泡樹脂としては、発泡剤として超臨界流体を用いたものであってもよい。具体的には、発泡剤として、二酸化炭素や窒素を超臨界流体（温度と圧力を臨界点以上に高める）として溶融樹脂に配合したものを用いてもよい。

以上説明した本発明の成形体の製造方法によれば、賦形されたインサート材と発泡樹脂が一体に成形された成形体として、インサート材部分と発泡樹脂部分との境界面の接着強度が高い成形体を製造することができる。これは、以下のように考えられる。

特許文献１のような従来の製造方法では、発泡樹脂を供給する際にインサート材が加熱されておらず、発泡樹脂中で発生する気泡はインサート材には入り込まず、インサート材との境界面近傍に集中しやすい。これにより、発泡樹脂部分におけるインサート材部分との境界面近傍にボイドが集中して形成されやすく、またインサート材部分との境界面近傍で気泡同士が結合することでボイドがより大きくなる傾向がある。そのため、インサート材部分と発泡樹脂部分との境界面の接着強度が不充分になることがあると考えられる。

これに対して、本発明の成形体の製造方法においては、発泡樹脂の供給時にインサート材が熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱されて軟化していることで、発泡樹脂中のインサート材との境界面近傍で発生した気泡がインサート材に入り込むことができる。これにより、発泡樹脂中におけるインサート材との境界面近傍で生じる気泡が均一に分散されやすくなり、インサート材との境界面近傍にボイドが集中して形成されることが抑制される。また、インサート材との境界面近傍で気泡同士が結合してより大きなボイドが形成されることも抑制される。そのため、成形体におけるインサート材部分と発泡樹脂部分との境界面の接着強度が充分に高くなると考えられる。

なお、本発明の成形体の製造方法は、発泡樹脂の供給時にインサート材が熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱されていれば、前記した方法には限定されない。
本発明の成形体の製造方法は、例えば、事前賦形していないインサート材を金型内部に配置した状態で金型を閉じてインサート材を賦形した後に、発泡樹脂を射出する側の型（例えば上型）を他方の型（例えば下型）に対してわずかに後退させ、金型における型とインサート材の間に生じた空間に発泡樹脂を射出充填し、加圧して一体化する方法であってもよい。

また、本発明の成形体の製造方法においては、事前に賦形したインサート材を用いる方法であってもよい。例えば、以下に示すように成形体を製造する方法であってもよい。
図４に示すように、金型１００の下型１１２における凹部１１０内に、熱可塑性樹脂を含有する、事前に賦形したインサート材１０を配置する。そして、図５に示すように、インサート材１０が熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱された状態で、インサート材１０上に溶融状態の発泡樹脂１２を射出充填し、加圧して一体化する。成形後に金型１００を開き、成形体を取り出す。
この場合、例えば、発泡樹脂１２を射出充填した後に上型１１６を下型１１２からわずかに後退させ、キャビティ容積を増大させて発泡を促進させた後に再び圧縮する等の操作を行ってもよい。

以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
［製造例１：インサート材の製造］
不連続炭素繊維含有ポリプロピレン樹脂ペレット（商品名「パイロフィルペレットＰＰ−Ｃ−３０Ａ」、三菱レイヨン社製、炭素繊維含有量３０質量％）を３００ｍｍ角で深さ１５ｍｍの印籠型内に９６ｇばら撒き、２００℃まで加熱する。その後、多段プレス機（神藤金属工業所製圧縮成形機、製品名：ＳＦＡ−５０ＨＨ０）により２００℃の盤面で、０．２ＭＰａの圧力で２分間加熱・加圧後、同一の圧力で室温まで冷却し、厚さ１ｍｍの不連続炭素繊維含有ポリプロピレン板を得る。
次いで、得られた厚さ１ｍｍの不連続炭素繊維含有ポリプロピレン板を平面視形状で４０ｍｍ×２００ｍｍにカットして、短冊状のインサート材を得る。

［実施例１］
図１に例示した金型１００を用いる。
図１に示すように、下型１１２における凹部１１０内に、製造例１で得たインサート材を配置する。次いで、図２に示すように、赤外線ヒータによって前記インサート材を２１０℃に加熱した状態で、上型１１６の樹脂流路１１８からインサート材上に、発泡樹脂を溶融状態で射出して供給する。発泡樹脂としては、ポリプロピレン樹脂（商品名「ノバテックＳＡ０６ＧＡ」、日本ポリプロ社製）１００質量部に対して化学発泡剤（商品名「ポリスレンＥＥ２５Ｃ」、永和化成工業社製）を３質量部配合したものを用いる。次いで、図３に示すように、上型１１６を下型１１２に向かって移動させて金型１００を閉じ、０．２ＭＰａの条件で加圧して、インサート材を賦形しつつ成形する。型締め時の金型１００の温度は８０℃とする。発泡樹脂の射出から１分後に金型１００を開き、成形体を取り出す。

［実施例２］
製造例１で得たインサート材を赤外線ヒータによって２１０℃に加熱した状態で、金型を用いて賦形する。次いで、図４に示すように、賦形されたインサート材を金型１００の凹部１１０内に配置する。赤外線ヒータによって前記インサート材を２１０℃に加熱した状態で、上型１１６の樹脂流路１１８からインサート材上に、実施例１と同じ発泡樹脂を溶融状態で射出して供給する。次いで、図３に示すように、上型１１６を下型１１２に向かって移動させて金型１００を閉じ、０．２ＭＰａの条件で加圧して、インサート材を賦形しつつ成形する。型締め時の金型１００の温度は８０℃とする。発泡樹脂の射出から１分後に金型１００を開き、成形体を取り出す。

［比較例１］
賦形したインサート材を加熱せずに発泡樹脂を射出して成形する以外は、実施例２と同様にして成形体を製造する。

［接着強度の評価］
各例における成形体のインサート材部分と発泡樹脂部分の境界面での接着強度は、以下のようにして評価する。
成形体から１２．７ｍｍ幅×１２０ｍｍ長に試験片を切り出し、ＪＩＳＫ７０７４に準拠した曲げ試験を実施し、その試験から得られるひずみ−応力曲線の最初の応力降伏点が基材破壊であるものを「〇」、界面剥離であるものを「×」とする。
評価結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明の製造方法で製造した実施例１、２の成形体は、インサート材部分と発泡樹脂部分の境界面での接着強度が、比較例１の成形体に比べて高い。

１０インサート材
１２発泡樹脂
１００金型
１１０凹部
１１２下型
１１４凸部
１１６上型
１１８樹脂流路

Claims

金型内にて、熱可塑性樹脂を含有し、かつ前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱されたインサート材上に発泡樹脂を供給し、それらを加圧して一体化して成形体を得る、成形体の製造方法。
前記発泡樹脂を供給した後に金型を閉じて加圧し、前記インサート材と前記発泡樹脂を同時に賦形しつつ一体化する、請求項１に記載の成形体の製造方法。
前記インサート材が、強化繊維及び熱可塑性樹脂を含有する繊維強化複合材料である、請求項１又は２に記載の成形体の製造方法。