(57)【要約】【課題】連続式輻射型予熱炉において熱可塑性樹脂シートを均一に加熱するために設定するブロック毎に温度コントロールを可能にするとともに、連続的に均一に溶融させた熱可塑性樹脂シートを得ることを目的とする。【解決手段】投影面積が０．２５ｍ２以上の熱可塑性樹脂シートを連続式シート加熱炉にて加熱溶融した後、上型と下型からなる成形型に設置し、型締めした後、加圧し冷却固化して熱可塑性樹脂成形体を得るスタンピング成形を行う熱可塑性樹脂成形体の製造方法において、前記連続式シート加熱炉は複数の赤外線ヒーターブロックからなる下ヒーターと上ヒーターで同時に前記熱可塑性樹脂シートを加熱するとともに、遮蔽板が前記複数の赤外線ヒーターブロックの間に設置されていることを特徴とする熱可塑性樹脂成形体の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影面積が０．２５ｍ２以上の熱可塑性樹脂シートを連続式シート加熱炉にて加熱溶融した後、上型と下型からなる成形型に設置し、型締めした後、加圧し冷却固化して熱可塑性樹脂成形体を得るスタンピング成形を行う熱可塑性樹脂成形体の製造方法において、前記連続式シート加熱炉は複数の赤外線ヒーターブロックからなる下ヒーターと上ヒーターで前記熱可塑性樹脂シートを加熱するとともに遮蔽板が前記複数の赤外線ヒーターブロックの間に設置されていることを特徴とする熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記遮蔽板が格子形状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
前記遮蔽板によって、前記複数の赤外線ヒーターブロックが加熱炉の温度コントロールゾーン毎に区画化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
前記加熱炉のヒーターの主波長が２μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂シートの中心部の温度が、樹脂の融点以上から樹脂の融点＋８０℃以下であるとともに、該熱可塑性樹脂シート中央部とシート端部の温度差が±１５℃以内となるように制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項６】
前記熱可塑性樹脂シートが繊維強化熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項７】
前記熱可塑性樹脂シートに含まれる強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項６に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項８】
前記強化繊維の数平均繊維長が１ｍｍ〜１００ｍｍであるとともに、該強化繊維の含有量が５〜７０重量％であることを特徴とする請求項６または７に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂シートを用いた熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関するものである。更に詳しくは、繊維強化した熱可塑性樹脂製シートを、所定の温度に予熱、加熱処理する際に、精度よく均一に加熱し、スタンピング成形して成形体を得る製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄肉で大面積を有する成形体を成形する方法として、熱可塑性樹脂シートを用いた真空成形やスタンピング成形が実施されている。特に強度が必要とされる成形体には、繊維強化した熱可塑性樹脂シートが使用される。熱可塑性樹脂シートを用いてスタンピング成形するためには、熱可塑性樹脂板を所定の温度に予熱・加熱して軟化・溶融する必要があり、一般的に間接加熱方式の加熱炉が使用されている。間接加熱方式の一つである熱風加熱方式は、温度調節が比較的容易で、加熱炉外の外気温度の影響も少なく、温度の制御精度も高い。しかしながら、この方式では、加熱時間が長くなるという欠点を有することから，赤外線、遠称外線の領域の電磁波を熱可塑性樹脂シートに照射・加熱する輻射加熱方式が一般的に用いられている。この方式は、加熱炉が安価で加熱効率がよく、メンテナンス性に優れる等の長所がある反面、被加熱物の温度バラツキが大きくなるという欠点を有している。
【０００３】
熱可塑性樹脂シートの予熱は、肉厚にもよるが一般的に数分を要しており、予熱時間が成形サイクルの大半を占めている。熱可塑性樹脂シートの加熱にバラツキが生じると、最低温度部分を樹脂の融点以上まで昇温させる必要があり、予熱時間増加による成形性の低下やシートの過加熱による物性低下、外観不良の原因となり、熱可塑性樹脂シートの加熱方法に対する改良が求められていた。
【０００４】
改良方法の１つとして、スタンピング成形の成形性向上のため、熱可塑性樹脂シートをコンベアーで連続的に自動搬送する連続式予熱炉が用いられている。しかし、連続加熱方式の予熱炉は、熱可塑性樹脂シートの入口と出口のシールを完全に行うことが困難であり、外気の影響で熱可塑性樹脂シートを均一に加熱することが困難な構造となっている。
【０００５】
熱可塑性樹脂シートを均一加熱する目的で、加熱炉内を複数のエリアに分けヒーター設定温度を変えて最適化を図っているが、隣接するヒーターからの輻射、予熱炉壁の輻射や基材端部の表面積差などが複雑に影響し、大型の熱可塑性樹脂シート全体を均一に加熱することが困難で改良が求められている。
【０００６】
特許文献１には、複数のヒーターからなる連続式加熱炉の出口付近に温度センサーを設置し基材の温度を測定しながら、ヒーター出力を調整し熱可塑性樹脂シートの温度をコントロールする方法が提案されている。本方法ではセンサー測定位置の温度コントロールは可能であるが、シート全体の均一加熱については何ら記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−７９９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような現状に鑑み、本発明は、連続式輻射型予熱炉において熱可塑性樹脂シートを均一に加熱するために、設定するブロック毎に温度コントロールを可能にするとともに、連続的に均一に加熱溶融させた熱可塑性樹脂シートを得ることを目的とすることで、熱可塑性樹脂成形体の生産性を大幅に向上させ、高剛性で外観の良好な熱可塑性樹脂成形体を容易に製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下の製造方法により達成される。
（１）投影面積が０．２５ｍ２以上の熱可塑性樹脂シートを連続式シート加熱炉にて加熱溶融した後、上型と下型からなる成形型に設置し、型締めした後、加圧し冷却固化して熱可塑性樹脂成形体を得るスタンピング成形を行う熱可塑性樹脂成形体の製造方法において、前記連続式シート加熱炉は複数の赤外線ヒーターブロックからなる下ヒーターと上ヒーターで前記熱可塑性樹脂シートを加熱するとともに遮蔽板が前記複数の赤外線ヒーターブロックの間に設置されていることを特徴とする熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
（２）前記遮蔽板が格子形状に配置されていることを特徴とする（１）に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
（３）前記遮蔽板によって、前記複数の赤外線ヒーターブロックが加熱炉の温度コントロールゾーン毎に区画化されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
（４）前記加熱炉のヒーターの主波長が２μｍ〜１０μｍであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
（５）前記熱可塑性樹脂シートの中心部の温度が、樹脂の融点以上から樹脂の融点＋８０℃以下であるとともに、該熱可塑性樹脂シート中央部とシート端部の温度差が±１５℃以内となるように制御することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
（６）前記熱可塑性樹脂シートが繊維強化熱可塑性樹脂であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
（７）前記熱可塑性樹脂シートに含まれる強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする（６）に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
（８）前記強化繊維の数平均繊維長が１ｍｍ〜１００ｍｍであるとともに、該強化繊維の含有量が５〜７０重量％であることを特徴とする（６）または（７）に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法によれば、連続式輻射型予熱炉において熱可塑性樹脂シートを均一に加熱するために設定するブロック毎の温度コントロールが容易ととなり、連続的に均一に溶融させた熱可塑性樹脂シートを得ることができる。
【００１１】
その結果、熱可塑性樹脂成形体の生産性が大幅に向上するとともに、高剛性で外観の良好な熱可塑性樹脂成形体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に用いる連続式シート予熱炉の断面模式図である。
【図２】本発明に用いる連続式シート予熱炉のヒーター配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る熱可塑性樹脂成形体の製造方法を、図を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明に用いる連続式シート予熱炉の断面模式図である。赤外線ヒーターは、上部赤外線ヒーター２と下部赤外線ヒーター３が向かい合うように配置されている。いずれの赤外線ヒーターも、複数の赤外線ヒーターブロック９が規則正しく配列されており、１または複数のブロック９毎の間には遮蔽板４が設置されている。
【００１５】
上部赤外線ヒーター２の上側と、下部赤外線ヒーター３の下側は、それぞれ予熱炉上カバー５と予熱炉したカバー８で覆われている。カバー５とカバー８は外気による樹脂シートの冷却を防止と炉内雰囲気温度上昇による加熱効率の向上、および火傷防止等の保護カバーとして設置される。
【００１６】
加熱する熱可塑性樹脂シート１は、駆動ローラー７で連続的に搬送可能とする自動搬送用ベルト６上に載置され、上部赤外線ヒーター２と下部赤外線ヒーター３の間を通過させることで加熱される。
【００１７】
本発明で用いられる上部赤外線ヒーター２と下部赤外線ヒーター３は、いずれも赤外線または遠赤外線領域の熱線を発生する発熱体であることが好ましい。熱線は、主波長が２μｍ〜１０μｍであればよく、ヒーターをセラミックで被覆したセラミックヒーターやヒーターコイルを鉄パイプで包んだ構造のシーズヒーター、石英管内のフィラメントを発熱させるＬＴヒータ、ハロゲンヒータ、カーボンヒータ等の赤外線ランプ式などがあげられるが、これら例示したものに限定されるものではない。
【００１８】
本発明は、自動車用部品等の大型成形品を一体に成形する場合のように、０．２５ｍ２を超える投影面積を持つ熱可塑性樹脂シートの加熱温度をシート全体で均一に加熱することを対象としている。このような大きな投影面積を持つ熱可塑性樹脂シートを加熱する場合、複数の赤外線ヒーターブロックを配置して加熱しようとすると、個々の赤外線ヒーターブロックからの輻射の干渉や、予熱炉の壁面からの輻射、予熱炉の出入り口からの外気の流入などの影響を受け、投影面積全体を均一に加熱することは非常に困難である。加熱温度を予熱炉内で均一にするため、赤外線ヒーターブロック９の間に、隣接するヒーターブロック９からの赤外線や遠赤外線の輻射を防止する遮蔽板４を設けることで、熱可塑性樹脂シート１と複数の赤外線ヒーターブロック９とが垂直に対向することとなり、位置によらず均一に加熱することができる。
【００１９】
遮蔽板４は、格子状に設置すると、周囲からの輻射を効率的に遮蔽でき、外気流入による炉内温度の変化にも影響を受けにくくなり、熱可塑性樹脂シート全体の温度コントロールが容易となり好ましい。遮蔽板４の間隔には特に制限はないが、個々のヒーターブロック９の大きさに合った間隔で設置することが好ましく、特に機器の温度設定の観点から、温度コントロールゾーンごとに調整可能なヒーターブロック群１０の単位で格子状に遮蔽板４を設置し区画化することが、コストとメンテナンスの観点から好ましい。
【００２０】
本発明の熱可塑性樹脂シート１を成形するための加熱温度は、熱可塑性樹脂シート１の中心温度が、熱可塑性樹脂シート１に含浸されている樹脂の融点以上、融点＋８０℃以下が好ましい。熱可塑性樹脂シート１の中心温度が、含浸されている樹脂の融点未満では賦形しにくくなり、融点＋８０℃を超えると、樹脂の分解が生じ発煙や物性低下を招くおそれがある。本熱可塑性樹脂シートを用いたスタンピング成形品は、樹脂分解を生じない予熱範囲でなるべくシート温度が高い状態でスタンピング成形することが賦形性や外観の観点から好ましい。しかし、熱可塑性樹脂シートの中央部とシート端部の温度差が大きいと、シート温度の低い場所に賦形不良や外観不良が生じる恐れがある。一方シート温度の低い部分を十分に加熱すると、シート温度の高い部分が過加熱となり、樹脂分解を招く恐れがある。そのため、熱可塑性樹脂シートの中央部とシート端部の温度差は±１５℃以内にすることが好ましい。
【００２１】
本発明に用いる熱可塑性樹脂シート１は、溶融状態で搬送可能な溶融粘度を保持している熱可塑性樹脂を用いたシートであれば特に樹脂の種類に制限はなく、好ましく使用できる熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）樹脂、ＬＣＰ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂などが有用に用いることができ、更に２種類以上をブレンドし使用してもよい。
【００２２】
また、本発明に用いる熱可塑性樹脂シート１は、繊維強化した熱可塑性樹脂シートとすると、溶融状態での搬送性により優れ、成形品の強度および剛性も発揮できる点で好ましい。強化繊維は直径が１〜２０μｍが好ましい。繊維径が１μｍ未満では分散が悪くなり、２０μｍを超えると異物効果が強くなり強度の低下を招く恐れがある。更に好ましくは、５〜１５μｍの範囲であると、分散と補強効果のバランスの観点から望ましい。
【００２３】
さらに、繊維強化した熱可塑性樹脂シート１は、繊維長（平均繊維長）１ｍｍ以上の強化繊維を含む繊維強化樹脂からなることが好ましい。繊維長が短すぎると、強化繊維の補強効率が小さくなり成形品特性が小さくなる恐れがある。また、繊維強化した熱可塑性樹脂シートの良好な成形性を確保するためには、強化繊維の平均繊維長が１００ｍｍ以下であることが好ましい場合もある。平均繊維長が長すぎると、連続繊維に近くなるので、強化繊維基材の賦形性、繊維強化熱可塑性樹脂シートの成形性が低下する場合がある。
【００２４】
繊維強化した熱可塑性樹脂シート１は、熱可塑性樹脂と強化繊維をブレンドし溶融押出してシーティングする方法や、強化繊維の周りに熱可塑性樹脂を被覆しカットしたペレットを溶融押し出ししてシーティングする方法、あるいは強化繊維をカーディングや抄紙して強化繊維ウエブを作成した後、熱可塑性樹脂を溶融含浸させてシート状物を作成する方法などが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００２５】
本発明に用いる強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、全芳香族ポリアミド繊維などが挙げられるが、炭素繊維、ガラス繊維を用いると、強度や剛性が発揮しやすく、軽量化も達成できる点で好ましく使用される。
【００２６】
本発明に使用する炭素繊維としては、例えばポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、セルロース系などが挙げられる。これらの中でも、強度や弾性率などに優れるＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。
【００２７】
本発明に使用するＰＡＮ系炭素繊維としては、引張破断伸びが１．５％以上の炭素繊維が好ましい。引張破断伸びが１．５％未満である場合、本発明の樹脂組成物の製造工程や射出成形工程で炭素繊維の破断が生じ易く、炭素繊維の長さを長くできないため、機械特性に劣るものとなる。
【００２８】
前記問題を解決するためには引張破断伸びは１．５％以上、好ましくは１．７％以上、更に好ましくは１．９％以上の炭素繊維を用いるのが良い。本発明に用いるＰＡＮ系炭素繊維の引張破断伸びに上限は無いが、一般的には５％未満である。
【００２９】
かかるＰＡＮ系炭素繊維の紡糸方法としては、湿式紡糸、乾湿式紡糸などが挙げられ、所望の特性により任意の紡糸方法を選択する事ができる。
【００３０】
本発明に用いるガラス繊維は一般的に市販されているガラス繊維では何れも使用可能であるが、例えばＥガラスの繊維がコストと性能の観点から好ましい。
【００３１】
本発明の熱可塑性樹脂成形体は、上記のような方法により製造されたものであり、予熱炉内のヒーター間に遮蔽板を設け、熱可塑性樹脂シートを均一加熱してスタンピング成形するものからなる。すなわち、成形品全体で加熱オーバーによる物性低下や未溶融による賦形不良などの外観不良のない、全体として高剛性で外観の良好な複合成形体である。
【符号の説明】
【００３２】
１：熱可塑性樹脂シート
２：上部赤外線ヒーター
３：下部赤外線ヒーター
４：遮蔽板
５：予熱炉上カバー
６：自動搬送用ベルト
７：駆動ローラー
８：予熱炉下カバー
９：ヒーターブロック
１０：ヒーターブロック群
【図１】
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【図２】
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