JP3968398B2 - Injection molding method - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に透明性が重要視される成形品に適用して好適な射出成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱可塑性樹脂を用いて所要の成形品を得る成形方法として、射出成形法が一般に用いられている。この成形に使用される射出成形機は、熱可塑性樹脂を溶かして射出する射出機構と射出された熱可塑性樹脂を成形する金型から構成されている。この射出成形機を用いた射出成形法では、熱可塑性樹脂が前記射出機構上部に設けられるホッパから加熱シリンダ内に投入され、スクリュー等で移送可塑化されつつ前進し、金型内に射出されて冷却固化して成形品を得るようにされている。
【０００３】
なお、本願に関連する技術として成形材料を金型内に射出充填する際に樹脂材料を流路抵抗による剪断発熱により熱分解させる方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば熱可塑性エラストマーを用いて自動車のフロントガラス等の透明性が重要視される複合成形品を成形する際に、従来の射出成形法のように加熱シリンダ内で熱可塑性樹脂を流動しやすい成形温度まで加熱して可塑化させるのでは、樹脂温度が熱分解発生下限温度以上の温度まで上昇してしまい、短時間で冷却されないため熱分解を起こしてしまう恐れがある。このように熱分解が生じて成形された成形品には黄変，においおよび強度低下等が生じるという問題点がある。一方、前記熱可塑性樹脂を熱分解を抑えた成形温度に加熱するのでは、成形品に未溶融部分が混入して歪みが残り透明性を維持することができないという問題点がある。
なお、関連する技術として挙げたものは、剪断発熱を利用する点を開示するのみで、前述のような問題点を解消するための手段について開示するものではない。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、未溶融を防止して歪みの発生を排除し、かつ熱分解を防止して透明性の高い成形品を得ることのできる射出成形方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明による射出成形方法は、前記目的を達成するために、
未溶融発生限界温度と熱分解発生下限温度との間の温度範囲が当該射出成形における温度制御可能範囲よりも狭い特性を有する熱可塑性エラストマーを用いる射出成形方法であって、
前記熱可塑性エラストマーを射出する際に樹脂通路において樹脂の剪断速度を制御することにより、樹脂温度をその樹脂の熱分解発生下限温度以上の温度まで瞬時に上昇させることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、成形される熱可塑性エラストマーの温度を剪断発熱を利用して、瞬時にその熱可塑性エラストマーの熱分解発生下限温度以上の温度まで上昇させるため、可塑化の段階で樹脂温度を極端に上げずに成形することができる。このように、剪断発熱を利用し瞬時に熱分解発生下限温度以上の温度まで加熱することにより金型内に充填される熱可塑性エラストマーの粘度を下げることができ、成形された熱可塑性エラストマーを歪みのないものとすることができる。また、熱分解発生下限温度以上にまで上昇しても熱可塑性エラストマーは金型に射出されると圧力が開放され、かつ金型に接することで冷却がすぐに始まることから熱分解には至らない。したがって、黄変，においおよび強度低下が生じず、透明で歪みのない成形品を得ることができる。
【０００８】
一般に、熱可塑性樹脂を成形するのに最適な温度範囲は前記未溶融発生限界温度と熱分解発生下限温度との間であるが、熱可塑性樹脂のなかには最適な成形温度範囲が温度制御可能範囲よりも狭い樹脂が存在する。このような樹脂を成形する場合、前述のように未溶融発生限界温度以上の温度までゆっくりと加熱させると常に熱分解発生下限温度より上昇し熱分解を起こしてしまう。本発明では、前記樹脂を成形する際に、剪断発熱を利用することにより熱分解発生下限温度以上にまで加熱してもその加熱が瞬時になされるので熱分解が生じることがなく、黄変やにおいがなく透明で歪みのない成形品を得ることができる。このように成形された熱可塑性エラストマーは、高い透明性を有しているため、２枚の透明硝子の間に成形一体化された安全硝子や模様入りの硝子等に使用して好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による熱可塑性樹脂射出成形方法の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１に、本発明の一実施例に係る射出成形機の要部概略図が示されている。
【００１１】
この射出成形機１は、射出ユニット４を具え、この射出ユニット４のノズル部２に接続される金型３とを具えている。この射出ユニット４のシリンダ５は、例えば２２０℃の設定温度に加熱されている。このシリンダ５の上部には、熱可塑性樹脂（本実施例では熱可塑性エラストマー）をそのシリンダ５内に供給するための材料ホッパ６が配設され、またそのシリンダ５にはノズル部２に穿設される溶融樹脂供給流路７を介して金型３の目的とする成形品容積に相応するキャビティ８内に樹脂を溶融，可塑化し溶融樹脂を射出充填するためのスクリュー９が内装されている。また、射出ユニット４のノズル部２にはＤＦＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ）バルブ１０が設けられている。このＤＦＣバルブ（ノズルバルブ）１０は孔の開いた軸状のロータリーバルブであり、このバルブ開度を調整するためのレバー１０ａおよびロッド１０ｂを介してノズルバルブ駆動機構１０ｃに連結されている。前記ＤＦＣバルブ１０の開度は、ノズルバルブ駆動機構１０ｃに供給する電流を制御してレバー１０ａの回動を調整し、バルブ開度を変更させてノズル開口面積が制御されることによって調整される。また、射出速度は図示されないコントローラにより制御され、この射出速度の値により前記ノズルバルブ駆動機構１０ｃを用いてバルブ開度を制御することによって、溶融樹脂がＤＦＣバルブ１０を通過する際に発生する剪断発熱を利用することができる。
【００１２】
前記金型３はノズル部２に接合している固定金型１１とキャビティ８を形成する可動金型１２とにより構成され、この可動金型１２の進退によりキャビティ８のキャビティ容積が拡縮される。
【００１３】
本実施例では、このように構成された射出成形機１を用いて熱可塑性エラストマーの一例である熱可塑性ポリウレタンが成形される。図２には、前記射出成形機１の概略図が示されるとともに、その各部での樹脂温度が示されている。材料ホッパ６から供給された熱可塑性ポリウレタンは２２０℃に設定されているシリンダ５内を通過し、流路７に運ばれる。この流路７の径はシリンダ５の径に比べて細くなっているので、前記流路７内の圧力は高くなり前記ポリウレタンの温度が上昇する。この流路７の途中に設けられているＤＦＣバルブ１０の剪断発熱により、前記ポリウレタンの温度は瞬時に熱分解発生下限温度１４以上に上昇して粘度の低い状態で前記キャビティ８内に射出充填される。前記ポリウレタンは、このキャビティ８内に射出充填されることにより圧力が開放され、かつ金型３に接することで冷却がすぐに始まる。このようにキャビティ８内に射出充填された熱可塑性ポリウレタンは冷却固化されて目的の成形品を得ることができる。
【００１４】
前記ＤＦＣバルブ１０の調整モードとしては、図３に示されるように射出速度０〜１００％に対してＤＦＣバルブ１０の開度を５０〜１００％に調整するＬモードと射出速度０〜１００％に対してＤＦＣバルブ開度を０〜２９％に調整するＵＨモードとがある。ただし、射出速度は最大油圧力を１００％としたときの油圧力の比で表している。
【００１５】
本実施例では、シリンダ設定温度としてホッパ下の温度を２００℃，通路７の温度を２２０℃にそれぞれ設定し、ＤＦＣバルブ開度をＵＨモードに設定して硬度９０Ａの熱可塑性ポリウレタンを成形した。この成形における評価結果を表１に示す。また、比較例１乃至５はシリンダ設定温度およびＤＦＣバルブ開度の設定条件を変えて実施例と同装置を用いて同様の方法で成形されたものである。
【００１６】
【表１】

【００１７】
この評価結果からもわかるように、本実施例において成形された成形品は歪みや黄変がなく、かつ透明性に優れている。本実施例によれば、金型３のキャビティ８内に射出充填される熱可塑性ポリウレタンはＵＨモードに設定されているＤＦＣバルブ１０により、その温度がシリンダ設定温度より瞬時に上昇するため、未溶融が残らず歪みのない成形品が得られる。さらに、前記キャビティ８内に射出されると圧力が開放され、かつ金型３に接するため冷却がすぐに始まることから熱分解には至らない。したがって、歪みや黄変がなく透明性に優れた成形品を得ることができる。
【００１８】
一方、比較例１，２の成形品ではシリンダの設定温度により歪みまたは黄変が発生している。しかしながら、ＤＦＣバルブ１０は任意に調整できるため、比較例１，２において前記ＤＦＣバルブ１０を絞るまたは開放することにより、透明性の優れた成形品を得ることも可能である。また、比較例３，４，５においては、ＤＦＣバルブ１０がＬモードであるため剪断発熱をあまり得ることができないため、未溶融が残り歪みが生じている。したがって、透明性に優れた成形品を得ることができない。
【００１９】
次に、シリンダ設定温度としてホッパ下の温度を２００℃，通路の温度を２２０℃にそれぞれ設定し、ＤＦＣバルブがＬモード，ＵＨモードにそれぞれ設定されている流路を通過させた熱可塑性ポリウレタンが金型に流入する前の温度測定結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】

【００２１】
この結果からもわかるように熱可塑性ポリウレタンが金型に流入する前の測定温度はＬモードではほぼシリンダ温度と変わらないのに対して、ＵＨモードでは剪断発熱が生起されて約２０℃程度の温度上昇がみられる。
【００２２】
本実施例においては、ＤＦＣバルブを用いて熱可塑性樹脂に剪断発熱を生起させているが、これに限定されるものではなく流路抵抗値の大きさを変更可能なバルブであれば他のバルブを用いることもできる。また、バルブを設ける位置は流路に限られずに金型内に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る射出成形機の要部概略図である。
【図２】図２は、本実施例の射出成形機の概略図とともに、その各部での樹脂の温度グラフである。
【図３】図３は、本実施例のＤＦＣバルブモードを示す射出速度とＤＦＣ開度の関係図である。
【符号の説明】
１ 射出成形機
２ ノズル部
３ 金型
４ 射出ユニット
５ シリンダ
７ 流路
８ キャビティ
１０ ＤＦＣバルブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an injection molding method suitable for application to a molded product in which transparency is particularly important.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an injection molding method is generally used as a molding method for obtaining a required molded product using a thermoplastic resin. An injection molding machine used for this molding is composed of an injection mechanism that melts and injects a thermoplastic resin and a mold that molds the injected thermoplastic resin. In the injection molding method using this injection molding machine, a thermoplastic resin is introduced into a heating cylinder from a hopper provided in the upper part of the injection mechanism, moved forward while being plasticized by a screw or the like, and injected into a mold. The molded product is obtained by cooling and solidifying.
[0003]
As a technique related to the present application, there is known a method in which a resin material is thermally decomposed by shearing heat generation due to flow path resistance when a molding material is injected and filled into a mold.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, for example, when molding a composite molded product in which transparency is important, such as an automobile windshield, using a thermoplastic elastomer, the thermoplastic resin easily flows in a heating cylinder as in a conventional injection molding method. When plasticizing by heating to the molding temperature, the resin temperature rises to a temperature equal to or higher than the thermal decomposition occurrence lower limit temperature, and may not be cooled in a short time, which may cause thermal decomposition. As described above, the molded product formed by thermal decomposition has a problem that yellowing, odor, strength reduction and the like occur. On the other hand, if the thermoplastic resin is heated to a molding temperature that suppresses thermal decomposition, there is a problem in that unmelted portions are mixed into the molded product, distortion remains, and transparency cannot be maintained.
In addition, what was mentioned as a related technique only discloses the point using shearing heat_generation | fever, and does not disclose the means for eliminating the above problems.
[0005]
The present invention has been made to solve such problems, and can prevent unmelting and eliminate the occurrence of distortion, and can prevent thermal decomposition and obtain a highly transparent molded product. The object is to provide an injection molding method.
[0006]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to achieve the above object, the injection molding method according to the present invention provides:
An injection molding method using a thermoplastic elastomer having a characteristic that the temperature range between the unmelted generation limit temperature and the thermal decomposition generation lower limit temperature is narrower than the temperature controllable range in the injection molding,
When the thermoplastic elastomer is injected, the resin temperature is instantaneously increased to a temperature equal to or higher than the lower limit temperature of thermal decomposition of the resin by controlling the shear rate of the resin in the resin passage.
[0007]
In the present invention, the temperature of the thermoplastic elastomer to be molded is instantaneously increased to a temperature equal to or higher than the lower limit temperature of thermal decomposition of the thermoplastic elastomer by utilizing shearing heat generation. It can be molded without raising it. In this way, by using shearing heat generation, the viscosity of the thermoplastic elastomer filled in the mold can be lowered by heating to a temperature equal to or higher than the lower limit of thermal decomposition occurrence, and the molded thermoplastic elastomer is distorted. Can be without. In addition, even if the temperature rises above the lower limit of thermal decomposition, the pressure is released when the thermoplastic elastomer is injected into the mold, and cooling starts immediately after coming into contact with the mold, so thermal decomposition does not occur. . Therefore, it is possible to obtain a molded product that is transparent and free from distortion without yellowing, odor, and strength reduction.
[0008]
In general, the optimum temperature range for molding thermoplastic resin is a between the unmelted occurrence limit temperature and cracking occurred minimum temperature optimum molding temperature range Some thermoplastic resin temperature-controllable There are resins that are narrower than the range. When such a resin is molded, if it is slowly heated to a temperature equal to or higher than the unmelted generation limit temperature as described above, the temperature always rises above the lower limit of thermal decomposition generation and causes thermal decomposition. In the present invention, when the resin is molded, even if it is heated to a temperature lower than the thermal decomposition occurrence lower limit temperature by utilizing shearing heat generation, the heating is instantaneously performed so that the thermal decomposition does not occur. It is possible to obtain a molded product that is transparent and free from distortion. Since the thermoplastic elastomer molded in this way has high transparency, it is suitable for use in safety glass molded with two transparent glasses, patterned glass, or the like.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, specific embodiments of the thermoplastic resin injection molding method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a main part of an injection molding machine according to an embodiment of the present invention.
[0011]
The injection molding machine 1 includes an injection unit 4 and a mold 3 connected to the nozzle portion 2 of the injection unit 4. The cylinder 5 of the injection unit 4 is heated to a set temperature of 220 ° C., for example. A material hopper 6 for supplying a thermoplastic resin (in this embodiment, a thermoplastic elastomer) into the cylinder 5 is disposed at the upper portion of the cylinder 5, and the nozzle portion 2 is formed in the cylinder 5. A screw 9 for melting, plasticizing, and injecting and filling the molten resin into the cavity 8 corresponding to the target volume of the molded product of the mold 3 is provided through the molten resin supply flow path 7. The nozzle unit 2 of the injection unit 4 is provided with a DFC (Direct Flow Control) valve 10. The DFC valve (nozzle valve) 10 is a shaft-like rotary valve with a hole, and is connected to a nozzle valve drive mechanism 10c via a lever 10a and a rod 10b for adjusting the valve opening degree. The opening degree of the DFC valve 10 is adjusted by controlling the current supplied to the nozzle valve driving mechanism 10c to adjust the rotation of the lever 10a, and changing the valve opening degree to control the nozzle opening area. . Further, the injection speed is controlled by a controller (not shown), and by controlling the valve opening using the nozzle valve drive mechanism 10c based on the value of the injection speed, the shear generated when the molten resin passes through the DFC valve 10 Exotherm can be used.
[0012]
The mold 3 is composed of a fixed mold 11 joined to the nozzle portion 2 and a movable mold 12 forming a cavity 8, and the cavity volume of the cavity 8 is expanded and contracted by the movement of the movable mold 12.
[0013]
In the present embodiment, a thermoplastic polyurethane, which is an example of a thermoplastic elastomer, is molded using the injection molding machine 1 configured as described above. FIG. 2 shows a schematic view of the injection molding machine 1 and shows resin temperatures at each part. The thermoplastic polyurethane supplied from the material hopper 6 passes through the cylinder 5 set at 220 ° C. and is carried to the flow path 7. Since the diameter of the flow path 7 is smaller than the diameter of the cylinder 5, the pressure in the flow path 7 increases and the temperature of the polyurethane rises. Due to the shear heat generation of the DFC valve 10 provided in the middle of the flow path 7, the temperature of the polyurethane instantaneously rises to the thermal decomposition occurrence lower limit temperature 14 or more and is injected and filled into the cavity 8 in a state of low viscosity. The The polyurethane is injected and filled into the cavity 8 to release the pressure, and when it comes into contact with the mold 3, cooling immediately starts. Thus, the thermoplastic polyurethane injected and filled into the cavity 8 can be cooled and solidified to obtain a desired molded product.
[0014]
The adjustment mode of the DFC valve 10 includes an L mode for adjusting the opening of the DFC valve 10 to 50 to 100% with respect to the injection speed 0 to 100% and an injection speed of 0 to 100% as shown in FIG. On the other hand, there is a UH mode in which the DFC valve opening is adjusted to 0 to 29%. However, the injection speed is expressed as a ratio of oil pressure when the maximum oil pressure is 100%.
[0015]
In this example, the temperature under the hopper was set to 200 ° C., the temperature of the passage 7 was set to 220 ° C. as the cylinder set temperature, the DFC valve opening was set to the UH mode, and a thermoplastic polyurethane having a hardness of 90 A was molded. The evaluation results in this molding are shown in Table 1. Further, Comparative Examples 1 to 5 were formed by the same method using the same apparatus as in the Example, while changing the setting conditions of the cylinder set temperature and the DFC valve opening.
[0016]
[Table 1]

[0017]
As can be seen from the evaluation results, the molded product molded in this example has no distortion or yellowing and is excellent in transparency. According to the present embodiment, the thermoplastic polyurethane injected and filled in the cavity 8 of the mold 3 is instantaneously raised from the cylinder set temperature by the DFC valve 10 set in the UH mode, so that it is not melted. A molded product with no distortion is obtained. Further, when injected into the cavity 8, the pressure is released, and since it contacts the mold 3, cooling starts immediately, so that thermal decomposition does not occur. Therefore, it is possible to obtain a molded article having no distortion and yellowing and excellent in transparency.
[0018]
On the other hand, in the molded products of Comparative Examples 1 and 2, distortion or yellowing occurs due to the set temperature of the cylinder. However, since the DFC valve 10 can be arbitrarily adjusted, it is possible to obtain a molded article having excellent transparency by narrowing or opening the DFC valve 10 in Comparative Examples 1 and 2. In Comparative Examples 3, 4, and 5, since the DFC valve 10 is in the L mode, shear heat generation cannot be obtained so much, unmelted residual distortion occurs. Therefore, a molded product having excellent transparency cannot be obtained.
[0019]
Next, a thermoplastic polyurethane having a cylinder set temperature set to 200 ° C. under the hopper and a passage temperature set to 220 ° C., and the DFC valve is set to pass through the L mode and UH mode respectively. Table 2 shows the temperature measurement results before flowing into the mold.
[0020]
[Table 2]

[0021]
As can be seen from this result, the measured temperature before the thermoplastic polyurethane flows into the mold is almost the same as the cylinder temperature in the L mode, whereas in the UH mode, shear heat is generated and the temperature is about 20 ° C. There is an increase.
[0022]
In this embodiment, shear heat generation is caused in the thermoplastic resin by using the DFC valve. However, the present invention is not limited to this, and any other valve can be used as long as the flow resistance value can be changed. Can also be used. The position where the valve is provided is not limited to the flow path, and may be provided in the mold.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a main part of an injection molding machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an injection molding machine according to the present embodiment, and is a temperature graph of resin at each part thereof.
FIG. 3 is a relationship diagram between an injection speed and a DFC opening degree showing a DFC valve mode of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Injection molding machine 2 Nozzle part 3 Mold 4 Injection unit 5 Cylinder 7 Flow path 8 Cavity 10 DFC valve

Claims (2)

未溶融発生限界温度と熱分解発生下限温度との間の温度範囲が当該射出成形における温度制御可能範囲よりも狭い特性を有する熱可塑性エラストマーを用いる射出成形方法であって、
前記熱可塑性エラストマーを射出する際に樹脂通路において樹脂の剪断速度を制御することにより、樹脂温度をその樹脂の熱分解発生下限温度以上の温度まで瞬時に上昇させることを特徴とする射出成形方法。An injection molding method using a thermoplastic elastomer having a characteristic that the temperature range between the unmelted generation limit temperature and the thermal decomposition generation lower limit temperature is narrower than the temperature controllable range in the injection molding,
An injection molding method, wherein the resin temperature is instantaneously increased to a temperature equal to or higher than the lower limit temperature of thermal decomposition of the resin by controlling the shear rate of the resin in the resin passage when injecting the thermoplastic elastomer . 前記熱可塑性エラストマーが熱可塑性ポリウレタンである請求項１に記載の射出成形方法。The injection molding method according to claim 1, wherein the thermoplastic elastomer is a thermoplastic polyurethane .

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