JP2018020531A - 成形性および安定性良好な真空成形シートの製造方法および、それを用いた加飾品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、シート加熱時の安定性に優れた、成形性のよい真空加工方法が求められていた。
[1]樹脂シートを真空成形加工して成形シートを製造する方法であって、金型温度40℃〜100℃の金型上における該樹脂シートの真空吸引工程、及び真空吸引を停止して該樹脂シートを加熱する工程、及び該加熱工程の後の真空吸引工程を有するとともに、前記樹脂シートは、10Hzで測定した貯蔵弾性率(E’)が300MPaとなる温度が、前記金型温度+130℃以下の温度領域に存在するものであることを特徴とする成形シートの製造方法。
[2]前記金型温度を80℃以下とする上記[1]に記載の成形シートの製造方法。
[3]前記樹脂シートは、10Hzで測定した貯蔵弾性率(E’)が、金型温度下で5000MPa以下である上記[1]または[2]のいずれか1項に記載の成形シートの製造方法。
[4]前記樹脂シートは、ジカルボン酸として少なくともテレフタル酸を、ジオールとして少なくともブタンジオールを用いたポリエステル系重縮合体を含む層を1層以上有するシートである上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載の成形シートの製造方法。
[5]前記樹脂シートを[1]〜[4]のいずれか1項に記載の製造方法で真空成形した後、型締めして溶融樹脂を型内に注入し、樹脂表面に成形シートを密着させることを特徴とする加飾品の製造方法。
(成形シートの製造方法)
本発明の成形シートは、樹脂シートをクランプ部材により金型の凹部表面にセットした後に、後述する「真空吸引工程」及び、「加熱工程」を経て、金型凹部(以降、「キャビティ形成面」と記す場合もある)に沿うよう立体形状に加工することにより、成形する。
本発明の真空吸引工程は、成形金型における凹部と樹脂シートとの間の空間を密閉して、真空吸引孔から排気して空間内の気圧を下げることにより、樹脂シートを凹部に沿うように引き伸ばす工程である。この際の空間内の気圧は、1気圧(=101.3kPa)未満であればよく、必ずしも真空圧でなくても、減圧条件であれば良い。好ましくは、空間内の気圧が、50kPa以下での減圧条件であることがよく、10kPa以下であればより好ましく、5kPa以下であればさらに好ましい。なお、この気圧は、金型形状や使用する真空ポンプの排気流量などによって決定される。
なお、本発明において、キャビティ表面積とは、射出成形用の金型の凹部表面、すなわちキャビティ表面の、射出された樹脂と接触する部分の面積を意味する。また、樹脂シートとキャビティの密着面積は、樹脂シートがキャビティ表面の、射出された樹脂と接触する部分に密着した面積を、定規をあてて測定して計算し求めることができる。樹脂シートとキャビティとの接触面積の割合は、「樹脂シートとキャビティの密着面積」/「キャビティ表面積」×100(%)として計算することができる。これは、後述する樹脂シートの金型温度下での貯蔵弾性率によって制御できる。
本発明において、樹脂シートの加熱工程は、熱風発生機、ニクロム線を耐熱マイカ板で絶縁し、ステンレス、ボンデ鋼板などで外周を被覆強固したプレートヒーター、遠赤外線ヒーター等が挙げられる。中でも、加熱ムラが小さく、距離が離れた物体も加熱しやすいといったことから、遠赤外線ヒーターが好ましい。
本発明において、樹脂シートの加熱温度は、樹脂シートの表面温度が金型温度+130℃以内まで上昇すれば特に規定はされないが、ヒーターの表面温度は、100℃以上が好ましく、150℃以上がより好ましく、200℃以上がさらに好ましい。また、樹脂シートの熱劣化を防ぐ観点から、400℃以下が好ましく、300℃以下がより好ましい。
本発明において、樹脂シートは、10Hzで測定した貯蔵弾性率(E’)が300MPaとなる温度が、前記金型温度+130℃以下の温度領域に存在するものを用いる。本発明では、樹脂シートを加熱前に真空吸引してキャビティに一部密着させるため、キャビティに樹脂シートの熱が奪われてしまいその後加熱した際に、樹脂シート表面温度が上がりにくい。しかし、上記貯蔵弾性率を有する樹脂シートであれば、樹脂シート表面温度が金型温度+130℃程度までしか温度が上昇しない場合でも、十分に樹脂シートが軟化して金型に追随し、良好な成形ができる。なお、金型温度を上げることでも、樹脂シート表面温度を上げることは可能であるが、この場合、樹脂を射出した後、加飾品を良好に取り出すために金型温度を下げる必要があり、生産性が悪い。一方で、本発明においては、金型温度を上げずとも加熱により十分に樹脂シートが軟化して良好な真空成形加工を行えるため、飛躍的に生産性を向上させることができる。なお、金型温度を下げなくても加飾品を良好に金型から取り出すためには、金型温度が100℃以下であることが好ましく、80℃以下であることがより好ましい。
本発明の樹脂シートは、上述の物性とすることにより、真空吸引を停止して樹脂シートを加熱する製法において、樹脂シートをキャビティに一部密着させるため、その後加熱した際に、樹脂シートの熱が奪われ、シート表面温度が金型温度+130℃程度までしか温度が上昇しない場合でも、十分に金型に追随し、良好な成形ができる。したがって、金型のコーナー部のRが5mm以下といった、急なカーブ形状を有する金型を用いた加飾に用いることができる。とくに、金型のコーナー部のRが3mm以下といった、さらに急なカーブ形状を有する金型を用いた加飾にも使用することができる。
本発明に用いられる樹脂シートは、上記の貯蔵弾性率(E’)であれば、いずれも使用可能である。本発明に用いられる樹脂シートは、後述する基材層のみの構成であっても、基材層に後述する機能層を積層した、基材層/機能層の構成であってもよいが、着色やハードコート性、反射性などの機能を付与しやすいことから、基材層/機能層の積層構成とすることがより好ましい。
熱可塑性樹脂により構成されるものが好ましく、この熱可塑性樹脂としては、樹脂シートの柔軟性や成形性の観点から、ポリオレフィン系樹脂、またはポリエステル系樹脂であることが好ましい。特に、耐熱性の観点や、加飾品における表面接着性の観点から、ポリエステル系樹脂であることが好ましい。
さらに、樹脂シートを上記の貯蔵弾性率(E’)とする1つの方法として、ポリエステル系樹脂のなかでも、ジカルボン酸として少なくともテレフタル酸を含み、ジオールとして少なくともブタンジオールを用いたポリエステル系重縮合体(以降、「PBT系樹脂」と記すこともある)を用いることが好ましい。基材層中のPBT系樹脂の含有量は、上記貯蔵弾性率(E’)を実現できれば特に規定はされないが、PBT系樹脂を50wt%以上含有することが好ましく、80wt%以上含有することがより好ましい。
基材層の作成方法は特に規定されないが、押出法による製膜が一般的である。
機能層としては離形層、着色層、ハードコート層、AR層、AG層、接着層、耐熱層等が挙げられる。これらのうち1種のみが基材層上に積層されていてもよいし、2種以上が積層されていてもよい。これらの層の形成方法は、特に規定はされないが、コーティング等の公知の方法により前述した基材層上に形成することができる。
また、本発明の樹脂シートを用いて加飾品を製造する場合においては、該樹脂シートをインモールド成形用の転写シートとして用いる場合、本発明の樹脂シートは、上述したその機能層として少なくとも離形層を含む積層構成となる。加飾品を製造する場合であっても、インサート成形法とする場合は、該シートが、上述した機能層を含まない構成であっても構わない。
本発明の加飾シートに、これら機能層を形成する方法は、特に規定はされないが、コーティングにより形成されることが一般的である。
本発明において、加飾品の製造方法は、樹脂シートを真空成形加工して成形シートを作製後、金型を閉じて金型内に溶融樹脂を注入して、樹脂表面に成形シートを一体化させるインサート法や、樹脂シートを真空成形加工して成形シートを作製後、金型を閉じて金型内に溶融樹脂を注入して、樹脂表面に成形シートの一部の層のみを転写させるインモールド法などが挙げられる。
本発明の加飾品の製造において用いられる射出樹脂は、熱可塑性樹脂であれば、制限なく用いられる。特には、成形性や、樹脂シートとの融点差が小さいという観点から、例えば、ポリカーボネート系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、及びABS樹脂(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂)などが好ましく用いられる。なかでも、ポリプロピレン系樹脂は、他の樹脂に比較して融点が低いため、樹脂シートの基材層として上述のPBT系樹脂を用いた場合、機能層として耐熱層を設けなくとも、射出時における樹脂シートの溶融を防ぐことができ好ましい。
[評価方法]
種々の物性等の測定及び評価は次のようにして行った。
実施例及び比較例で用いた各樹脂シートについて、アイティ計測(株)製の粘弾性測定装置、商品名「粘弾性スペクトロメーターDVA−200」を用いて、試料(縦方向4mm、横方向60mm)を振動周波数10Hz、ひずみ0.1%、昇温速度3℃/分、チャック間25mmでTDについて25℃から250℃まで測定して測定した。また、実施例1で用いた樹脂シート(PBT系シート1)の貯蔵弾性率(E')の測定結果を図1に、比較例2で用いた樹脂シート(PET系シート1)の貯蔵弾性率(E')の測定結果を図2に示した。
縦100mm×横100mm×深さ5mmで、コーナー部のRが1.8mmであり、成形品の厚みが2mmとなる金型を用いて、キャビティ上に樹脂シートをセットして真空吸引を停止し、加熱を開始する際の、キャビティ表面積に対する、樹脂シートとキャビティの密着面積の割合を、「樹脂シートとキャビティの密着面積」/「キャビティ表面積」×100(%)として計算した。なお、キャビティ表面積は、射出成形用の金型の凹部表面、すなわちキャビティ表面の、射出された樹脂と接触する部分の面積を、金型図面より計測して算出した。また、樹脂シートとキャビティの密着面積は、樹脂シートがキャビティ表面の、射出された樹脂と接触する部分に接触した面積を、定規をあてて測定して計算し求めた。
ヒーター表面温度を、接触式温度計にて測定した。実施例1〜3、比較例1,2におけるヒーター温度はいずれも220℃であった。
<樹脂シート温度>
ヒーターによる加熱時の各樹脂シートの表面温度を、接触式温度計にて測定した。
加熱時のシートのシワやタルミの有無から、以下のように評価した。
○:シワやタルミ無し
×:シワやタルミが発生した
縦100mm×横100mm×深さ5mmで、コーナー部のRが1.8mmであり、成形品の厚みが2mmとなる金型を用いて、キャビティ上に樹脂シートをセットして真空吸引と加熱を全て行ったあとの、キャビティ表面積に対する、樹脂シートとキャビティの密着面積の割合から、以下のように判断した。なお、真空吸引には排気流量50L/分の真空ポンプを用いた。 なお、キャビティ表面積は、射出成形用の金型の凹部表面、すなわちキャビティ表面の、射出された樹脂と接触する部分の面積を、金型図面より計測して算出した。また、樹脂シートとキャビティの密着面積は、樹脂シートがキャビティ表面の、射出された樹脂と接触する部分に接触した面積を、定規をあてて測定して計算し求めた。これらより、「樹脂シートとキャビティの密着面積」/「キャビティ表面積」×100(%)として計算した。
○:接触面積の割合が80%以上
×:接触面積の割合が80%未満
射出成形後のシートの状態から、以下のように判断した。
○:破れ、シワ、ネッキング等なし
×:破れ、シワ、ネッキング等あり
以下に、実施例・比較例で用いた樹脂シートである、PBT系シート1及びPET系シート1を示す。
テレフタル酸とブタンジオールの重縮合体からなる厚み100μmの押出製膜シート(上述の方法で測定した、金型温度(50℃)における貯蔵弾性率(E’)が1400MPa、10Hzで測定した貯蔵弾性率(E’)が300MPaとなる温度が75℃)を使用した。
テレフタル酸とエチレングリコールの重縮合体からなる厚み50μmの押出製膜シート(上述の方法で測定した、金型温度(50℃)における貯蔵弾性率(E’)が4000MPa、10Hzで測定した貯蔵弾性率(E’)が300MPaとなる温度が200℃)を使用した。
50℃に調温した金型のキャビティ上に、樹脂シートとしてPBT系シート1をセットし、真空吸引によりシートをキャビティにある程度密着させ、その後、真空吸引を停止して金型接触面積割合を評価した。その後、表面温度220℃の赤外線プレートヒーターにてシートを加熱し、シートの表面温度を120℃に加熱した。その後、加熱したまま真空吸引を再開して、成形シート1を得た。これにより、シートは良好にキャビティ形状に追随した。その後、型締めしてPP樹脂を射出して、加飾品1を得た。各評価結果を表1に示す。
[実施例2]
赤外線ヒーターのシートからの距離を調整し、樹脂シートの表面温度を表のように変更した以外は、実施例1と同様にして成形を行い、成形シート2を得た。さらに成形シート2に、実施例1と同様に型締めと射出を行い、加飾品2を得た。各評価結果を表1に示す。
[実施例3]
樹脂シートとして、PBT系シート1を基材層とし、さらに機能層として、離形層(厚み2μm)、ハードコート層(厚み5μm)、着色層(厚み2μm)、接着層(厚み1μm)をこの順で、機能層の総膜厚が10μmとなるようにコーティングにより積層したものを用いた以外は、実施例2と同様にして成形を行い、成形シート3を得た。これを転写シートとして用いて、また、射出樹脂としてポリカーボネートを用いた以外は、実施例2と同様に型締めと射出を行い、加飾品3を得た。各評価結果を表1に示す。
実施例1において、シートを加熱してから真空吸引を行った以外は、実施例1と同様にして成形を行い、成形シート4及び加飾品4を得た。各評価結果を表1に示す。
[比較例2]
樹脂シートとして、PBT系シート1に代えPET系シート1を用いた以外は、実施例2と同様にして成形を行い、成形シート5及び加飾品5を得た。各評価結果を表1に示す。なお、ヒーターの温度や位置を調整しても、シート温度をこれより高温にすることはできなかった。
Claims (5)
- 樹脂シートを真空成形加工して成形シートを製造する方法であって、
金型温度40℃〜100℃の金型上における該樹脂シートの真空吸引工程、及び真空吸引を停止して該樹脂シートを加熱する工程、及び該加熱工程の後の真空吸引工程を有するとともに、
前記樹脂シートは、10Hzで測定した貯蔵弾性率(E’)が300MPaとなる温度が、前記金型温度+130℃以下の温度領域に存在するものであることを特徴とする成形シートの製造方法。 - 金型温度を80℃以下とする請求項1に記載の成形シートの製造方法。
- 前記樹脂シートは、10Hzで測定した貯蔵弾性率(E’)が、金型温度下で5000MPa以下である請求項1または2のいずれか1項に記載の成形シートの製造方法。
- 前記樹脂シートは、ジカルボン酸として少なくともテレフタル酸を、ジオールとして少なくともブタンジオールを用いたポリエステル系重縮合体を含む層を1層以上有するシートである請求項1〜3のいずれか1項に記載の成形シートの製造方法。
- 前記樹脂シートを請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法で真空成形した後、型締めして溶融樹脂を型内に注入し、樹脂表面に成形シートを密着させることを特徴とする加飾品の製造方法。
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