JP4529250B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、強化繊維で強化され、内部に空隙が形成された繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、軽量、かつ高剛性を有する成形体としてよく知られており、その製造方法としても、溶融状の長繊維含有熱可塑性樹脂を射出により閉じた金型内に充填し、充填完了と同時または完了直前に金型を所定量開いて、長繊維のスプリングバックにより内部を発泡させる方法（特開平１０−２９６７７２号公報）、長さ２〜１００ｍｍの補強用繊維を含有する溶融状熱可塑性樹脂を、進退可能な金型内に射出するとともに、該溶融状熱可塑性樹脂内部にガスを注入しつつ成形品容積まで移動型を後退させて、補強用繊維のスプリングバックにより膨張させる方法（特開平１０−３０５４６２号公報）などが知られている。
【０００３】
しかし、前者の方法においては、溶融状の長繊維含有熱可塑性樹脂がスプリングバック力により発泡する際、成形体を金型成形面に押し付ける力が弱いために金型転写性に劣っていたり、発泡がスプリングバック力のみによるため高発泡倍率の製品が得られにくいという問題があり、また、後者の方法においては、注入するガス圧により成形体の金型転写性は改善されるが、高圧ガスを注入する装置を必要としたり、スキン層を厚くしてガス漏れを防ぐ必要があるため、軽量化が困難であるなどの問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本発明者は軽量性および金型転写性に優れた高強度の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法について検討を行った結果、本発明に至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、平均繊維長が１ｍｍ以上に保持された強化繊維を含む溶融状熱可塑性樹脂を雌雄両金型間に供給し、該溶融状熱可塑性樹脂を金型キャビティ内に充填した後、金型の一部もしくは全部を成形体の厚み方向に開き、キャビティクリアランスを最終成形体厚みに保持しつつ成形体を冷却する工程からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法において、金型キャビティが大気と連通可能な金型を使用し、（ａ）金型キャビティ内に充填された溶融状熱可塑性樹脂表面に固化層を形成させたのち、（ｂ）表面固化層の少なくとも一部を破壊しつつまたは破壊後、該破壊部より大気を導入しつつ、金型の一部または全部を最終成形体の厚みになるように成形体の厚み方向に開放して内部の未固化の溶融状熱可塑性樹脂を膨張させることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について説明する。
尚、以下の説明は本発明の一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００７】
【実施例】
本発明の目的とする繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体は、図１に成形体の厚み方向における断面で示すように、空隙を殆ど有しないスキン層（表面固化層）（１）と空隙を有する膨張層（２）とからなり（図１ａ）、また、必要に応じてスキン層の表面に表皮材（１６）が積層された構造からなっている（図１ｂ）。
【０００８】
膨張層（２）においては、強化繊維同士が複雑に絡み合い、その接点付近で熱可塑性樹脂で強固に固定された梁構造となっていることが、軽量性と優れた強度を得るうえで重要であり、このような強化繊維同士を複雑に絡ませるには、成形体中の強化繊維の平均長が１ｍｍ以上であることが必要であって、それが１ｍｍに満たない場合には満足すべき性能が得られない。
【０００９】
このような観点から、本発明の方法においては、平均繊維長が１ｍｍ以上に保持された強化繊維を含む溶融状熱可塑性樹脂を金型キャビティ内に供給することが必要である。
ここで、平均繊維長は、一般的な指標である重量平均繊維長が用いられる。
尚、本発明の方法においては、前記したように成形体中の強化繊維の平均長が１ｍｍ以上であることが必要であるところから、上記の金型キャビティ内に供給する平均繊維長が１ｍｍ以上に保持された強化繊維とは、得られた成形体中に存在する強化繊維の平均繊維長が１ｍｍ以上となるような長さの強化繊維を意味し、この強化繊維の平均繊維長の意味は以下においても同様である。
【００１０】
かかる平均繊維長が１ｍｍ以上に保持された強化繊維を含む溶融状熱可塑性樹脂を金型キャビティ内へ供給する方法としては、平均繊維長が３ｍｍ以上の強化繊維と粒状やペレット状の熱可塑性樹脂を、例えばインライン式のスクリューを持った射出機内で溶融混練させて得られる溶融樹脂をキャビティ内に供給する方法や、予め形成された平均繊維長が３ｍｍ以上の強化繊維を含む熱可塑性樹脂材料、例えば長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを溶融混練してなる溶融樹脂をキャビティ内に供給する方法などが挙げられる。
【００１１】
後者の方法において、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットとしては、例えばガラスロービングに溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、冷却、固化させた後適当な長さ、例えば３〜２５ｍｍ程度に切断してペレットとしたものが好適に用いられる。このような長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットはそれ単独で用いてもよいし、強化繊維含有量調整のために長繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂からなる樹脂ペレットと混合して用いてもよく、場合によっては他の熱可塑性樹脂ペレットと混合して用いてもよい。
【００１２】
適用される強化繊維としてはガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維などの従来より知られている各種の強化繊維が挙げられるが、ガラス繊維が最も一般的なものとして多く使用される。
【００１３】
また、適用される熱可塑性樹脂としては、押出し成形、射出成形、プレス成形等に用いられる樹脂であればいずれも適用可能であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン・ブタジエン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの一般的な熱可塑性樹脂、これらの混合物あるいはこれらの熱可塑性樹脂を用いたポリマーアロイなどが挙げられ、本発明でいう熱可塑性樹脂とはこれらを全て包含するものである。
このような熱可塑性樹脂は、必要に応じてタルク等の充填剤を含んでいてもよく、また、通常使用される各種添加剤、例えば、顔料、滑剤、帯電防止剤、安定剤などが適宜配合されていてもよい。
【００１４】
このような強化繊維と熱可塑性樹脂において、強化繊維はマトリックスである熱可塑性樹脂との密着性に優れる程マトリックス樹脂を介しての繊維同士の結合が強固になり、膨張成形体の強度も向上するため、例えば、マトリックス樹脂がポリプロピレン系樹脂であり、強化繊維がガラス繊維である組み合わせのような場合には、ガラス繊維に表面処理を行ったり、ポリプロピレン系樹脂に変性剤を配合して、その密着性を向上させることは有効である。
【００１５】
強化繊維の含有量は、目的とする膨張成形体の膨張度、所望の性質などによっても変わるが、一般的には１０〜８０重量％程度である。
【００１６】
以下、図に基づいて本発明の製造方法を説明する。
図２は、本発明の方法で使用する金型例の概略をその断面図で示したものであって、雄型（７）と雌型（６）の雌雄一対からなり、両金型は通常そのいずれか一方がプレス装置に接続されて可動し、他方は固定されて縦方向または横方向に開閉可能となっている。（図では、雄型が固定され、雌型が可動して上下方向に開閉可能になっている。）
【００１７】
金型キャビティ内への強化繊維を含有する溶融状熱可塑性樹脂（以下、単に溶融樹脂ということもある）の供給方法は任意であるが、一般的には、金型内に設けた樹脂供給路（９）を介して樹脂供給装置（８）と結ばれている樹脂供給口（１０）を雌雄いずれかまたは両方の金型の成形面に設け（図においては雄型の成形面に設けている）、該樹脂供給口からキャビティ内に溶融樹脂を供給する方法が好ましい。
この場合、樹脂供給口近傍の樹脂供給路に任意に制御可能な開閉弁を設け、射出機などの樹脂供給装置に貯えられた溶融樹脂の供給、停止が任意に制御できるようになっていてもよい。
【００１８】
また、雌雄いずれか一方あるいは両方の金型の成形面には、キャビティ内に開口する吸引口（１１）を設け、この吸引口より真空吸引して膨張成形体が金型面に吸着されるようになっていてもよく、かかる吸引は好ましい実施態様である。
【００１９】
吸引口（１１）は、吸引路を介して真空ポンプのような吸引装置（図示せず）に接続されており、この吸引路には任意に吸引、停止を制御し得る開閉弁が設けられていてもよく、また、必要に応じて吸引力を調整するための制御機構が設けられていてもよい。
【００２０】
かかる吸引口（１１）は、金型の成形面に開口し、かつ溶融樹脂が入り込まないように非常に微細な孔が設けられていてもよいし、一般に割線と呼ばれる金型を構成する部材同士の合わせ目の隙間であってもよく、また金型が部分的あるいは略全体的に通気性を有するポーラス状金属で構成されていてもよい。
【００２１】
さらには、雌雄いずれか一方あるいは両方の金型に、キャビティ内とキャビティ外（大気）とを連通する部分が設けられ、この部分よりキャビティ内に大気が導入される構造となっていてもよい。
かかる連通部は金型成形面に設けた開口穴（１８）であってもよいし、開口穴を有するピン状物であってもよく、また、金型キャビティの外周部分を連通部として利用することもできる。
【００２２】
例えば、開口穴（１８）を金型の成形面に設ける場合に、開口穴（１８）は金型に設けた大気路（１９）を介して大気に開放されている。この開口穴には任意に開放、閉鎖を制御し得る開口穴開閉弁（１７）が設けられていてもよく、また、必要に応じてその開口面積を調整するための制御機構が設けられていてもよい。開口穴を有するピン状物（２０）を用いる場合には、その開口穴は大気路を通じて大気に開放されており、該ピン状物はピン状物金型の成形面に対して進退可能なようにエアーシリンダーなどの駆動装置（２１）に接続されている。（図１４）
【００２３】
金型キャビティの外周部を利用する態様では、最終成形体厚みまでキャビティクリアランスを開放した状態で（図１２）、雌雄両金型の摺動面（２２）の噛み合いが無くなるように、両金型の摺動面の長さを短くし、噛み合いの無くなったところでキャビティを大気を連通させることができる。
この場合、両金型の摺動面間の隙間は０．０５〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２４】
使用する金型が、摺動面を有さない突き当て式の金型の場合、金型を僅かに開放することにより、突き当て状態にあった両金型間に隙間が生じ、この隙間からキャビティ内に大気を導入することができる。（図１３）
【００２５】
このような金型を用い、雌雄両金型間に溶融樹脂（１２）を充填する。
供給する溶融樹脂の温度は使用する熱の種類や成形条件、あるいは表皮材を使用する場合には用いる表皮材の種類などによっても変わり、適宜最適の温度が設定される。例えば、ポリプロピレン系樹脂をマトリックスとするガラス繊維強化樹脂を用いる場合には、１７０〜３００℃程度、好ましくは２００〜２８０℃程度である。
【００２６】
溶融樹脂（１２）の金型キャビティ内への充填は射出充填法であってもよいし、雌雄両金型の型締めによる方法であってもよく、所望とする製品形態により適宜選択される。
【００２７】
前者の射出充填による方法としては、膨張前の成形体厚みより小さいキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で、溶融樹脂の供給を開始し（図３）、溶融樹脂の供給を行ないつつ金型を開き、溶融樹脂の供給が完了すると同時にキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みと一致するようにキャビティ内に充填する（図４）方法や、膨張前の成形体厚みと同じキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で溶融樹脂を供給してキャビティ内に供給、充填する方法が例示される。
【００２８】
後者の両金型の型締めによる方法としては、雌雄両金型のキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みよりも大きい状態で両金型間に溶融樹脂の供給を開始し、溶融樹脂を供給しながらまたは供給完了後に膨張前の成形体厚みになるまで型締めして溶融樹脂を金型キャビティ内に充填する方法が例示される。
【００２９】
前者の射出充填法による場合であって、キャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みより小さくなるように両金型を位置させた状態で、溶融樹脂の供給を開始する場合において、供給開始時のキャビティクリアランスはそのときのキャビティ容積が所要量の溶融樹脂の膨張前の容積に対して通常５容量％以上、１００容量％未満、望ましくは３０容量％以上、７０容量％以下となる範囲である。
【００３０】
このような状態で溶融樹脂の供給を開始すると、溶融樹脂の供給が進むにつれて可動型の金型が後退してキャビティクリアランスが拡大され、所要量の溶融樹脂の供給が完了した時点で、供給した溶融樹脂の容積とキャビティ容積が略等しくなり、キャビティ内に溶融樹脂が充填される。
【００３１】
このとき、キャビティクリアランスの拡大は、金型に取り付けたプレス装置などによって機械的に金型を後退させて制御してもよいし、供給する溶融樹脂の供給圧力を利用して拡大してもよいが、この際に樹脂にかかる圧力が１〜５０ＭＰａ程度となるように制御することが望ましい。
また、キャビティクリアランスの拡大過程では、キャビティ容積が供給された溶融樹脂の容量よりも大きくならないように注意する必要があるが、瞬間的ないしは極めて短時間であれば、金型キャビティ容積が供給された溶融樹脂の容積より大きくなっても特に問題とはならない。
【００３２】
また、射出充填による場合において、膨張前の成形体厚みと同じキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で溶融樹脂を供給して金型キャビティ内に溶融樹脂を充填する方法では、通常の射出成形法におけると同様に、溶融樹脂の供給開始から供給完了まで金型のキャビティクリアランスを膨張前の成形体厚みと同じになるように保持しておけばよい。
【００３３】
両金型の型締め動作により溶融樹脂をキャビティ内に充填する場合には、キャビティクリアランスが膨張前の成形体厚み以上になるように両金型が開放された金型キャビティ内に所要量の溶融樹脂を供給し、供給完了後または供給完了と同時にキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みと同じになるように型締めして充填する方法や、溶融樹脂の供給中に型締めを開始し、溶融樹脂の供給と型締めを平行して行ないつつ溶融樹脂の供給完了と同時または供給完了後にキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みと同じになるようにする方法が挙げられる。尚、図７、図８はかかる型締めによる方法を、表皮材（１６）を貼合する場合の例で示してあり、表皮材を貼合しない場合には、表皮材を予め金型間に供給することなく、上記と同様に、開放された雌雄両金型間に溶融樹脂の供給を開始すればよい。
【００３４】
このような方法のうち、射出充填による場合であって、膨張前の成形体厚みより小さいキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で溶融樹脂の供給を開始する場合において、溶融樹脂の供給時におけるキャビティクリアランスを狭くするほど表面外観の優れた成形体を得ることができるが、狭すぎると溶融樹脂中の強化繊維の破損が大きくなる傾向にあるため、そのキャビティクリアランスは成形体の厚みや大きさ、形状などによって適宜決定される。
【００３５】
一方、両金型の型締めにより充填する方法では、供給される溶融樹脂にかかる圧力が低くなるため、溶融樹脂中の強化繊維の破損を最小限に抑えることができ、膨張性の低下や強度低下を防止することができる。
【００３６】
このようなことから、一般には膨張成形体の外観を重視する場合には射出充填による方法が、膨張性や強度を重視する場合には型締めにより充填する方法が有利である。
【００３７】
このような方法により金型キャビティ内に充填された溶融樹脂は、殆ど空隙が存在しないか、場合によって極僅かの空隙を有する程度の状態となっている。
かかる状態で溶融樹脂表面にスキン層（１）を形成せしめるが、一般に金型温度は溶融樹脂よりも低い温度に設定されているため、適宜の冷却時間を設けることにより、溶融樹脂は金型成形面に接した表面部分より固化しはじめ、やがて空隙が殆どないスキン層が形成される。
【００３８】
このときの冷却時間はスキン層の形成に大きく影響し、冷却時間が長くなるほどスキン層が形成され易く、またスキン層が厚くなる。
一般に、スキン層が厚くなりすぎるとその後の金型開放に伴う膨張倍率が低下し、また、薄すぎると強度が低くなる傾向にあるため、スキン層をどの程度の厚みにするかは所望とする膨張成形体の膨張倍率や強度により適宜選択されるが、一般的にはスキン層の表裏両面合計の厚みが膨張成形体厚みの５〜２０％になる程度である。
【００３９】
そのため、冷却時間、すなわち溶融樹脂をキャビティ内に充填してから次工程の金型を開くまでの時間は、金型温度や供給された溶融樹脂の温度、樹脂の種類などの諸条件によっても異なるが、通常０．１〜２０秒程度である。
【００４０】
好ましくは、スキン層が形成される過程あるいは形成された後、金型に設けた吸引口（１１）より吸引を行い、溶融樹脂の表面に形成されたスキン層を金型成形面に吸着させる。
【００４１】
スキン層を金型成形面に吸着させた状態を保ちつつ、金型を成形体の厚み方向に開放すると、供給された溶融樹脂中の未固化状態にある部分が強化繊維の復元力により膨張し、空隙を形成しつつ膨張層が形成される。（図５）
ここで、スキン層を金型成形面に吸着させた状態を保ちつつ、金型を成形体の厚み方向に開放した場合には、吸着させない場合の復元力よりも大きな力で強化繊維を膨張させることができる。
【００４２】
このとき、キャビティ内を大気と連通させることにより、先に形成されたスキン層の内の大気と連通する部分が金型成形面と接しなくなり、次第にこの部分のスキン層（２３）が内部の未固化状態の溶融樹脂の温度により再び軟化される。
【００４３】
例えば、金型成形面に設けた大気と連通する開口穴（１８）を介してキャビティ内と大気を連通させる場合には、溶融樹脂表面にスキン層（１）が形成されるまでは開口穴を閉鎖状態にしておき、スキン層が形成された後に開口穴を開放するか、あるいは金型を成形体の厚み方向に開放し始めると同時に開口穴を開放する。
【００４４】
また、金型のキャビティ外周部でキャビティを大気と連通状態にさせる場合には、金型を僅かに開放することにより、両金型の摺動面（２２）の噛み合いが無くなり（図１２）、あるいは突き当てられていた両金型間に隙間が形成され、これらの部分においてキャビティ内と大気とが連通状態になる（図１３）。
【００４５】
開口穴を有するピン状物（２０）を用いる場合には、溶融樹脂表面にスキン層が形成されるまでは金型内にピン状物を後退させておき、スキン層が形成された後にスキン層に突き刺すようにピン状物を前進させることにより、強制的にスキン層を破壊することができる。（図１４）
【００４６】
金型の開放とともに、部分的に軟化状態になったスキン層（２３）が破壊され、この部分より未固化の溶融樹脂中に大気が取り込まれるようになる。（図５）
ピン状物を前進させて成形体内に突き刺す場合には、このピン状物に設けた開口穴を介して溶融樹脂中に大気が取り込まれる。
【００４７】
このように未固化の溶融樹脂中に大気を取り込みながら金型を開放することにより、溶融樹脂内部が負圧になり、強化繊維の復元力が阻害されるのを防止して、高倍率に膨張させることができる。（図５）
【００４８】
このようにして、金型の開き方向すなわち膨張体の厚み方向に向かって強化繊維が配向した梁構造を有する膨張成形体を得ることができる。
【００４９】
ここで、成形体の金型転写性を良好にするためには、キャビティ内に充填された溶融樹脂の少なくとも一面に形成されたスキン層を金型成形面に密着させた状態で金型を開放する必要がある。
【００５０】
このため、例えば、製品としての膨張成形体の一面が意匠面となる場合には、少なくとも意匠面となる側の金型成形面に吸引口を設け、該吸引口から真空吸引しながら金型を開放して、スキン層を金型成形面に吸着させた状態で金型を開放することが好ましい。
また、膨張成形体の両面が意匠面となる場合には、両方の金型の成形面に吸引口を設け、両面の吸引口から真空吸引しながら金型を開放して、成形体両面のスキン層を金型成形面に吸着させた状態で金型を開放することが好ましい。
金型の開放は、金型事体に設けた開放装置や金型に取り付けられたプレス装置などによって積極的に開放動作を制御することが好ましい。
【００５１】
金型成形面からの吸引開始の時期は、キャビティ内に充填された溶融樹脂の表面層にスキン層が形成された後に行なうのが一般的であるが、場合によっては、キャビティ内に溶融樹脂を充填する段階で吸引を開始してもよいし、スキン層を形成させるための冷却時間中に吸引を開始してもよい。
【００５２】
キャビティクリアランスが最終膨張成形体の厚みになると金型の開放動作を停止し、キャビティクリアランスをその厚みに保持しつつ成形体を冷却する。（図５）
吸引動作は冷却が完了するまで継続して行なうのが好ましい。
【００５３】
尚、場合によっては、前記の開放動作にあたってキャビティクリアランスを最終膨張成形体厚みよりも大きくなるように開放し、供給した溶融樹脂が完全に固化することなく、少なくとも厚み方向に対して中央部が未だ溶融状態にある間に最終の膨張成形体厚みになるまで型締めし、再圧縮することもできる。
この場合には、供給した溶融樹脂表面のスキン層と金型成形面との密着性をより良好にすることができ、金型形状をより忠実に再現することができる。
【００５４】
冷却が完了すれば、吸引動作を停止するとともに金型を完全に開放し、最終成形体である繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を金型より取り出す。（図６）
【００５５】
このような方法により繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を容易に製造することができるが、係る方法において、金型の一部が部分的に移動できるような金型構造とすることにより、部分的に膨張部を有する繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造することもできる。
【００５６】
このような部分的に膨張部を有する繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造する場合には、例えば、図９に示されるような金型の一部を移動式成形面構成部材例えばスライドコア（１４）方式とし、該スライドコアを油圧シリンダー（１５）等の成形面移動装置によって金型成形面の一部を金型とは独立して部分的に金型開閉方向に移動しうる金型を用いればよい。
【００５７】
この場合には、予め、スライドコア（１４）の成形面を金型成形面と一致させて金型キャビティを形成させ、先に述べたような方法により溶融樹脂を供給してキャビティ内に充填し、その後図１０〜図１１に示すように、スキン層を金型成形面に吸引させつつスライドコア（１４）を厚みを広げる方向に移動させて当該部分について膨張層を形成させ、冷却を行なうことによって、スライドコアを設けた部分について部分的に膨張部を有する繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を容易に製造することができる。
【００５８】
この場合、キャビティ内と大気との連通部スライドコアやスライドコアに対向する成形面に開口穴（１８）や開口穴を有するピン状物（２０）を設けることが好ましい。
【００５９】
また、このような繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体において、その表面の一部または全部に表皮材（１６）が貼合された表皮材一体の膨張成形体を所望の場合には、前記した方法において金型成形面の一部または全部を覆うように表皮材（１６）を予め成形面に配置しておき、前記方法に従って表皮材と金型の成形面との間に溶融樹脂を供給、充填し、その後、吸引および金型の開放を行なえばよい。このとき、使用する表皮材の種類によっては、未閉鎖の金型間に溶融樹脂の供給を開始し、型締めによりキャビティ内に充填する手法が好ましい場合がある。
（図７〜図８）
【００６０】
表皮材としては各種の熱可塑性樹脂もしくは熱可塑性エラストマーシートまたはフィルム、熱可塑性樹脂もしくは熱可塑性エラストマー発泡シート、不織布、ファブリック、あるいはこれらを組み合わせたものなど表皮材として一般的に使用されるものが使用される。
【００６１】
尚、表皮材を使用する場合には、表皮材を貼り合わせた面は溶融樹脂表面にスキン層が形成され難くなることもあるが、このような場合には、非通気性を有する表皮材を用い、溶融樹脂と密着した表皮材をスキン層と見做して金型成形面に吸着することもできる。
【００６２】
以上述べた方法において、用いる熱可塑性樹脂や強化繊維の種類あるいは強化繊維の充填率などによっては、形成されたスキン層が破壊されにくい場合もあるが、このような場合には原料の溶融樹脂中に予め発泡剤を僅かに混合しておくと、型内で発泡剤が分解したガスが成形体外へ吹き出す圧力により固化層が破壊され易くなって有効である。
かかる目的で使用する発泡剤量は、原料の強化繊維を含む熱可塑性樹脂中に占める樹脂分に対して０．０１〜５重量％程度の僅かな量で十分である。
【００６３】
また、金型成形面に設けたガス注入口や樹脂供給口を介して、圧縮ガスを溶融樹脂中に注入し、固化層の破壊を補助することもできる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、高い膨張倍率で、軽量性、強度、表面転写性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を容易に製造することができ、かくして得られた膨張成形体は軽量高強度の成形体として自動車、建材分野の内装材、外装材、あるいは構造部材として、また、家電製品その他の広い分野で幅広く使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の断面概略図であって、ａは表面に表皮材がない場合を、ｂは表皮材が貼合されている場合を示す。
【図２】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造のために使用する金型の概略断面図である。
【図３】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図４】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図５】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂軽量成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図６】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図７】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図８】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図９】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図１０】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図１１】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図１２】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図１３】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図１４】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【符号の説明】
１：スキン層
２：膨張層
６：雌型
７：雄型
８：樹脂供給装置
９：樹脂供給路
１０：樹脂供給口
１１：吸引口
１２：溶融樹脂
１４：スライドコア
１５：油圧シリンダー
１６：表皮材
１７：開口穴開閉弁
１８：開口穴
１９：大気路
２０：ピン状物
２１：駆動装置
２２：金型摺動面
２３：軟化したスキン層部
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、強化繊維で強化され、内部に空隙が形成された繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、軽量、かつ高剛性を有する成形体としてよく知られており、その製造方法としても、溶融状の長繊維含有熱可塑性樹脂を射出により閉じた金型内に充填し、充填完了と同時または完了直前に金型を所定量開いて、長繊維のスプリングバックにより内部を発泡させる方法（特開平１０−２９６７７２号公報）、長さ２〜１００ｍｍの補強用繊維を含有する溶融状熱可塑性樹脂を、進退可能な金型内に射出するとともに、該溶融状熱可塑性樹脂内部にガスを注入しつつ成形品容積まで移動型を後退させて、補強用繊維のスプリングバックにより膨張させる方法（特開平１０−３０５４６２号公報）などが知られている。
【０００３】
しかし、前者の方法においては、溶融状の長繊維含有熱可塑性樹脂がスプリングバック力により発泡する際、成形体を金型成形面に押し付ける力が弱いために金型転写性に劣っていたり、発泡がスプリングバック力のみによるため高発泡倍率の製品が得られにくいという問題があり、また、後者の方法においては、注入するガス圧により成形体の金型転写性は改善されるが、高圧ガスを注入する装置を必要としたり、スキン層を厚くしてガス漏れを防ぐ必要があるため、軽量化が困難であるなどの問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本発明者は軽量性および金型転写性に優れた高強度の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法について検討を行った結果、本発明に至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、平均繊維長が１ｍｍ以上に保持された強化繊維を含む溶融状熱可塑性樹脂を雌雄両金型間に供給し、該溶融状熱可塑性樹脂を金型キャビティ内に充填した後、金型の一部もしくは全部を成形体の厚み方向に開き、キャビティクリアランスを最終成形体厚みに保持しつつ成形体を冷却する工程からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法において、金型キャビティが大気と連通可能な金型を使用し、（ａ）金型キャビティ内に充填された溶融状熱可塑性樹脂表面に固化層を形成させたのち、（ｂ）表面固化層の少なくとも一部を破壊しつつまたは破壊後、該破壊部より大気を導入しつつ、金型の一部または全部を最終成形体の厚みになるように成形体の厚み方向に開放して内部の未固化の溶融状熱可塑性樹脂を膨張させることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について説明する。
尚、以下の説明は本発明の一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００７】
【実施例】
本発明の目的とする繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体は、図１に成形体の厚み方向における断面で示すように、空隙を殆ど有しないスキン層（表面固化層）（１）と空隙を有する膨張層（２）とからなり（図１ａ）、また、必要に応じてスキン層の表面に表皮材（１６）が積層された構造からなっている（図１ｂ）。
【０００８】
膨張層（２）においては、強化繊維同士が複雑に絡み合い、その接点付近で熱可塑性樹脂で強固に固定された梁構造となっていることが、軽量性と優れた強度を得るうえで重要であり、このような強化繊維同士を複雑に絡ませるには、成形体中の強化繊維の平均長が１ｍｍ以上であることが必要であって、それが１ｍｍに満たない場合には満足すべき性能が得られない。
【０００９】
このような観点から、本発明の方法においては、平均繊維長が１ｍｍ以上に保持された強化繊維を含む溶融状熱可塑性樹脂を金型キャビティ内に供給することが必要である。
ここで、平均繊維長は、一般的な指標である重量平均繊維長が用いられる。
尚、本発明の方法においては、前記したように成形体中の強化繊維の平均長が１ｍｍ以上であることが必要であるところから、上記の金型キャビティ内に供給する平均繊維長が１ｍｍ以上に保持された強化繊維とは、得られた成形体中に存在する強化繊維の平均繊維長が１ｍｍ以上となるような長さの強化繊維を意味し、この強化繊維の平均繊維長の意味は以下においても同様である。
【００１０】
かかる平均繊維長が１ｍｍ以上に保持された強化繊維を含む溶融状熱可塑性樹脂を金型キャビティ内へ供給する方法としては、平均繊維長が３ｍｍ以上の強化繊維と粒状やペレット状の熱可塑性樹脂を、例えばインライン式のスクリューを持った射出機内で溶融混練させて得られる溶融樹脂をキャビティ内に供給する方法や、予め形成された平均繊維長が３ｍｍ以上の強化繊維を含む熱可塑性樹脂材料、例えば長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを溶融混練してなる溶融樹脂をキャビティ内に供給する方法などが挙げられる。
【００１１】
後者の方法において、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットとしては、例えばガラスロービングに溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ、冷却、固化させた後適当な長さ、例えば３〜２５ｍｍ程度に切断してペレットとしたものが好適に用いられる。このような長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットはそれ単独で用いてもよいし、強化繊維含有量調整のために長繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂からなる樹脂ペレットと混合して用いてもよく、場合によっては他の熱可塑性樹脂ペレットと混合して用いてもよい。
【００１２】
適用される強化繊維としてはガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維などの従来より知られている各種の強化繊維が挙げられるが、ガラス繊維が最も一般的なものとして多く使用される。
【００１３】
また、適用される熱可塑性樹脂としては、押出し成形、射出成形、プレス成形等に用いられる樹脂であればいずれも適用可能であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン・ブタジエン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの一般的な熱可塑性樹脂、これらの混合物あるいはこれらの熱可塑性樹脂を用いたポリマーアロイなどが挙げられ、本発明でいう熱可塑性樹脂とはこれらを全て包含するものである。
このような熱可塑性樹脂は、必要に応じてタルク等の充填剤を含んでいてもよく、また、通常使用される各種添加剤、例えば、顔料、滑剤、帯電防止剤、安定剤などが適宜配合されていてもよい。
【００１４】
このような強化繊維と熱可塑性樹脂において、強化繊維はマトリックスである熱可塑性樹脂との密着性に優れる程マトリックス樹脂を介しての繊維同士の結合が強固になり、膨張成形体の強度も向上するため、例えば、マトリックス樹脂がポリプロピレン系樹脂であり、強化繊維がガラス繊維である組み合わせのような場合には、ガラス繊維に表面処理を行ったり、ポリプロピレン系樹脂に変性剤を配合して、その密着性を向上させることは有効である。
【００１５】
強化繊維の含有量は、目的とする膨張成形体の膨張度、所望の性質などによっても変わるが、一般的には１０〜８０重量％程度である。
【００１６】
以下、図に基づいて本発明の製造方法を説明する。
図２は、本発明の方法で使用する金型例の概略をその断面図で示したものであって、雄型（７）と雌型（６）の雌雄一対からなり、両金型は通常そのいずれか一方がプレス装置に接続されて可動し、他方は固定されて縦方向または横方向に開閉可能となっている。（図では、雄型が固定され、雌型が可動して上下方向に開閉可能になっている。）
【００１７】
金型キャビティ内への強化繊維を含有する溶融状熱可塑性樹脂（以下、単に溶融樹脂ということもある）の供給方法は任意であるが、一般的には、金型内に設けた樹脂供給路（９）を介して樹脂供給装置（８）と結ばれている樹脂供給口（１０）を雌雄いずれかまたは両方の金型の成形面に設け（図においては雄型の成形面に設けている）、該樹脂供給口からキャビティ内に溶融樹脂を供給する方法が好ましい。
この場合、樹脂供給口近傍の樹脂供給路に任意に制御可能な開閉弁を設け、射出機などの樹脂供給装置に貯えられた溶融樹脂の供給、停止が任意に制御できるようになっていてもよい。
【００１８】
また、雌雄いずれか一方あるいは両方の金型の成形面には、キャビティ内に開口する吸引口（１１）を設け、この吸引口より真空吸引して膨張成形体が金型面に吸着されるようになっていてもよく、かかる吸引は好ましい実施態様である。
【００１９】
吸引口（１１）は、吸引路を介して真空ポンプのような吸引装置（図示せず）に接続されており、この吸引路には任意に吸引、停止を制御し得る開閉弁が設けられていてもよく、また、必要に応じて吸引力を調整するための制御機構が設けられていてもよい。
【００２０】
かかる吸引口（１１）は、金型の成形面に開口し、かつ溶融樹脂が入り込まないように非常に微細な孔が設けられていてもよいし、一般に割線と呼ばれる金型を構成する部材同士の合わせ目の隙間であってもよく、また金型が部分的あるいは略全体的に通気性を有するポーラス状金属で構成されていてもよい。
【００２１】
さらには、雌雄いずれか一方あるいは両方の金型に、キャビティ内とキャビティ外（大気）とを連通する部分が設けられ、この部分よりキャビティ内に大気が導入される構造となっていてもよい。
かかる連通部は金型成形面に設けた開口穴（１８）であってもよいし、開口穴を有するピン状物であってもよく、また、金型キャビティの外周部分を連通部として利用することもできる。
【００２２】
例えば、開口穴（１８）を金型の成形面に設ける場合に、開口穴（１８）は金型に設けた大気路（１９）を介して大気に開放されている。この開口穴には任意に開放、閉鎖を制御し得る開口穴開閉弁（１７）が設けられていてもよく、また、必要に応じてその開口面積を調整するための制御機構が設けられていてもよい。開口穴を有するピン状物（２０）を用いる場合には、その開口穴は大気路を通じて大気に開放されており、該ピン状物はピン状物金型の成形面に対して進退可能なようにエアーシリンダーなどの駆動装置（２１）に接続されている。（図１４）
【００２３】
金型キャビティの外周部を利用する態様では、最終成形体厚みまでキャビティクリアランスを開放した状態で（図１２）、雌雄両金型の摺動面（２２）の噛み合いが無くなるように、両金型の摺動面の長さを短くし、噛み合いの無くなったところでキャビティを大気を連通させることができる。
この場合、両金型の摺動面間の隙間は０．０５〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２４】
使用する金型が、摺動面を有さない突き当て式の金型の場合、金型を僅かに開放することにより、突き当て状態にあった両金型間に隙間が生じ、この隙間からキャビティ内に大気を導入することができる。（図１３）
【００２５】
このような金型を用い、雌雄両金型間に溶融樹脂（１２）を充填する。
供給する溶融樹脂の温度は使用する熱の種類や成形条件、あるいは表皮材を使用する場合には用いる表皮材の種類などによっても変わり、適宜最適の温度が設定される。例えば、ポリプロピレン系樹脂をマトリックスとするガラス繊維強化樹脂を用いる場合には、１７０〜３００℃程度、好ましくは２００〜２８０℃程度である。
【００２６】
溶融樹脂（１２）の金型キャビティ内への充填は射出充填法であってもよいし、雌雄両金型の型締めによる方法であってもよく、所望とする製品形態により適宜選択される。
【００２７】
前者の射出充填による方法としては、膨張前の成形体厚みより小さいキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で、溶融樹脂の供給を開始し（図３）、溶融樹脂の供給を行ないつつ金型を開き、溶融樹脂の供給が完了すると同時にキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みと一致するようにキャビティ内に充填する（図４）方法や、膨張前の成形体厚みと同じキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で溶融樹脂を供給してキャビティ内に供給、充填する方法が例示される。
【００２８】
後者の両金型の型締めによる方法としては、雌雄両金型のキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みよりも大きい状態で両金型間に溶融樹脂の供給を開始し、溶融樹脂を供給しながらまたは供給完了後に膨張前の成形体厚みになるまで型締めして溶融樹脂を金型キャビティ内に充填する方法が例示される。
【００２９】
前者の射出充填法による場合であって、キャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みより小さくなるように両金型を位置させた状態で、溶融樹脂の供給を開始する場合において、供給開始時のキャビティクリアランスはそのときのキャビティ容積が所要量の溶融樹脂の膨張前の容積に対して通常５容量％以上、１００容量％未満、望ましくは３０容量％以上、７０容量％以下となる範囲である。
【００３０】
このような状態で溶融樹脂の供給を開始すると、溶融樹脂の供給が進むにつれて可動型の金型が後退してキャビティクリアランスが拡大され、所要量の溶融樹脂の供給が完了した時点で、供給した溶融樹脂の容積とキャビティ容積が略等しくなり、キャビティ内に溶融樹脂が充填される。
【００３１】
このとき、キャビティクリアランスの拡大は、金型に取り付けたプレス装置などによって機械的に金型を後退させて制御してもよいし、供給する溶融樹脂の供給圧力を利用して拡大してもよいが、この際に樹脂にかかる圧力が１〜５０ＭＰａ程度となるように制御することが望ましい。
また、キャビティクリアランスの拡大過程では、キャビティ容積が供給された溶融樹脂の容量よりも大きくならないように注意する必要があるが、瞬間的ないしは極めて短時間であれば、金型キャビティ容積が供給された溶融樹脂の容積より大きくなっても特に問題とはならない。
【００３２】
また、射出充填による場合において、膨張前の成形体厚みと同じキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で溶融樹脂を供給して金型キャビティ内に溶融樹脂を充填する方法では、通常の射出成形法におけると同様に、溶融樹脂の供給開始から供給完了まで金型のキャビティクリアランスを膨張前の成形体厚みと同じになるように保持しておけばよい。
【００３３】
両金型の型締め動作により溶融樹脂をキャビティ内に充填する場合には、キャビティクリアランスが膨張前の成形体厚み以上になるように両金型が開放された金型キャビティ内に所要量の溶融樹脂を供給し、供給完了後または供給完了と同時にキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みと同じになるように型締めして充填する方法や、溶融樹脂の供給中に型締めを開始し、溶融樹脂の供給と型締めを平行して行ないつつ溶融樹脂の供給完了と同時または供給完了後にキャビティクリアランスが膨張前の成形体厚みと同じになるようにする方法が挙げられる。尚、図７、図８はかかる型締めによる方法を、表皮材（１６）を貼合する場合の例で示してあり、表皮材を貼合しない場合には、表皮材を予め金型間に供給することなく、上記と同様に、開放された雌雄両金型間に溶融樹脂の供給を開始すればよい。
【００３４】
このような方法のうち、射出充填による場合であって、膨張前の成形体厚みより小さいキャビティクリアランスになるように両金型を位置させた状態で溶融樹脂の供給を開始する場合において、溶融樹脂の供給時におけるキャビティクリアランスを狭くするほど表面外観の優れた成形体を得ることができるが、狭すぎると溶融樹脂中の強化繊維の破損が大きくなる傾向にあるため、そのキャビティクリアランスは成形体の厚みや大きさ、形状などによって適宜決定される。
【００３５】
一方、両金型の型締めにより充填する方法では、供給される溶融樹脂にかかる圧力が低くなるため、溶融樹脂中の強化繊維の破損を最小限に抑えることができ、膨張性の低下や強度低下を防止することができる。
【００３６】
このようなことから、一般には膨張成形体の外観を重視する場合には射出充填による方法が、膨張性や強度を重視する場合には型締めにより充填する方法が有利である。
【００３７】
このような方法により金型キャビティ内に充填された溶融樹脂は、殆ど空隙が存在しないか、場合によって極僅かの空隙を有する程度の状態となっている。
かかる状態で溶融樹脂表面にスキン層（１）を形成せしめるが、一般に金型温度は溶融樹脂よりも低い温度に設定されているため、適宜の冷却時間を設けることにより、溶融樹脂は金型成形面に接した表面部分より固化しはじめ、やがて空隙が殆どないスキン層が形成される。
【００３８】
このときの冷却時間はスキン層の形成に大きく影響し、冷却時間が長くなるほどスキン層が形成され易く、またスキン層が厚くなる。
一般に、スキン層が厚くなりすぎるとその後の金型開放に伴う膨張倍率が低下し、また、薄すぎると強度が低くなる傾向にあるため、スキン層をどの程度の厚みにするかは所望とする膨張成形体の膨張倍率や強度により適宜選択されるが、一般的にはスキン層の表裏両面合計の厚みが膨張成形体厚みの５〜２０％になる程度である。
【００３９】
そのため、冷却時間、すなわち溶融樹脂をキャビティ内に充填してから次工程の金型を開くまでの時間は、金型温度や供給された溶融樹脂の温度、樹脂の種類などの諸条件によっても異なるが、通常０．１〜２０秒程度である。
【００４０】
好ましくは、スキン層が形成される過程あるいは形成された後、金型に設けた吸引口（１１）より吸引を行い、溶融樹脂の表面に形成されたスキン層を金型成形面に吸着させる。
【００４１】
スキン層を金型成形面に吸着させた状態を保ちつつ、金型を成形体の厚み方向に開放すると、供給された溶融樹脂中の未固化状態にある部分が強化繊維の復元力により膨張し、空隙を形成しつつ膨張層が形成される。（図５）
ここで、スキン層を金型成形面に吸着させた状態を保ちつつ、金型を成形体の厚み方向に開放した場合には、吸着させない場合の復元力よりも大きな力で強化繊維を膨張させることができる。
【００４２】
このとき、キャビティ内を大気と連通させることにより、先に形成されたスキン層の内の大気と連通する部分が金型成形面と接しなくなり、次第にこの部分のスキン層（２３）が内部の未固化状態の溶融樹脂の温度により再び軟化される。
【００４３】
例えば、金型成形面に設けた大気と連通する開口穴（１８）を介してキャビティ内と大気を連通させる場合には、溶融樹脂表面にスキン層（１）が形成されるまでは開口穴を閉鎖状態にしておき、スキン層が形成された後に開口穴を開放するか、あるいは金型を成形体の厚み方向に開放し始めると同時に開口穴を開放する。
【００４４】
また、金型のキャビティ外周部でキャビティを大気と連通状態にさせる場合には、金型を僅かに開放することにより、両金型の摺動面（２２）の噛み合いが無くなり（図１２）、あるいは突き当てられていた両金型間に隙間が形成され、これらの部分においてキャビティ内と大気とが連通状態になる（図１３）。
【００４５】
開口穴を有するピン状物（２０）を用いる場合には、溶融樹脂表面にスキン層が形成されるまでは金型内にピン状物を後退させておき、スキン層が形成された後にスキン層に突き刺すようにピン状物を前進させることにより、強制的にスキン層を破壊することができる。（図１４）
【００４６】
金型の開放とともに、部分的に軟化状態になったスキン層（２３）が破壊され、この部分より未固化の溶融樹脂中に大気が取り込まれるようになる。（図５）
ピン状物を前進させて成形体内に突き刺す場合には、このピン状物に設けた開口穴を介して溶融樹脂中に大気が取り込まれる。
【００４７】
このように未固化の溶融樹脂中に大気を取り込みながら金型を開放することにより、溶融樹脂内部が負圧になり、強化繊維の復元力が阻害されるのを防止して、高倍率に膨張させることができる。（図５）
【００４８】
このようにして、金型の開き方向すなわち膨張体の厚み方向に向かって強化繊維が配向した梁構造を有する膨張成形体を得ることができる。
【００４９】
ここで、成形体の金型転写性を良好にするためには、キャビティ内に充填された溶融樹脂の少なくとも一面に形成されたスキン層を金型成形面に密着させた状態で金型を開放する必要がある。
【００５０】
このため、例えば、製品としての膨張成形体の一面が意匠面となる場合には、少なくとも意匠面となる側の金型成形面に吸引口を設け、該吸引口から真空吸引しながら金型を開放して、スキン層を金型成形面に吸着させた状態で金型を開放することが好ましい。
また、膨張成形体の両面が意匠面となる場合には、両方の金型の成形面に吸引口を設け、両面の吸引口から真空吸引しながら金型を開放して、成形体両面のスキン層を金型成形面に吸着させた状態で金型を開放することが好ましい。
金型の開放は、金型事体に設けた開放装置や金型に取り付けられたプレス装置などによって積極的に開放動作を制御することが好ましい。
【００５１】
金型成形面からの吸引開始の時期は、キャビティ内に充填された溶融樹脂の表面層にスキン層が形成された後に行なうのが一般的であるが、場合によっては、キャビティ内に溶融樹脂を充填する段階で吸引を開始してもよいし、スキン層を形成させるための冷却時間中に吸引を開始してもよい。
【００５２】
キャビティクリアランスが最終膨張成形体の厚みになると金型の開放動作を停止し、キャビティクリアランスをその厚みに保持しつつ成形体を冷却する。（図５）
吸引動作は冷却が完了するまで継続して行なうのが好ましい。
【００５３】
尚、場合によっては、前記の開放動作にあたってキャビティクリアランスを最終膨張成形体厚みよりも大きくなるように開放し、供給した溶融樹脂が完全に固化することなく、少なくとも厚み方向に対して中央部が未だ溶融状態にある間に最終の膨張成形体厚みになるまで型締めし、再圧縮することもできる。
この場合には、供給した溶融樹脂表面のスキン層と金型成形面との密着性をより良好にすることができ、金型形状をより忠実に再現することができる。
【００５４】
冷却が完了すれば、吸引動作を停止するとともに金型を完全に開放し、最終成形体である繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を金型より取り出す。（図６）
【００５５】
このような方法により繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を容易に製造することができるが、係る方法において、金型の一部が部分的に移動できるような金型構造とすることにより、部分的に膨張部を有する繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造することもできる。
【００５６】
このような部分的に膨張部を有する繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造する場合には、例えば、図９に示されるような金型の一部を移動式成形面構成部材例えばスライドコア（１４）方式とし、該スライドコアを油圧シリンダー（１５）等の成形面移動装置によって金型成形面の一部を金型とは独立して部分的に金型開閉方向に移動しうる金型を用いればよい。
【００５７】
この場合には、予め、スライドコア（１４）の成形面を金型成形面と一致させて金型キャビティを形成させ、先に述べたような方法により溶融樹脂を供給してキャビティ内に充填し、その後図１０〜図１１に示すように、スキン層を金型成形面に吸引させつつスライドコア（１４）を厚みを広げる方向に移動させて当該部分について膨張層を形成させ、冷却を行なうことによって、スライドコアを設けた部分について部分的に膨張部を有する繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を容易に製造することができる。
【００５８】
この場合、キャビティ内と大気との連通部スライドコアやスライドコアに対向する成形面に開口穴（１８）や開口穴を有するピン状物（２０）を設けることが好ましい。
【００５９】
また、このような繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体において、その表面の一部または全部に表皮材（１６）が貼合された表皮材一体の膨張成形体を所望の場合には、前記した方法において金型成形面の一部または全部を覆うように表皮材（１６）を予め成形面に配置しておき、前記方法に従って表皮材と金型の成形面との間に溶融樹脂を供給、充填し、その後、吸引および金型の開放を行なえばよい。このとき、使用する表皮材の種類によっては、未閉鎖の金型間に溶融樹脂の供給を開始し、型締めによりキャビティ内に充填する手法が好ましい場合がある。
（図７〜図８）
【００６０】
表皮材としては各種の熱可塑性樹脂もしくは熱可塑性エラストマーシートまたはフィルム、熱可塑性樹脂もしくは熱可塑性エラストマー発泡シート、不織布、ファブリック、あるいはこれらを組み合わせたものなど表皮材として一般的に使用されるものが使用される。
【００６１】
尚、表皮材を使用する場合には、表皮材を貼り合わせた面は溶融樹脂表面にスキン層が形成され難くなることもあるが、このような場合には、非通気性を有する表皮材を用い、溶融樹脂と密着した表皮材をスキン層と見做して金型成形面に吸着することもできる。
【００６２】
以上述べた方法において、用いる熱可塑性樹脂や強化繊維の種類あるいは強化繊維の充填率などによっては、形成されたスキン層が破壊されにくい場合もあるが、このような場合には原料の溶融樹脂中に予め発泡剤を僅かに混合しておくと、型内で発泡剤が分解したガスが成形体外へ吹き出す圧力により固化層が破壊され易くなって有効である。
かかる目的で使用する発泡剤量は、原料の強化繊維を含む熱可塑性樹脂中に占める樹脂分に対して０．０１〜５重量％程度の僅かな量で十分である。
【００６３】
また、金型成形面に設けたガス注入口や樹脂供給口を介して、圧縮ガスを溶融樹脂中に注入し、固化層の破壊を補助することもできる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、高い膨張倍率で、軽量性、強度、表面転写性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を容易に製造することができ、かくして得られた膨張成形体は軽量高強度の成形体として自動車、建材分野の内装材、外装材、あるいは構造部材として、また、家電製品その他の広い分野で幅広く使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の断面概略図であって、ａは表面に表皮材がない場合を、ｂは表皮材が貼合されている場合を示す。
【図２】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造のために使用する金型の概略断面図である。
【図３】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図４】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図５】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂軽量成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図６】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図７】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図８】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図９】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図１０】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図１１】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図１２】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図１３】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【図１４】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体を製造するための工程を金型の概略断面図で示したものである。
【符号の説明】
１：スキン層
２：膨張層
６：雌型
７：雄型
８：樹脂供給装置
９：樹脂供給路
１０：樹脂供給口
１１：吸引口
１２：溶融樹脂
１４：スライドコア
１５：油圧シリンダー
１６：表皮材
１７：開口穴開閉弁
１８：開口穴
１９：大気路
２０：ピン状物
２１：駆動装置
２２：金型摺動面
２３：軟化したスキン層部
Claims (6)
- 平均繊維長が１ｍｍ以上に保持された強化繊維を含む溶融状熱可塑性樹脂を雌雄両金型間に供給し、該溶融状熱可塑性樹脂を金型キャビティ内に充填した後、金型の一部もしくは全部を成形体の厚み方向に開き、キャビティクリアランスを最終成形体厚みに保持しつつ成形体を冷却する工程からなる繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法において、
金型成形面に大気と連通する開口部を備え、金型キャビティが大気と連通可能な金型を使用し、
（ａ）金型キャビティ内に充填された溶融状熱可塑性樹脂表面に固化層を形成させたのち、
（ｂ）前記開口部を開口して開口部に対応する表面固化層を破壊し、大気を導入しつつ、金型の一部または全部を最終成形体の厚みになるように成形体の厚み方向に開放して内部の未固化の溶融状熱可塑性樹脂を膨張させることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法。 - （ｂ）工程において、雌雄いずれか一方または両方の金型の成形面に設けた吸引口から真空吸引しつつ、金型の一部または全部を最終成形体の厚みになるように成形体の厚み方向に開放することを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法。
- （ｂ）工程において、金型の一部または全部を最終成形体の厚みを越えて成形体の厚み方向に開放して内部の未固化の溶融状熱可塑性樹脂を膨張させたのち、金型の一部または全部を最終成形体の厚みになるように金型を閉じて圧縮することを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法。
- 表面固化層の破壊部が成形面外周端面近傍である請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法。
- 原料の強化繊維を含む溶融状熱可塑性樹脂中に、発泡剤が熱可塑性樹脂に対して０．０１〜５重量％混合されていることを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法。
- 雌雄両金型間に予め表皮材を供給し、該表皮材と雌雄いずれか一方の金型成形面との間に溶融状熱可塑性樹脂を供給することを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂膨張成形体の製造方法。
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