(57)【要約】成形品を成形するための圧力を低減するとともに、成形品の薄肉部分に対しても十分にガラス繊維を充填させることを可能とし、さらにガラス繊維の含有量の高い原料の使用を可能とすること、成形品の品質を安定化させる。熱可塑性樹脂中に強化繊維が分散してなる中間基材を、金型によりプレス成形して成形品を製造する方法であって、加熱した中間基材を、１２０℃以上に加熱した金型によりプレスして加圧状態を保持すると共に、加圧状態を保持しながら金型を冷却し、金型冷却後にプレス圧を解放する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂中に強化繊維が分散してなる中間基材を、金型によりプレス成形して成形品を成形する方法であって、前記プレス成型品の成形方法は、
加熱した中間基材を、１２０℃以上に加熱した前記金型により、１０ＭＰａ以下の単位面積あたりのプレス圧でプレスして加圧し、加圧状態を保持する工程と、
加圧状態を保持しながら前記金型を冷却する工程と、
前記金型を冷却後にプレス圧を解放する工程と、
を含む、プレス成形品の成形方法。
【請求項２】
プレス成型された前記中間基材の流動長１７０ｍｍの位置での前記強化繊維の密度の、前記中間基材の流動長０ｍｍの位置での前記強化繊維の密度に対する比は、０．９以上である、請求項１に記載のプレス成型品の成形方法。
【請求項３】
前記中間基材中の前記強化繊維の含有量は２０％〜７５％である、請求項１に記載のプレス成型品の成型方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＧＭＴ（ガラスマット強化熱可塑性プラスチック）等繊維強化複合材を材料とする成形品の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車部品等を形成するための材料として、金属材料に変わる繊維強化複合材が開発されており、特に近年では、熱可塑性樹脂を用いた繊維強化複合材は、プレス成形により大量生産が可能であり、複雑な形状にも対応できることから注目されている。
プレス成形に用いる熱可塑性樹脂を用いた繊維強化複合材として、例えばＧＭＴ（ガラスマット強化熱可塑性プラスチック）がある。この繊維強化複合材の成形には、加熱した繊維強化複合材をプレスする成形法が採用されていた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０４７７５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１等公知のプレスによる成形法では、成形品の末端部分まで十分に材料を充填するためには高いプレス圧が必要となり、そのため大型のプレス機が必要であった。また、成形品が複雑になり、薄肉のリブ等の薄肉部分がある場合には、薄肉部分の樹脂内にまでガラス繊維等の強化繊維が十分に充填されずに、強化繊維による補強効果を発揮することができず、成形品の安定的な品質を確保できなかった。さらに、強化繊維の含有量についても、５０％程度が限界であって、さらに高含有の繊維強化複合材を加工することは望めなかった。【０００５】
本発明は、上記の事情を鑑みたものであり、成形品を成形するための圧力を低減するとともに、成形品の薄肉部分に対しても十分に強化繊維を充填させることを可能とし、さらにガラス繊維等の強化繊維の含有量の高い材料の使用を可能とすること、成形品の品質を安定化させること、などを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、熱可塑性樹脂中に強化繊維が分散してなる中間基材を、金型によりプレス成形して成形品を成形する方法であって、加熱した中間基材を、１２０℃以上に加熱した金型によりプレスして加圧状態を保持すると共に、加圧状態を保持しながら金型を冷却し、金型冷却後にプレス圧を解放することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のプレス成形品の成形方法を用いることにより、比較的低いプレス圧によって、成形品の末端部分にまで十分に強化繊維を充填させることが可能となり、また、強化繊維が高含有率の繊維強化複合材を用いることを可能として、強度の高い成形品を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るプレス成形品の成形方法に用いられる製造設備の概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプレス成形品の成形方法の工程図である。
【図３】本発明の実施形態に係るプレス成形品の成形方法と従来法との加圧工程における成形方法の違いを説明する図であり、（ａ），（ｂ）は従来法による加圧方法を説明する図であり、（ｃ），（ｄ）は本発明の成形方法による加圧方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係るプレス成形品の成形方法のガラス含有量の減少率を検証したときの金型に対するＧＭＴ材の配置図である。
【図５】本発明の実施形態に係るプレス成形品の成形方法の流動面積を検証したときの金型に対するＧＭＴ材の配置図である。
【図６】本発明の実施形態に係るプレス成形品の成形方法のプレス圧を検証するために測定した金型温度と単位面積あたりのプレス圧との関係を示すグラフであり、（ａ）は成形品の立ち壁を入れない投影面積による単位面積あたりの型温度とプレス圧との関係を示すグラフであり、（ｂ）は成形品の立ち壁を入れる流動面積による単位面積あたりの型温度とプレス圧との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係るプレス成形品の成形方法の成形品の均質性（長繊維充填性）を検証したときの透過Ｘ線写真であり、（ａ），（ｂ）は従来法による成形品の透過Ｘ線写真であり、（ｃ），（ｄ）は本発明の成形方法による成形品の透過Ｘ線写真である。
【図８】本発明の実施形態に係るプレス成形品の成形法の成形品の衝撃に対する強さ（靭性）を検証したときの図であり、（ａ）は成形した成形品の斜視図であり、（ｂ）はそのフランジ部の図であり、（ｃ）はフランジ部の一部Ｂの透過Ｘ線写真及びアイゾット衝撃試験の結果を示す表である。
【図９】本発明の実施形態に係るプレス成形品の成形方法のＧＦ高含有材に対する適用性を検証したときの図であり、（ａ）は成形した成形品の平面図であり、（ｂ）は従来法により成形した成形品のリブ部の透過Ｘ線写真であり、（ｃ），（ｄ）は本発明のプレス成形方法により成形した成形品のリブ部の透過Ｘ線写真である。
【図１０】本発明の実施形態に係るプレス成形品の成形方法の表面転写性を検証したときの図であり、（ａ）は使用した金型の表面の写真であり、（ｂ）は従来法により成形した成形品の表面の顕微鏡写真であり、（ｃ）は本発明の成形方法により成形した成形品の表面の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のプレス成形品の成形方法は、熱可塑性樹脂を用いた繊維強化複合材を原料としてプレス成形品を成形する方法であって、加熱された原料をチャージする工程と、チャージされた原料に対して加熱された金型により加圧をする工程と、加圧を保持しながら金型を冷却する工程と、金型による加圧を解放する工程と、金型からプレス成形品を取り出す工程と、を備えている。
以下、本発明のプレス成形品の成形方法について詳しく説明する。
【００１０】
（製造設備）
本発明のプレス成形品の成形方法（以下、「本プレス成形方法」という。）に用いられる製造設備は、図１に示すように、原料Ａをプレス成形する上、下金型１１，１２を備えるプレス機１と、原料Ａを加熱する加熱炉２１を備え原料Ａをプレス機１に搬送する加熱搬送路２と、プレス機１の上、下金型１１，１２に対して蒸気もしくは冷却水の供給、排出を行うマニーホールド３と、マニーホールド３に対してボイラー５から供給される蒸気もしくは冷却塔６から供給される冷却水を伝達する加熱冷却制御手段４と、を備えている。
ボイラー５と加熱冷却制御手段４は、制御弁７ａを備えた蒸気供給路７により接続されており、冷却塔６と加熱冷却制御手段４は、制御弁８ａを備えた冷却水供給路８により接続されている。加熱冷却制御手段４により各制御弁７ａ，８ａが制御され、プレス機１に対する蒸気もしくは冷却水の供給を制御して、金型１１，１２の温度制御を行っている。
【００１１】
そして、加熱搬送路２により加熱された原料Ａをプレス機１にチャージして、ボイラー５、冷却塔６及び加熱冷却制御手段４により温度制御がなされた金型１１，１２によりプレスすることで成形品Ｂを成形しており、成形された成形品Ｂは搬送装置９によって、所定の保管場所に搬送される。
【００１２】
（原料）
本プレス成形方法に用いられる原料としては、ポリプロピレン樹脂にガラス繊維を混練させてなるＧＭＴ材等の繊維強化複合材が用いられているが、繊維強化複合材に使用される熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）の他にも、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）などのポリアリーレンスルフィド、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの結晶性樹脂を用いることができる。
また、スチレン系樹脂の他、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート（ＰＡＲ）などの非晶性樹脂、その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系樹脂、およびアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体および変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００１３】
また、繊維強化複合材に使用される強化繊維としても、ガラス繊維の他に、アルミニウムなどの金属繊維や、ＰＡＮ系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維や、黒鉛繊維や、ガラスなどの絶縁性繊維や、アラミド、ＰＢＯ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレンなどの有機繊維や、シリコンカーバイト、シリコンナイトライドなどの無機繊維を用いることができる。
【００１４】
繊維強化複合材（中間基材）に対する強化繊維含有量としては、２０％から７５％程度の範囲で適宜設定することができる。物理的な強度の高い成形品を成形するために、繊維強化複合材（中間基材）に対する強化繊維含有量を５０％以上、もしくは６０％以上とすることも可能である。なお、本明細書において、含有量は質量％を示したものである。
【００１５】
（製造工程）
上記製造設備を用いて行われる本プレス成形方法は、図２に示すように、１．原料チャージ工程、２．加圧工程、３．圧力保持・冷却工程、４．圧力解放・型開放工程、５．取り出し工程、を有している。
「１．原料チャージ工程」において、プレス機１の上下の金型１１，１２は開放されており、上下の金型１１，１２間に加熱炉２１により加熱され加熱搬送路２により搬送された原料Ａがチャージされる。（ＧＭＴ材の場合には、加熱温度は２００℃程度）
一方、加熱冷却制御手段４により、制御弁７ａが開放され、ボイラー５の蒸気が蒸気供給路７、マニーホールド３を介して上、下金型１１，１２に供給されることで、本プレス成形方法における上、下金型１１，１２は、図２の点線で示す従来法による金型温度よりも高温（１２０℃以上）に加熱されている。
【００１６】
「２．加圧工程」において、油圧シリンダ等により上金型１１に徐々に加圧がなされ、加熱された上金型１１により原料Aがプレス加工される。上、下金型１１，１２によりプレスされる間は加熱冷却制御手段４による加熱制御が継続され、上、下金型１１，１２は１２０℃以上の温度を維持している。
本プレス成形方法においては、プレス加工時に上、下金型１１，１２が１２０℃以上の温度を維持しているために、加熱されて搬送された原料Ａの表面の温度低下を防ぐことができ、原料Ａの流動性を保つことができる。このため、図２の一点鎖線で示す従来法による成形圧力よりも低い圧力である１５ＭＰａ未満、好ましくは１０ＭＰａ以下、プレス加工時の上、下金型の温度等により８ＭＰａ以下、あるいは６ＭＰａ以下の単位面積あたりのプレス圧で成形することができる。さらに、本プレス成形方法においては、原料Ａの形状や大きさ等の状態に影響を受けることが少なく、また、成形する成形品の形状にかかわらず、良好なプレス成形をすることができる。
【００１７】
例えば、従来法により成形品にリブ形状Ｂ１やボス形状を成形する場合、図３（ａ），（ｂ）に示すように、原料Ａの表面Ａ１，Ａ２は金型１１，１２に当接することで温度低下がおこり、原料Ａの表面Ａ１，Ａ２の樹脂の流動性が低下してリブ形状Ｂ１を成形することが難しかった。
そのため、リブ形状やボス形状を、複数の原料Ａの継ぎ目の、原料Ａの表面Ａ１，Ａ２から離れた流動性を有する中央部分で成形することが行われていた。しかし、このような方法では、前記継ぎ目がウエルドラインとなり、強度が低下する。このため、継ぎ目に原料をさらに重ねるようにしてウエルドラインを防止するなどしていた。
【００１８】
しかし、本プレス成形方法によると、図３（ｃ）に示すように、加熱された金型１１，１２に当接する原料Ａの表面Ａ３，Ａ４は温度低下せずに樹脂の流動性を低下させることなくプレス成形ができるので、図３（ｄ）に示すように、流動性を有する原料Ａの表面Ａ４からリブ形状Ｂ１等を成形することができ、成形の自由度を増すことができる。
【００１９】
「３．圧力保持・冷却工程」において、上、下金型１１，１２による加圧状態は所定時間保持され、その間に加熱冷却制御手段４により上、下金型１１，１２の冷却が行われる。上、下金型１１，１２の冷却は、加熱冷却制御手段４により蒸気供給路７の制御弁７ａが閉鎖されてボイラー５からの蒸気の供給を停止するとともに、冷却水供給路８の制御弁８ａが開放されて冷却塔６から冷却水の供給を開始することにより行われる。冷却水はマニーホールド３を介して上、下金型１１，１２に供給され、温められた温水は冷却塔６に循環される。
【００２０】
「４．圧力解放・型開放工程」において、冷却水の供給によって上、下金型１１，１２が冷却されたのち、プレス機１の圧力を解放して、上、下金型１１，１２を開放する。
「５．取り出し工程」において、開放された金型１１，１２からプレス成形された成形品を取り出して冷却するとともに、成形品が取り出された上、下金型１１，１２は、加熱冷却制御手段４により再び加熱され、次のプレス成形に備える。
【００２１】
以上のように、本プレス成形方法においては、加熱されて搬送された原料Ａを、加熱された金型によりプレス成形することで、プレス成形時に原料ＡであるＧＭＴ材の熱可塑性樹脂の温度低下を防止することができる。そのため、原料ＡであるＧＭＴ材の形状等に影響されることなく、ＧＭＴ材全体の流動性を保ち、樹脂とガラス繊維を併せて低圧のプレス成形で流動させることができ、成形品の細部に亘ってガラス繊維を十分に充填することができ、強度にムラのない成形品を作ることができる。また、熱可塑性樹脂の流動性が低下しないのでガラス繊維の高含有なＧＭＴ材をプレス加工することができ、さらに強度を向上させることができる。
【００２２】
本プレス成形方法により成形した成形品について、従来法により成形した成形品と比較などして、本プレス成形方法による効果を検証する。
−成形品のガラス繊維の充填性−
繊維強化複合材をプレス成形して成形品を成形するに際しては、プレス成形品にガラス繊維が均等に充填されて含有されることが望ましい。
ここでは、実際のスペアタイヤパンのプレス成形を想定して、ガラス繊維の含有量が略４０％のＧＭＴ材（公称ＧＦ４０％グレードのＧＭＴ材）を原料として使用し、本プレス成形方法によりスペアタイヤパン形状品を成形し、成形したスペアタイヤパン形状品の各部位のガラス繊維含有量を測定して、プレス成形品におけるガラス繊維の充填性について検証した。なお、チャージされるＧＭＴ材は２００℃程度に加熱されている。
【００２３】
チャージしたＧＭＴ材と成形したスペアタイヤパン形状品の位置関係を図４に示す。  
図４（ａ）は、ＧＭＴ材をあまり流動させない状態（９００ｍｍ×５００ｍｍ寸法）のＧＭＴ材（以下、「９００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材」という。）９１を一枚用いた場合を示し、１は流動長が０ｍｍの地点（チャージ位置）、２は流動長が５０ｍｍの地点（成形品の端末）を示す。
図４（ｂ）は、ＧＭＴ材を大きく流動させる状態（５３０ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材二枚、５３０ｍｍ×１２５ｍｍ寸法のＧＭＴ材一枚を重ねたもの）のＧＭＴ材（以下、「５３０ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材」という。）９２を用いた場合を示し、３は流動長が０ｍｍの地点（チャージ位置）、４は流動長が５０ｍｍの地点、５は流動長が１７０ｍｍの地点（成形品の端末）を示す。
【００２４】
図４（ａ），（ｂ）に示すようにＧＭＴ材９１，９２を配置して、従来法を用いた比較例として金型温度を３５℃、８０℃とし、プレス機によりプレス圧２２０ｔｏｎ（金型の温度を３５℃とした比較例については、プレス機によるプレス圧は７９０ｔｏｎ。）でプレス成形した。一方、本プレス成形方法の実施例として金型温度を１２０℃、１６０℃とし、プレス機によりプレス圧２２０ｔｏｎでプレス成形した。
図４（ａ）の９００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材９１を原料として使用した場合のスペアタイヤパン形状品のチャージ位置（流動長０ｍｍ）及び端末位置（流動長５０ｍｍ）におけるガラス密度及び含有量％、及び、図４（ｂ）の５３０ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材９２を原料として使用した場合のスペアタイヤパン形状品のチャージ位置（流動長０ｍｍ）、中間位置（流動長５０ｍｍ）及び端末位置（流動長１７０ｍｍ）におけるガラス密度及び含有量％をそれぞれ測定して、その結果を表１−１及び表１−２に示す。
なお、本発明を検証するための試験に使用する原料として、公称ＧＦ４０％グレードのＧＭＴ材を使用しているが、実際に使用したＧＭＴ材のガラス繊維の含有量は固体により３０〜５０％程度のばらつきがあった。
【００２５】
【表１−１】
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【００２６】
【表１−２】
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【００２７】
表１−１を見ると、９００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材９１を原料として使用した場合については、比較例１、２（型温度：３５℃、プレス圧７９０ｔｏｎ）のチャージ位置（流動長０ｍｍ）でのガラス含有量％は４４．４〜４５．６であり端末位置（流動長５０ｍｍ）でのガラス含有量％が４３．３〜４４．４で、チャージ位置と端末位置とでのガラス密度の減少率（％）が０．８１〜０．８１であり、比較例３、４（型温度８０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）のチャージ位置（流動長０ｍｍ）でのガラス含有量％が４６．７〜４７．８であり端末位置（流動長５０ｍｍ）でのガラス含有量％が４５．６〜４６．７で、チャージ位置と端末位置とでのガラス密度の減少率（％）が０．７９〜０．８０であった。
これに対し、実施例１〜３（型温度：１２０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）のチャージ位置（流動長０ｍｍ）でのガラス含有量％が３５．６〜３７．８であり端末位置（流動長５０ｍｍ）でのガラス含有量％が３４．４〜３６．７で、チャージ位置と端末位置とでのガラス密度の減少率（％）が０．００〜０．８７であり、実施例４〜６（型温度１６０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）のチャージ位置（流動長０ｍｍ）でのガラス含有量％が３２．２〜３４．４であり端末位置（流動長５０ｍｍ）でのガラス含有量％が３１．１〜３３．３で、チャージ位置と端末位置とでのガラス密度の減少率（％）が０．００〜０．８９であった。
【００２８】
以上のように、９００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材９１を原料として使用した場合については、本プレス成形方法と従来法とは、共にチャージ位置（流動長０ｍｍ）と端末位置（流動長５０ｍｍ）でのガラス密度の減少率が１．０％以下に抑えられており、型温度８０℃以上であればガラス密度の減少率に顕著な差は見られなかった。
なお、比較例１、２（型温度：３５℃、プレス圧７９０ｔｏｎ）の結果から、型温度が低い場合には、プレス圧を大きくする必要がある。
【００２９】
一方、表１−２をみると、５３０ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材９２を原料として使用した場合については、比較例５、６（型温度：３５℃、プレス圧７９０ｔｏｎ）のチャージ位置（流動長０ｍｍ）でのガラス含有量％が４６．７〜４７．８であり中間（流動長５０mm）でのガラス含有量％が４１．１〜４１．１であり端末位置（流動長１７０ｍｍ）でのガラス含有量％が４１．１〜４１．１で、ガラス密度の減少率（％）が４．１３〜４．９６（すなわち、端末位置でのガラス繊維の密度の、チャージ位置でのガラス繊維の密度に対する比は、０．９５０４〜０．９５８７）であり、比較例７、８（型温度８０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）のチャージ位置（流動長０ｍｍ）でのガラス含有量％が４３．３〜４３．３であり中間（流動長５０mm）でのガラス含有量％が３８．９〜３８．９であり端末位置（流動長１７０ｍｍ）でのガラス含有量％が３８．９〜３８．９で、ガラス密度の減少率（％）が３．３６〜３．３６（すなわち、端末位置でのガラス繊維の密度の、チャージ位置でのガラス繊維の密度に対する比は、０．９６６４〜０．９６６４）であった。
これに対し、実施例７，８（型温度：１２０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）のチャージ位置（流動長０ｍｍ）でのガラス含有量％が４０．０〜４３．３であり中間（流動長５０mm）でのガラス含有量％が３８．９〜４２．２であり端末位置（流動長１７０ｍｍ）でのガラス含有量％が３８．９〜４２．２で、ガラス密度の減少率（％）が０．８２〜０．８４（すなわち、端末位置でのガラス繊維の密度の、チャージ位置でのガラス繊維の密度に対する比は、０．９９１６〜０．９９１８）であり、実施例９，１０（型温度１６０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）のチャージ位置（流動長０ｍｍ）でのガラス含有量％が４４．４〜４５．６であり中間（流動長５０mm）でのガラス含有量％が４３．３〜４４．４であり端末位置（流動長１７０ｍｍ）でのガラス含有量％が４３．３〜４４．４で、ガラス密度の減少率（％）が０．８１〜０．８１（すなわち、端末位置でのガラス繊維の密度の、チャージ位置でのガラス繊維の密度に対する比は、０．９９１９〜０．９９１９）であった。
【００３０】
以上のように、５３０ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材９２を原料として使用した場合については、本プレス成形方法では、チャージ位置（流動長０ｍｍ）と端末位置（流動長１７０ｍｍ）でのガラス密度の減少率が１．０％以下に抑えられているのに対して、従来法では、チャージ位置（流動長０ｍｍ）と端末位置（流動長１７０ｍｍ）でのガラス密度の減少率が４．０％前後と大きく、両者の間には顕著な差が確認できる。
このように、本プレス成形方法においては、金型を少なくとも１２０℃（結晶化温度程度）以上に加熱することによって、プレス成形時に原料の樹脂が金型と接触することによる温度低下が抑えられ、樹脂の流動性を低下させず樹脂とガラス繊維とを併せた状態で成形することができ、原料Ａの状態（形状、寸法等）に影響を受けることなく、成形品の端末位置にまでガラス含有量を減少させることなく（具体的には、端末位置でのガラス繊維の密度の、チャージ位置でのガラス繊維の密度に対する比が０．９以上、好ましくは０．９７以上、より好ましくは０．９９以上となるように）、成形品内に均一にガラス繊維を充填されることを可能にしている。
【００３１】
−流動面積の向上−
繊維強化複合材をプレス成形するに際しては、原料がスムーズに流動して所定範囲に広がることが望ましい。
ここでは、ガラス繊維の含有量が４０％のＧＭＴ材を原料として、本プレス成形方法によりスペアタイヤパン形状品を成形し、成形したスペアタイヤパン形状品の表面積を測定して流動面積について検証した。なお、チャージされるＧＭＴ材は２００℃程度に加熱されている。
【００３２】
本検証に使用した金型と、金型に対してチャージしたＧＭＴ材の位置関係を図５に示す。図５（ａ）は、９００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材９３を用いた場合の金型１２に対する配置状態を示し、図５（ｂ）は、上記ＧＭＴ材９３を三分割して重ねた３００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材９４を用いた場合の金型に対する配置状態を示している。
【００３３】
図５（ａ），（ｂ）に示すようにＧＭＴ材９３，９４を配置して、従来法を用いた比較例として金型温度を８０℃とし、プレス機によりプレス圧２２０ｔｏｎでプレス成形し、本プレス成形方法の実施例として金型温度を１２０℃、１４０℃、１６０℃とし、プレス機によりプレス圧２２０ｔｏｎでプレス成形した。なお、ＧＭＴ材９４における金型温度が１４０℃とした実施例２１〜２３については、プレス機によるプレス圧を２２０ｔｏｎ、２８０ｔｏｎ、３３０ｔｏｎの三段階で行った。成形されたスペアタイヤパン形状品の表面積を測定した結果を表２−１及び表２−２に示す。
【００３４】
【表２−１】
2018003433.tif 000005
【００３５】
【表２−２】
2018003433.tif 000006
【００３６】
表２−１を見ると、９００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材９３を原料として使用した場合については、比較例９，１０（型温度：８０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）の成形品の表面積は、５３２６．４〜５５９４．２ｃｍ2（平均５４６０．３１ｃｍ2）であった。
これに対し、実施例１１，１２（型温度：１２０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）の成形品の表面積は、６１２５．１〜６１４９．４ｃｍ2（平均６１３７．２２ｃｍ2）であって比較例９，１０の１．１２倍であり、実施例１３，１４（型温度：１４０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）の成形品の表面積は、６３８０．３〜６５３０．８ｃｍ2（平均６４５５．４５ｃｍ2）であって比較例９，１０の１．１８倍であり、実施例１５〜１７（型温度：１６０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）の成形品の表面積は、６５３３．０〜６９３０．５ｃｍ2（平均６７２５．７５ｃｍ2）であって比較例９，１０の１．２３倍であった。
【００３７】
以上のように、９００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材９３を原料として使用した場合について、本プレス成形方法による実施例では、比較例９，１０（型温度：８０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）に比べて、表面積が一割以上増加しており、特に、実施例１５〜１７（型温度：１６０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）は、表面積が二割以上増加することが確認できる。
【００３８】
また、表２−２をみると、３００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材の三枚重ね９４を原料として使用した場合については、比較例１１〜１３（型温度：８０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）の成形品の表面積は、４６３８．８〜４８４７．３ｃｍ2（平均４７５４．９３ｃｍ2）であった。
これに対し、実施例１８〜２０（型温度：１２０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）の成形品の表面積は、５２８７．１〜５６０６．９ｃｍ2（平均５３９８．５０ｃｍ2）であって比較例１１〜１３の１．１４倍であり、実施例２３（型温度：１４０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）の成形品の表面積は、５８２８．２ｃｍ2であって比較例１１〜１３の１．２０倍）であり、実施例２４〜２６（型温度：１６０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）の成形品の表面積は、６５１３．７〜６７２７．５ｃｍ2（平均６６２０．３０ｃｍ2）であって比較例１１〜１３の１．３９倍であった。
【００３９】
以上のように、３００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材の三枚重ね９４を原料として使用した場合についても、本プレス成形方法による実施例では、比較例１１〜１３（型温度：８０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）に比べて、表面積が一割以上増加しており、特に、実施例２４〜２６（型温度：１６０℃、プレス圧２２０ｔｏｎ）は、表面積が四割程度増加することが確認できる。
このように、金型を少なくとも１２０℃以上に加熱とすることにより、ＧＭＴ材の形状等の状態にかかわらず、より広い範囲に流動させることができ、特に、金型温度を１６０℃以上とすることで、チャージする原料の状態にかかわらず流動面積を二割以上増加させることができる。
したがって、本プレス成形方法によれば、チャージする原料の形状等のばらつきに影響を受けにくく、原料を広い範囲に流動させて安定した成形品の成形を行うことができる。
【００４０】
なお、実施例２１〜２３の想定結果から、プレス圧が高くなるに応じて流動した表面積が大きくなり、上、下金型１１、１２を加熱することでＧＭＴ材を広い範囲に流動させることができることから、さらに圧力を低減させても従来例と同等程度の十分な表面積を得ることができる。
【００４１】
−プレス圧低減−
繊維強化複合材をプレス成形して成形品を成形するに際しては、プレス成形時のプレス圧はできるだけ小さい方が設備的に小型化することができて望ましい。
ここでは、ガラス繊維の含有量が４０％のＧＭＴ材を原料として、本プレス成形方法によりスペアタイヤパン形状品を成形し、成形時のプレス圧を測定して本プレス成形方法におけるプレス圧について検証した。なお、チャージされるＧＭＴ材は２００℃程度に加熱されている。
【００４２】
本検証に使用した金型１２は、「流動面積の向上」の検証に用いたものと同じものを用いた。ＧＭＴ材として、９００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材の一枚をチャージしたものと、ＧＭＴ材を三分割して重ねた３００ｍｍ×５００ｍｍ寸法のＧＭＴ材の三枚重ねでチャージしたものを用いて、金型の温度を３５℃、８０℃、１２０℃、１４０℃にして、成形品の板厚を３ｍｍに成形するためのプレス圧を計測した。
プレス圧とそのときの成形品の立ち壁を面積として算入しない投影面積及び立ち壁を面積として算入する流動面積を測定して、表３−１及び表３−２に示す。単位面積あたりのプレス圧は、プレス圧を投影面積及び流動面積で除算して求めた。
また、表３−１及び表３−２の型温度（℃）を横軸とし、単位面積あたりのプレス圧（ｋｇ／ｃｍ2）を縦軸として、各計測の値をグラフにして図６（ａ）（ｂ）に示す。
【００４３】
【表３−１】
2018003433.tif 000007
【００４４】
【表３−２】
2018003433.tif 000008
【００４５】
図６（ａ）を見ると、単位面積あたりのプレス圧は、型温度が高くなるについて低くなっており、投影面積については、チャージしたＧＭＴ材の状態にかかわらず、型温度が１２０℃以上になると単位面積あたり８０ｋｇ／ｃｍ2（≒８．１６ＭＰａ）以下のプレス圧によって成形が可能となっている。
さらに、型温度を１４０℃以上とすることにより、さらに低圧（６ＭＰａ以下）でのプレス加工が可能となる。
【００４６】
従来のプレス面圧としては、１５ＭＰａ以上の単位面積あたりのプレス圧が必要なことが多かったことから考えると、本プレス成形方法によって、従来法による成形圧力よりも低い圧力である１５ＭＰａ未満、好ましくは１０ＭＰａ以下、プレス加工時の上、下金型の温度等により８ＭＰａ以下、あるいは６ＭＰａ以下と、単位面積あたりのプレス圧を大幅に減少することができる。
したがって、本プレス成形方法によれば、チャージする原料の形状等に影響を受けることなく、比較的小さなプレス圧で成形品を成形することができ、比較的小型のプレス機による成形を可能としている。
【００４７】
−成形品の均質性（長繊維充填性）−
繊維強化複合材をプレス成形するに際しては、プレス成形品の末端部にまで長繊維が充填され、成形品の全体において長繊維の充填状態が均一であることが好ましい。
ここでは、ガラス繊維の含有量が４０％のＧＭＴ材を原料として、本プレス成形方法により平板状の成形品を成形し、成形した成形品内の長繊維の充填状態を透過Ｘ線により観察し、長繊維の充填性について検証した。なお、チャージされるＧＭＴ材は２００℃程度に加熱されている。
【００４８】
本検証に使用した金型は、２５０ｍｍ×１５０ｍｍ寸法の平板金型であり、平板金型に対して１１０ｍｍ×７０ｍｍ寸法のＧＭＴ材を４枚重ねてチャージした。原料のＧＭＴ材のチャージ箇所を平板金型の中央位置と左下端部の２カ所に設定し、従来法を用いた比較例として金型温度を４０℃としプレス面圧を３．８ＭＰａとしてプレス成形し、本プレス成形方法の実施例として金型温度を１６０℃としプレス面圧を３．８ＭＰａとしてプレス成形して、それぞれ平板状の成形品を成形した。
【００４９】
比較例と実施例によって成形した平板状の成形品の透過Ｘ線写真を、図７に示す。図７（ａ）は、ＧＭＴ材Ａのチャージ箇所を成形品の中央部分とした比較例であり、図７（ｂ）は、ＧＭＴ材Ａのチャージ箇所を成形品の左下端部とした比較例であり、図７（ｃ）は、ＧＭＴ材Ａのチャージ箇所を成形品の中央部分とした実施例であり、図７（ｄ）は、ＧＭＴ材Ａのチャージ箇所を成形品の左下端部とした実施例である。
【００５０】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に見られるように、比較例においては、ＧＭＴ材Ａのチャージ箇所を成形品の中央部分とした場合と同左下端部とした場合のいずれにおいても流動末端部に長繊維の未充填の部分ａ−１〜ａ−３（図７（ａ））、ｂ−１，ｂ−２（図７（ａ））が発生していた。
これに対して、本プレス成形方法による実施例は、チャージ箇所をいずれにした場合においても、長繊維の未充填の箇所は認められず、成形品の端部にまで十分な長繊維が充填されることが確認できた。
このように、本プレス成形方法のように金型温度を１６０℃以上とすることで、ＧＭＴ材Ａの熱可塑性樹脂の流動性が高く保たれ、混入した長繊維を熱可塑性樹脂とともに流動させ、プレス面圧を低く設定しても成形品の端部にまで均一に充填することができる。
【００５１】
−成形品の衝撃に対する強さ（靭性）−
繊維強化複合材をプレス成形して成形される成形品は、リブ等の細部にまで繊維が十分に充填されることにより、衝撃に対する強さを確保することができる。
ここでは、ガラス繊維の含有量が４０％のＧＭＴ材を原料として、本プレス成形方法により成形品を成形し、成形した成形品のリブ部分に対して衝撃試験を行い、本プレス成形方法による成形品の耐衝撃性について検証した。なお、チャージされるＧＭＴ材は２００℃程度に加熱されている。
【００５２】
従来法による比較例として、金型温度を８０℃としプレス圧４５Ｋg／ｃｍ2とし、本プレス成形方法の実施例として金型温度を１６０℃としプレス圧４５Ｋg／ｃｍ2として、それぞれ図８（ａ）に示す成形品をプレス成形し、成形品のフランジ部Ｂ（図８（b））から試験片Ｃを採取した。
それぞれの試験片Ｃに対してアイゾット衝撃試験を行い、流動末端部の物性比較を実施して耐衝撃性を検証した。上記比較例と実施例についての、アイゾット衝撃試験の結果及び破壊後の試験片Ｃの透過Ｘ線写真を図８（ｃ）に示す。
【００５３】
図８（ｃ）の破壊後の試験片Ｃの透過Ｘ線に見られるように、従来法による比較例では、フランジ部Ｂには十分な長繊維が充填されず、試験片Ｃに対するアイゾット衝撃試験による数値はＧＭＴ標準値の約１／４程度（１９７Ｊ／ｍ）に低下している。
これに対して、本プレス成形方法では、フランジ部Ｂの端部にまで長繊維が充填されており、試験片Ｃに対するアイゾット衝撃試験による数値はＧＭＴ標準値と略同等（９１４Ｊ／ｍ）であることが分かった。
【００５４】
以上のことから、本プレス成形方法によれば、成形される成形品にフランジやリブ等の細部があっても、細部の末端部に到るまでガラス繊維を十分充填することができ、細部の強度を低下させることがないことが確認された。
【００５５】
−ＧＦ高含有材に対する適用性−
従来のプレス成形法では、熱可塑性樹脂にガラス繊維等強化繊維が高含有率で含まれる繊維強化複合材をプレス成形して成形品の細部にまで強化繊維を充填させることが難しく、使用できる繊維強化複合材の強化繊維含有量は５０％程度が限度であった。
本プレス成形方法によれば、繊維強化複合材の強化繊維含有量を２０％から７５％程度の範囲で適宜設定することができる。物理的な強度の高い成形品を成形するために、強化繊維含有量を５０％以上、もしくは６０％以上とすることも可能である。
ここでは、ガラス繊維の含有量が６０％のＧＭＴ材を原料として、本プレス成形方法によりトレイ形状の成形品を成形し、成形した成形品の機械的物性を評価し、本プレス成形方法のＧＦ高含有材に対する適用可能性について検証した。なお、チャージされるＧＭＴ材は２００℃程度に加熱されている。
【００５６】
従来法による比較例として、金型温度８０℃としプレス圧２００Ｋg／ｃｍ2とし、本プレス成形方法による実施例として、金型温度１５０℃としプレス圧２００Ｋg／ｃｍ2とし、それぞれ図９（ａ）に示すトレイ形状の成形品を成形した。
成形したトレイ形状の成形品の厚さの異なる４つのリブ部Ｒ１（ｔ＝４ｍｍ），リブ部Ｒ２（ｔ＝３ｍｍ），リブ部Ｒ３（ｔ＝２ｍｍ），リブ部Ｒ４（ｔ＝５ｍｍ）について、透過Ｘ線で繊維の充填状況を観察した。図９（ｂ）は、従来法による前記比較例で成形した成形品のリブ部Ｒ１乃至リブ部Ｒ４の透過Ｘ線写真であり、図９（ｃ）は、本プレス成形方法による前記実施例で成形した成形品のリブ部Ｒ１乃至リブ部Ｒ４の透過Ｘ線写真である。さらに、図９（ｄ）は、ガラス繊維の含有量が６５％のＧＭＴ材を原料として、本プレス成形方法による実施例で成形した成形品のリブ部Ｒ１乃至リブ部Ｒ４の透過Ｘ線写真である。
【００５７】
図９（ｂ）に示すように、比較例のプレス成形では、全ての厚さのリブ部Ｒ１乃至リブ部Ｒ４の先端部でガラス繊維が十分に充填されていないことが確認でき、特に、幅寸法が小さいリブほどその減少は顕著であった。一方、図９（ｃ）に示すように、本プレス成形方法を用いて成形されたトレイの各リブ部Ｒ１乃至リブ部Ｒ４は、幅寸法の小さいものであっても十分なガラス繊維の充填が認められた。さらに、図９（ｄ）に示すように、ガラス繊維の含有量が６５％のＧＭＴ材を原料として使用した成形品にあっても、各リブ部Ｒ１乃至リブ部Ｒ４には、十分なガラス繊維の充填が認められた。
繊維強化複合材による成形品については、ガラス繊維の含有量が多いほど物理的な強度（引っ張り強度、曲げ強度、アイゾッド衝撃強度、パンクチャー衝撃強度等）は向上することから、本プレス成形方法によって、より強度の高い成形品の成形が可能となった。
【００５８】
−表面転写性−
繊維強化複合材をプレス成形して成形される成形品においても、その他の工業製品同様にその表面は美しく、なめらかであることが望まれる。
ここでは、本プレス成形方法及び従来法により、ガラス繊維の含有量が３０％のＧＭＴ材を原料として成形品を成形して、両成形品の表面の状態を顕微鏡により観察し、両者を比較して本プレス成形方法により成形した成形品の表面転写性について検証した。なお、チャージされるＧＭＴ材は２００℃程度に加熱されている。
【００５９】
従来法による比較例として、金型温度８０℃としプレス面圧４０Ｋg／ｃｍ2（プレス圧：３６ｔｏｎ）とし、本プレス成形方法による実施例として、金型温度１２０℃としプレス面圧４０Ｋg／ｃｍ2（プレス圧：３６ｔｏｎ）として、それぞれ成形品を成形した。金型として、図１０（ａ）に示す、シボパターンＭＴＪ−６０５、深さ１４０μｍのシボ金型を使用した。
比較例及び実施例により成形した成形品の表面の顕微鏡写真を図１０（ｂ），（ｃ）に示す。
【００６０】
図１０（ｂ）に見られるように、金型を８０℃に加熱した比較例では、成形品の表面にはガラス繊維の浮きやシボ欠け等が見られた。一方、図１０（ｃ）に見られるように、本プレス成形方法の従来例により成形した成形品の表面にはガラス繊維の浮きやシボ欠け等は見られず、外観はなめらかで良好であった。
なお、加熱したＧＭＴ材の表面温度１８５〜１９５℃の範囲とすることにより、外観見栄えがよく、好ましい。
以上のように、本プレス成形方法によれば、成形品の表面にガラス繊維の浮きやシボ欠けが生じるのを抑制し、表面を良好にすることができる。
【００６１】
以上、本発明のプレス成形方法は、加熱したＧＭＴ材（中間基材）を、加熱した金型によりプレスして加圧状態を保持することにより、加熱されたＧＭＴ材の温度を金型との接触により低下させることなく成形するので、ＧＭＴ材の熱可塑性樹脂とガラス繊維の流動性を維持することができ、「成形品のガラス繊維の充填性」、「流動面積の向上」、「プレス圧低減」、「成形品の均質性（長繊維充填性）」、「成形品の衝撃に対する強さ（靭性）」、「ＧＦ高含有材に対する適用性」、「表面転写性」について、従来法に比較して、優れた効果を有するものである。
【００６２】
そして、金型の加熱温度を少なくとも１２０℃（結晶化温度程度）以上とすることにより、従来法では、比較的面積の小さいＧＭＴ材に対しては、成形品のガラス含有量の減少率が４％程度であったものが、そのガラス含有量の減少率を、１％以下に抑えることができ、成形品のガラス繊維の充填性において特に優れた効果を有するものである。
このことは、本発明のプレス成形方法によれば、原料であるＧＭＴ材の形状等状態に影響を受けることなく、安定した成形品を成形することができることを意味するものであり、本発明のプレス成形方法により、不良品の発生を抑えて生産効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１              ：プレス機
１１            ：上金型
１２            ：下金型
２              ：加熱搬送路
２１            ：加熱炉
３              ：マニーホールド
４              ：加熱冷却制御手段
５              ：ボイラー
６              ：冷却塔
７              ：蒸気供給路
７ａ            ：制御弁
８              ：冷却水供給路
８ａ            ：制御弁
９              ：搬送装置
A              ：原料
Ｂ              ：成形品
【図１】
2018003433.tif 000009
【図２】
2018003433.tif 000010
【図３】
2018003433.tif 000011
【図４】
2018003433.tif 000012
【図５】
2018003433.tif 000013
【図６】
2018003433.tif 000014
【図７】
2018003433.tif 000015
【図８】
2018003433.tif 000016
【図９】
2018003433.tif 000017
【図１０】
2018003433.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月15日(2018.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂中に強化繊維が混練分散してなる中間基材を、金型によりプレス成形してプレス成形品を成形する方法であって、前記プレス成形品の成形方法は、
加熱した中間基材を、１２０℃以上１４０℃未満に加熱した前記金型により８．１６ＭＰａ以下の単位面積あたりのプレス圧でプレスして加圧し、又は、１４０℃以上１６０℃以下に加熱した前記金型により６ＭＰａ以下の単位面積あたりのプレス圧でプレスして加圧し、加圧状態を保持する工程と、
加圧状態を保持しながら前記金型を冷却する工程と、
前記金型を冷却後にプレス圧を解放する工程と、
を含み、
プレス成形された前記中間基材の流動長１７０ｍｍの位置での前記強化繊維の密度の、前記中間基材の流動長０ｍｍの位置での前記強化繊維の密度に対する比は、０．９以上である、プレス成形品の成形方法。
【請求項２】
前記中間基材中の前記強化繊維の含有量は２０％〜７５％である、請求項１に記載のプレス成形品の成形方法。
【国際調査報告】
2018003433.tif 000019
2018003433.tif 000020
2018003433.tif 000021
2018003433.tif 000022