JPH07186156A

JPH07186156A - 合成樹脂材等の成型用金型

Info

Publication number: JPH07186156A
Application number: JP33340593A
Authority: JP
Inventors: Naoki Matsubara; 直樹松原; Yoichi Sugiyama; 洋一杉山
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-25

Abstract

(57)【要約】【目的】無電解分散メッキ法による被膜を用いて離
型性、撥水・撥油性、潤滑性等を改善した被膜を有する
成型用金型を提供する。【構成】特徴的な形状、寸法を持つフッ素樹脂粒子
を分散させたメッキ浴に金型基材を浸漬し、無電解メッ
キすることにより前記金型基材の表面に前記フッ素樹脂
粒子を共析させたことを特徴とする合成樹脂材等の成型
用金型。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は合成樹脂材等の成型用金
型、より詳しくはシリコンゴム，ウレタン，エポキシ，
ＡＢＳ等の合成樹脂材等の成型に用いられる成型用金型
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンゴム，ウレタン，エポキ
シ，ＡＢＳ等の合成樹脂材を成型する場合に使用される
金型の表面には一般的に硬質なクロムメッキが施されて
いる。この硬質クロムメッキは、皮膜硬度が高く、耐摩
耗性に優れている反面、コストが高くなるばかりでなく
形状によっては均一電着性に劣り、成型製品の成型製品
の精度が低いという問題がある。また、離型性に乏し
く、そのため毎日離型剤を塗布する必要があり、作業効
率の低下や製品への悪影響がある上に、離型剤中に含ま
れるフロンによるオゾン層の破壊なども問題などもあっ
た。

【０００３】このような背景から離型性を向上させ、か
つ作業効率を向上させる方法としてフッ素樹脂系離型剤
を用いて金型表面に被膜を形成することが考えられ、そ
の被膜形成方法としてフッ素樹脂系の離型剤を均一に塗
装し焼き付ける方法、あるいは平均粒径１μｍ以下のフ
ッ素樹脂系の微粒子を分散させたメッキ浴を用いた分散
メッキ法等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで前記フッ素樹
脂系の離型剤の塗装、焼き付ける方法においては離型性
は改善するものの耐久性に問題がある。即ち、数十ショ
ット程度の成型で離型不良となり生産性が低下すること
となっている。一方、後者の分散メッキ法による場合に
おいても前者に比し多少耐久性は向上するものの数百シ
ョット程度で離型性不良となり実用に供することができ
ないという問題があった。

【０００５】

【課題をを解決するための手段】本発明は前記従来技術
の問題点を解決するためになされたものであって、フッ
素樹脂粒子を分散させたメッキ浴に基材を浸漬し、無電
解メッキすることにより前記基材の表面に前記フッ素樹
脂粒子を共析させた合成樹脂材等の成型用金型を提供せ
んとするものである。

【０００６】そしてフッ素樹脂粒子としては分子量８０
００〜２万で、かつメジアン径１〜３０μｍの非球形、
好ましくは短繊維形状が用いられその分散量は５０ｇ／
リットル〜５００ｇ／リットルとなるよう調整される。

【０００７】

【作用】前記構成の合成樹脂材等の成型用金型によれ
ば、被膜上に突起するフッ素樹脂粒子はメッキ金属によ
って十分強固に固定されるため長期間にわたり離型性が
保持される。

【０００８】

【実施例】本発明で用いられる無電解メッキ液とし
ては、好ましくは無電解ニッケルメッキ浴が使用できる
が、その他無電解銅メッキ液、無電解錫メッキ液等、無
電解複合メッキ可能なものであれば特に限定されないこ
とは言うまでもない。又、金型基材としては特に限定さ
れず、鉄鋼、銅、ステンレス鋼，アルミニウム、マグネ
シウム、鋳鉄、亜鉛及びこれら金属の合金、及び触媒付
与された樹脂、セラミックス等が使用できる。

【０００９】本発明において用いられるフッ素樹脂粒子
にはポリテトラフルオロエチレン粒子が好適に使用され
るが、フッ素原子を表面に持つ樹脂の粒子であれば特に
限定されないことは言うまでもない。又、高密度に共析
させるための条件として、フッ素樹脂粒子の分子量は高
分子としての８０００〜２０万の範囲がよく、特に１万
〜５万のものが好適に使用される。

【００１０】又、フッ素樹脂粒子のメジアン径は１μｍ
〜３０μｍである必要があり、特に１μｍ〜１０μｍの
ものが好適に使用される。又、フッ素樹脂粒子の形状は
非球形の不定形状であるか、円柱状である必要はないに
しても短繊維状のやや細長い形状であることが好まし
く、共析時の各粒子は各粒子を覆う界面活性剤の極性の
作用で相互に反発しながら表面へ引きつけられることに
なり、その結果、粒子は表面に対して植毛されたように
立った状態で被膜に取り込まれていくことになる。

【００１１】その結果、粒子は高密度に共析させられる
ことになり、マトリックス金属への密着性が向上する
上、後述の熱処理による流動性を持つ部分が表面に多く
なり、表面の樹脂層が厚くなるため耐久性が向上する等
の効果を持つことになるので、非球形、特に短繊維状の
粒子形状であることは重要である。本発明において無電
解メッキ浴へのフッ素樹脂粒子の添加量は、液１リット
ル当たり５０ｇ以上の量で分散させる必要があり、特
に、１００ｇ／リットル以上の条件で著しくその離型
性、撥水・撥油性等の効果が大きくなる。ただし、添加
量はあまり多過ぎてもそれほど効果は増大せず、コスト
やメッキ浴作製時の作業を考慮すれば、多くても５００
ｇ／リットル迄が実用上限界であり、添加量は１００ｇ
／リットル〜２００ｇ／リットルの条件が好ましく使用
される。

【００１２】又、フッ素樹脂粒子は撥水性が高いので、
その粒子をメッキ浴に均一に分散させるためには、常法
に従ってカチオン系の界面活性剤を使用する。この様な
公知の界面活性剤として特に限定されるものではない
が、第４級アンモニウム塩、第２・第３アミン類、イン
ダゾリン類、ポリオキシエチレン系、ポリエチレンイミ
ン系、エステル系、カルボン酸系、スルホン酸系等が例
示される。

【００１３】本発明における熱処理は、無電解メッキに
よって得られた被膜の離型性、撥水撥油性等の効果をよ
り向上させるために好ましい工程である。３００℃以上
の熱処理によって表面のフッ素樹脂粒子が流動性を持
ち、粒子自身が広がり、お互いに重なり合うことによ
り、表面はより高密度にフッ素樹脂によって覆われるこ
とになる。

【００１４】この現象のためには、３００℃以上４００
℃以下の熱処理が必要であるが、処理温度が高くなると
表面のフッ素樹脂の蒸発による消失量が多くなるので、
好ましくはフッ素樹脂のガラス転移点である３２０℃以
上、３５０℃以下の範囲においての不活性雰囲気での熱
処理が好適に使用される。又、被膜製造に無電解ニッケ
ルメッキ浴を使用した場合、その被膜は熱処理によって
ビッカース硬度がＨｖ６００程度に上昇するので、成型
加工機械部品及び金型への適用にはより効果的である。

【００１５】次に本発明者が行った実験例を示す。実験例（１〜３）下記組成のニッケルメッキ浴をベース組成とした。塩化ニッケル：３０ｇ／リットル次亜リン酸ナトリウム：１０ｇ／リットルヒドロキシ酸ナトリウム：５０ｇ／リットル水：残部上記調整したメッキ浴中にポリテトラフルオロエチレン
粒子（メジアン径６μｍ以下PTFE粒子という）を５０，
１３０，２００（ｇ／リットル）の濃度で添加し、カチ
オン系界面活性剤（第４給アンモニウム塩系）をPTFE粒
子の量に応じて適量使用して分散させた。

【００１６】簡易な剥離試験用のテスト金型として、材
質Ｓ４５Ｃ、寸法縦１００mm、横１００mm、厚さ２０mm
の平板を用い、上記調整した３種類のメッキ液で無電解
メッキ処理を施し、比較のため同様の平板に市販のPTFE
含有無電解メッキ液（日本カニゼン社製：カニフロン）
を用いてメッキ処理を施し、比較用金型を作製した。無
電解メッキの処理としては、まず前処理として、テスト
金型に予め溶剤脱脂及びアルカリ脱脂（５０℃×５分）
を行い、次いでスケール除去のために１０Vol ％の塩酸
（常温×２分）を用いて表面の活性化を行った。次にス
テンレスパット中にメッキ液１０リットルを入れ、攪拌
機でメッキ液を攪拌させながら浴温９０°で１時間浸漬
して無電解メッキ処理した。

【００１７】剥離試験の方法としては、まず上記３種の
テスト金型と比較用金型の間に、寸法縦５０mm、横５０
mm、厚さ２mmの加硫したシリコンゴムを鋏、１５０℃〜
１８０℃に加熱し、プレスを行い、冷却後金型を開き、
シリコンゴムがどちら側に付着したかを確認した。上記
剥離試験を、上記３種の金型について繰り返し各２００
回繰り返し各２００回試行し、その結果を表１に示す。

【００１８】実験例（４〜２０）次に分散濃度を決定する試験として、上記実験例１〜３
と同様に、メッキ浴中にPTFE粒子をＯ，２０，４０，５
０，６０，９０，１００，１１０，１３０，１５０，１
７０，１９０，２００，２５０，３００，４００及び５
００ (ｇ／リットル）の濃度で添加し、分散させた。ま
た、被メッキ用のテスト金型としては、材質Ｓ４５Ｃ、
寸法縦２５０mm、横２５０mm、厚さ３０mmの同一形状の
ものを用い、上記実験例１〜３と同様に無電解メッキ処
理した。

【００１９】こうして得られたテスト金型表面につい
て、離型性、水との接触角（以下接触角という）測定し
た結果をメッキ条件と併せて表２に示す。なお、離型性
はシリコンゴムの成型において離型不良を起こすまでの
回数を計測した。又接触角は接触角測定装置を用いて室
温にて測定した。比較例１比較例として上記市販のPTFE含有無電解メッキ液を用い
てメッキ処理を施し、比較用金型を作製し、同様の試験
を行った。なお、その結果を表１に併記する。

【００２０】実験例（２１〜３１）上記実験例８で使用したPTFE粒子の配合濃度１３０ｇ／
リットルのメッキ浴について、メッキ浴温度を９０℃、
８５℃、８０℃及び７５℃に変化させてメッキを施し
た。また、メッキ時間は０．５、１及び２時間であっ
た。得られたテスト金型表面について、上記実験例４〜
２０と同様に離型製及び接触角を測定した。測定結果を
表３に示す。

【００２１】また，上記実験例８，１２，１５及び１９
の条件で作製したテスト金型について熱処理を行い、硬
度、離型性及び接触角を測定した。なお、熱処理温度は
３２０℃及び３５０℃であった。それらの実験結果をメ
ッキ条件と併せて表３に示しており、又、硬度はマイク
ロピッカース硬度計により荷重２０ｇで計測した。表１
より本手法による表面の離型性の優位を明らかであっ
た。

【００２２】又、表２より明らかなようにPTFE添加量が
５０ｇ／リットルを越すとショット数の改善がみられ、
１００ｇ／リットルを越えると撥水性が飛躍的に増大
し、離型性も従来の無電解メッキ表面の６００ショット
程度を遙に凌ぐ結果が得られた。又、表３から明らかな
ように浴温度は被膜の成長速度には影響するが、被膜の
特性には大きな影響がないという結果が得られた。

【００２３】又、熱処理については表４から明らかなよ
うに、硬度、ショット数は３２０℃より３５０℃での熱
処理の法がより改善されるが、撥水性については３２０
℃での熱処理がよく、３５０℃の熱処理では著しく劣化
するという結果が得られた。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、下記のごとき顕著な効
果が達成される。（１）無電解メッキ被膜上の突起上に存在するフッ素
樹脂粒子は、その一部をメッキ金属によって十分強固に
固定されているため、従来の樹脂コーティングに比べて
はるかに密着性の良好な被膜が得られ、長期間にわたり
離型性、撥水・撥油性等の効果が持続する。従って、従
来の合成樹脂成形用金型に比較して著しく多数回の成形
が可能であった。

【００２５】（２）被膜形成に無電解メッキを利用し
ており、無電解メッキの持つ特徴をそのまま生かしてい
るため、金型基材の形状に影響されることなく膜厚の均
一な被膜を形成することが出来、離型性の優れた金型を
得ることができる。（３）熱処理を行うことによって被膜表面はより高密
度にフッ素樹脂に覆われ、離型剤、撥水・撥油性等の効
果はさらに持続することになる上に、無電解ニッケルメ
ッキ浴を使用して熱処理によりマトリックス金属の硬度
がＨｖ６００程度に上昇する。この被膜は、たとえば成
型加工機械部品及び金型に好適に使用できることにな
る。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年７月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】合成樹脂材等の成型用金型

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンゴム，ウレタン，エポキ
シ，ＡＢＳ等の合成樹脂材を成型する場合に使用される
金型の表面には一般的に硬質クロムメッキが施されてい
る。この硬質クロムメッキは、被膜硬度が高く、耐磨耗
性に優れている反面、コストが高くなるばかりでなく形
状によっては均一電着性に劣り、成型製品の精度が低い
という問題がある。また、離型性に乏しく、そのためほ
ぼ毎回離型剤を塗布する必要があり、作業効率の低下や
製品への悪影響がある上に、離型剤スプレー中に含まれ
るフロンによるオゾン層の破壊などの問題もあった。

【０００４】

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記従来技術の
問題点を解決するためになされたものであって、特徴的
な形状、寸法を持つフッ素樹脂粒子を分散させたメッキ
浴に基材を浸漬し、無電解メッキすることにより前記基
材の表面に前記フッ素樹脂粒子を共析させた合成樹脂材
等の成型用金型を提供せんとするものである。

【０００６】そしてフッ素樹脂粒子としては分子量８０
００〜２０万で、かつメジアン径１〜３０μｍの非球
形、好ましくは短繊維形状が用いられその分散量は５０
ｇ／リットル〜５００ｇ／リットルとなるよう調整され
る。

【０００７】

【０００８】本発明で用いられる無電解メッキ液として
は、好ましくは無電解ニッケルメッキ浴が使用できる
が、その他無電解銅メッキ液、無電解錫メッキ液等、無
電解複合メッキ可能なものであれば特に限定されないこ
とは言うまでもない。又、金型基材としては特に限定さ
れず、鉄鋼、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、マグネ
シウム、鋳鉄、亜鉛及びこれら金属の合金、及び触媒付
与された樹脂、セラミックス等が使用できる。

【００１０】又、フッ素樹脂粒子のメジアン径は１μｍ
〜３０μｍである必要があり、特に１μｍ〜１０μｍの
ものが好適に使用される。又、フッ素樹脂粒子の形状は
非球形の不定形状であるか、円柱状である必要はないに
しても短繊維状のやや細長い形状であることが好まし
く、共析時の各粒子はメッキ浴の粒子濃度と各粒子を覆
う界面活性剤の極性の作用で相互に反発しながら表面へ
引きつけられることになり、その結果、粒子の多くは表
面に対して植毛されたように立った状態で被膜に取り込
まれていくことになる。

【００１２】又、フッ素樹脂粒子は撥水性が高いので、
その粒子をメッキ浴に均一に分散させるためには、常法
に従ってカチオン系の界面活性剤を使用する。この様な
公知の界面活性剤として特に限定されるものではない
が、第４級アンモニウム塩、第２・第３アミン類、イミ
ダゾリン類、ポリオキシエチレン系、ポリエチレンイミ
ン系、エステル系、カルボン酸系、スルホン酸系等が例
示される。

【００１３】本発明における熱処理は、無電解メッキに
よって得られた被膜の離型性、撥水・撥油性等の効果を
より向上させるために好ましい工程である。３００℃以
上の熱処理によって表面のフッ素樹脂粒子が流動性を持
ち、粒子自身が広がり、お互いに重なり合うことによ
り、表面はより高密度にフッ素樹脂によって覆われるこ
とになる。

【００１５】

【実施例】次に本発明者らが行った実施例を示す。実験例（１〜３）下記組成のニッケルメッキ浴をベース組成とした。塩化ニッケル：３０ｇ／リットル次亜リン酸ナトリウム：１０ｇ／リットルヒドロキシ酸ナトリウム：５０ｇ／リットル水：残部上記調整したメッキ浴中にポリテトラフルオロエチレン
粒子（メジアン径６μｍ以下ＰＴＦＥ粒子という）を５
０，１３０，２００（ｇ／リットル）の濃度で添加し、
カチオン系界面活性剤（第４級アンモニウム塩系）をＰ
ＴＦＥ粒子の量に応じて適量使用して分散させた。

【００１６】簡易な剥離試験用のテスト金型として、材
質Ｓ４５Ｃ、寸法縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ２
０ｍｍの平板を用い、上記調整した３種類のメッキ液で
無電解メッキ処理を施し、比較のため同様の平板に市販
のＰＴＦＥ含有無電解メッキ液（日本カニゼン社製：カ
ニフロン）を用いてメッキ処理を施し、比較用金型を作
製した。無電解メッキの処理としては、まず前処理とし
て、テスト金型に予め溶剤脱脂及びアルカリ脱脂（５０
℃×５分）を行い、次いでスケール除去のために１０Ｖ
ｏｌ％の塩酸（常温×２分）を用いて表面の活性化を行
った。次にステンレスバット中にメッキ液１０リットル
を入れ、攪拌機でメッキ液を攪拌させながら浴温９０℃
で１時間浸漬して無電解メッキ処理した。

【００１７】剥離試験の方法としては、まず上記３種の
テスト金型と比較用金型の間に、寸法縦５０ｍｍ、横５
０ｍｍ、厚さ２ｍｍの加硫したシリコンゴムを挟み、１
５０℃〜１８０℃に加熱し、プレスを行い、冷却後金型
を開き、シリコンゴムがどちら側に付着したかを確認し
た。上記剥離試験を、上記３種の金型について繰り返し
各２００回試行し、その結果を表１に示す。

【００１８】実験例（４〜２０）次に分解濃度を決定する試験として、上記実験例１〜３
と同様に、メッキ浴中にＰＴＦＥ粒子を０，２０，４
０，５０，６０，９０，１００，１１０，１３０，１５
０，１７０，１９０，２００，２５０，３００，４００
及び５００（ｇ／リットル）の濃度で添加し、分散させ
た。また、被メッキ用のテスト金型としては、材質Ｓ４
５Ｃ、寸法縦２５０ｍｍ、横２５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍ
の同一形状のものを用い、上記実験例１〜３と同様に無
電解メッキ処理した。

【００１９】こうして得られたテスト金型表面につい
て、離型性、水との接触角（以下接触という）を測定し
た結果をメッキ条件と併せて表２に示す。なお、離型性
はシリコンゴムの成型において離型不良を起こすまでの
回数を計測した。又接触角は接触角測定装置を用いて室
温にて測定した。比較例１比較例として上記市販のＰＴＦＥ含有無電解メッキ液を
用いてメッキ処理を施し、比較用金型を作製し、同様の
試験を行った。なお、その結果を表２に併記する。

【００２０】実験例（２１〜３１）上記実験例１２で使用したＰＴＦＥ粒子の配合濃度１３
０ｇ／リットルのメッキ浴について、メッキ浴温度を９
０℃、８５℃、８０℃及び７５℃に変化させてメッキを
施した。また、メッキ時間は０．５、１及び２時間であ
った。得られたテスト金型表面について、上記実験例４
〜２０と同様に離型性及び接触角を測定した。測定結果
を表３に示す。

【００２１】また，上記実験例８，１２，１６及び１９
の条件で作製したテスト金型について熱処理を行い、硬
度、離型性及び接触角を測定した。なお、熱処理温度は
３２０℃及び３５０℃であった。それらの実験結果をメ
ッキ条件と併せて表４に示しており、又、硬度はマイク
ロビッカース硬度計により荷重２０ｇで計測した。表１
より本手法による表面の離型性の優位は明らかであっ
た。

【００２２】又、表２より明らかなようにＰＴＦＥ添加
量が５０ｇ／リットルを越すとショット数の改善がみら
れ、１００ｇ／リットルを越えると撥水性が飛躍的に増
大し、離型性も従来の無電解メッキ表面の６００ショッ
ト程度を遥に凌ぐ結果が得られた。又、表３から明らか
なように浴温度は被膜の成長速度には影響するが、被膜
の特性には大きな影響がないという結果が得られた。

【００２３】又、熱処理については表４から明らかなよ
うに、硬度、ショット数は３２０℃より３５０℃での熱
処理の方がより改善されるが、撥水性については３２０
℃での熱処理がよく、３５０℃の熱処理では著しく劣化
するという結果が得られた。