(57)【要約】【課題】繊維構造物を埋設した樹脂成形品に、気泡に起因した内部欠損を容易に防止することが可能な樹脂成形品の製造方法と、気泡に起因した内部欠損をより低減した樹脂成形品と、を提供する。【解決手段】繊維構造物を金型１１のキャビティ１２内に収容し、超臨界流体を注入した熱可塑性樹脂からなる樹脂成分２１の溶融樹脂を、キャビティ１２内に射出することで、繊維構造物を埋設した状態で樹脂成形体２０を成形しており、超臨界流体として超臨界二酸化炭素を用い、超臨界流体を樹脂成分に対して０．０１〜０．０４ｗ／ｗｔ％の割合で注入している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維構造物を樹脂成分中に埋設した樹脂成形体の製造方法であって、
前記繊維構造物をキャビティ内に収容し、超臨界流体を注入した熱可塑性樹脂からなる前記樹脂成分の溶融樹脂を、前記キャビティ内に射出して成形する、樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記超臨界流体を前記樹脂成分に対して０．０１〜０．０４ｗ／ｗｔ％の割合で注入する、請求項１に記載の樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
前記溶融樹脂を前記キャビティ内に充填後に、３０〜５０ＭＰａの保圧を行いつつ前記熱可塑性樹脂の固化温度以下に成形型を急冷する、請求項１又は２に記載の樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
繊維構造物が樹脂成分中に埋設された樹脂成形品であって、
前記繊維構造物は、３．０ｍｍ以下の厚み及び３５％以上の間隙率を有して直径２０〜１００００００ｎｍの繊維の不織布又は織布からなり、
前記樹脂成分は、３００℃、１．２Ｋｇにおけるボリュームフローレート（ＭＶＲ）が１０〜５０ｃｍ３／１０ｍｉｎを有する非晶性熱可塑性樹脂からなり、
超臨界流体が溶解及び分散された前記非晶性熱可塑性樹脂により前記不織布又は織布がインサート成形されてなる、樹脂成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維構造物を埋設した樹脂成形品を製造する方法と、繊維構造物を埋設した樹脂成形品と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維構造物を埋設した樹脂成形品を製造するために、例えば下記特許文献１に記載された成形方法が提案されている。
特許文献１では、繊維クロス、マット等を金型のキャビティ内に収容し、複数のゲートから加圧した溶融樹脂を断続的に注入していた。溶融樹脂を注入する際、金型のキャビティ内を減圧したり、溶融樹脂に超音波振動を与えつつ注入したりすることで、溶融樹脂を繊維構造物の内部まで浸透させていた。
【０００３】
また下記特許文献２では、繊維束と熱可塑性樹脂からなる積層体を加熱及び加圧する工程の前またはその工程と同時に、積層体の内部の間隙に存在する空気を不活性ガスで置換させたり、成形を不活性ガスの雰囲気下で行ったりすることで、繊維間や繊維と熱可塑性樹脂の界面にボイドが生じることを防止してプレプリグを製造していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−０５３３９２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０３７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の方法により繊維構造物を埋設した樹脂成形品を製造するには、例えば特許文献１では、溶融樹脂を高圧で加圧注入したり、金型内を減圧したり、溶融樹脂に超音波振動を与えたりすることが必要であった。そのため溶融樹脂を繊維構造物の内部まで浸透させて内部欠損を十分に低減するには、手間を要し、専用の大型の設備を必要としていた。
また特許文献２では、繊維束に不活性ガスを前もって含浸させたり、成形時に積層体の内部の間隙に存在する空気を不活性ガスで置換させたりすることが必要であった。そのため繊維間や繊維と熱可塑性樹脂の界面のボイドを十分に低減するには成形時間が長くなり易く、生産性が低下し易かった。
【０００６】
そこで本発明では、繊維構造物を埋設した樹脂成形品に、気泡に起因した内部欠損を容易に防止することが可能な樹脂成形品の製造方法と、気泡に起因した内部欠損をより低減した樹脂成形品と、を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の樹脂成形品の製造方法は、繊維構造物を樹脂成分中に埋設した樹脂成形体を製造するにあたり、繊維構造物をキャビティ内に収容し、超臨界流体を注入した熱可塑性樹脂からなる樹脂成分の溶融樹脂を、キャビティ内に射出して成形する方法である。
【０００８】
本発明の樹脂成形品の製造方法では、超臨界流体を樹脂成分に対して０．０１〜０．０４ｗ／ｗｔ％の割合で注入するのが好適である。
【０００９】
さらに本発明の樹脂成形品の製造方法では、溶融樹脂をキャビティ内に充填後に、３０〜５０ＭＰａの保圧を行いつつ熱可塑性樹脂の固化温度以下に成形型を急冷するのがよい。
【００１０】
本発明の樹脂成形品は繊維構造物が樹脂成分中に埋設された樹脂成形品であって、繊維構造物は３．０ｍｍ以下の厚み及び３５％以上の間隙率を有して直径２０〜１００００００ｎｍの繊維の不織布又は織布からなり、樹脂成分は３００℃、１．２Ｋｇにおけるボリュームフローレート（ＭＶＲ）が１０〜５０ｃｍ３／１０ｍｉｎを有する非晶性熱可塑性樹脂からなり、超臨界流体が溶解及び分散された非晶性熱可塑性樹脂により不織布又は織布がインサート成形されてなるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の繊維構造物を埋設した樹脂成形体の製造方法によれば、繊維構造物が収容されたキャビティ内に、超臨界流体を注入した溶融樹脂を射出するので、超臨界流体を溶融樹脂に分散、溶解することで溶融樹脂の可塑化を促進できる。そのためキャビティ内で溶融樹脂が繊維構造物の繊維間の間隙に浸透し易く、大きな気泡が残留し難い。よって、超臨界流体を溶融樹脂に分散、溶解して射出することで、気泡に起因した樹脂成形品の内部欠損を容易に防止することが可能である。
【００１２】
本発明の繊維構造物を埋設した樹脂成形体によれば、所定の繊維構造物が超臨界流体を溶融樹脂に分散、溶解した樹脂成分中に埋設されているので、繊維構造物の繊維間や繊維構造物と周囲の樹脂成分との境界に大きな気泡などの樹脂成形品の内部欠損を防止できる。これにより樹脂成形品の曲げ等の剛性を向上でき、また繊維構造物の配置方向に沿う線膨張係数を低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る樹脂成形体を製造するための成形装置の要部の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成形装置により製造された樹脂成形体を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
この実施形態では、繊維構造物を埋設した樹脂成形体の製造方法について、図１に示すように製造装置１０を用いて、図２に示すような平坦又は立体形状を有するパネル状の樹脂成形体２０を製造する例を用いて説明する。
【００１５】
図１に示す製造装置１０は、固定型１１ａ及び可動型１１ｂとの間にキャビティ１２が設けられた金型１１と、金型１１のキャビティ１２内に溶融樹脂を射出可能な射出装置１５と、を備えている。
金型１１には、溶融樹脂をキャビティ１２に導く流路が設けられ、また各型面を加熱及び冷却可能な温度調整機構１３が装着されている。
射出装置１５には、樹脂供給部１６から供給された樹脂材料を加熱溶融し、所定の射出圧で溶融樹脂を金型１１のキャビティ１２に射出する射出部１７と、射出部１７に接続されて超臨界流体を溶融樹脂に供給する超臨界流体供給部１８と、超臨界流体供給部１８から供給された超臨界流体を射出部１７中の溶融樹脂に溶解及び分散するスクリュー１７ａと、が設けられている。
【００１６】
本実施形態において、このような製造装置１０を用いて、繊維構造物２１を樹脂成分２２中に埋設した樹脂成形体２０を製造するには、繊維構造物２１をキャビティ１２内に収容し、超臨界流体を注入した熱可塑性樹脂からなる樹脂成分２２の溶融樹脂を、キャビティ１２内に射出して成形する。
【００１７】
本実施形態における繊維構造物２１は、繊維直径が２０〜１００００００ｎｍの多数の繊維が一体化された不織布又は織布からなるものを用いることができる。繊維構造物２１を構成する繊維は、例えばガラス繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維などを適宜選択できる。
【００１８】
繊維構造物２１としては、３．０ｍｍ以下の厚みを有するとともに、３５％以上の間隙率を有しているのがよい。繊維構造物２１の厚みが過剰に薄いと本技術の適用有無による差異が生じ難く、一方、過剰に厚いと、繊維構造物２１内部への溶融樹脂の十分な充填が難しくなる。また繊維構造物２１の間隙率が過剰に小さいと、溶融樹脂の十分な充填が難しくなり易く、一方、過剰に大きいと射出成形時の樹脂の流れによって繊維構造物２１が破損する恐れがある。
繊維構造物２１の大きさ及び使用量は、目的製品の用途に応じて必要な剛性や線膨張係数を実現できるように適宜設定可能であり、１枚の不織布又は織布であってもよく、複数の不織布又は織布であってもよい。
【００１９】
本実施形態における樹脂成分２２は、密度１．１８〜１．２２ｇ／ｃｍで、３００℃、１．２Ｋｇにおけるボリュームフローレート（ＭＶＲ）が１０〜５０ｃｍ３／１０ｍｉｎの範囲の非晶性熱可塑性樹脂が好ましい。ボリュームフローレート（ＭＶＲ）が過剰に小さいと繊維構造物２１への溶融樹脂の充填が困難になり易い。
【００２０】
このような樹脂成分２２としては、例えばポリカーボネート、アクリル、これらのポリマーアロイなどを挙げられる。
また樹脂成分２２の溶融樹脂の射出時のノズル温度は２８０〜３００℃、射出圧力は１００〜２００ＭＰａのように設定してもよい。
さらに溶融樹脂の射出速度は２０〜６０ｍｍ／ｓのように設定してもよい。
【００２１】
本実施形態における超臨界流体としては、超臨界二酸化炭素を用いることができる。超臨界流体の圧力は、例えば溶融樹脂の圧力に対して高い値、例えば１０〜３０ＭＰａのようにしてもよい。
【００２２】
本実施形態では、超臨界流体を樹脂成分２２に対して０．０１〜０．０４ｗ／ｗｔ％の割合で注入するのがよい。この注入割合は、一般的に多孔質体に溶融樹脂を含浸させる際に注入される超臨界流体の量に比べて微量である。この超臨界流体を樹脂成形体２０の重量に対する注入割合が過剰に多いと発泡し易く、一方、過剰に少ないと、超臨界流体による塑性化や流動性が不足する。
【００２３】
本実施形態では、これらの繊維構造物２１、樹脂成分２２、超臨界流体を用いて、図１に示す製造装置１０により樹脂成形品を製造することができる。
まず、予め樹脂成分２２の樹脂材料を樹脂供給部１６から射出部１７に供給し、所定の射出温度に加熱溶融しておく。また金型１１のキャビティ１２内に繊維構造物２１をインサートして所定位置に係支した状態で、型締めしておく。
【００２４】
射出直前に金型１１の温度調整機構１３により固定型１１ａ及び可動型１１ｂのキャビティ１２を囲む型面を、急加熱して樹脂成分２２に応じた温度に昇温する。この実施形態では、１４０〜１８０℃に昇温する。型面温度が過剰に低いと繊維構造物２１への樹脂充填不良となり易く、過剰に高いと繊維構造物２１の材質によっては、繊維構造物２１が変質する恐れがある。
【００２５】
この状態で超臨界流体供給部１８から超臨界流体を射出部１７内の溶融樹脂に供給し、できるだけ均一になるようにスクリュー１７ａで混錬して溶融樹脂中に溶解及び分散する。
これとともに樹脂供給部１６から超臨界流体が溶解及び分散された溶融樹脂をキャビティ１２内に射出する。これらの射出時の各条件は、できるだけ超臨界流体が溶融樹脂中に溶解及び分散できるように適宜設定するのがよい。
【００２６】
溶融樹脂をキャビティ１２内に充填した後には、温度調整機構１３により各型面を熱可塑性樹脂の固化温度以下に急冷することが好ましい。本実施形態では５０〜９０℃に急冷している。これにより発泡を抑えて微細気泡が均一に溶解及び分散した状態で成形することができ、成形して各型面形状を精度よく転写することができる。
【００２７】
この冷却時には保圧を行うことが望ましく、通常の射出成形のように設定される圧力で保圧を行う。これにより、例えば樹脂成形体表面の発泡を抑えることができ、透明性の低下を防止できる。保圧の圧力が過剰に低いと成形体が発泡し易く、一方、過剰に高いとバリ等の成形不良が生じ易い。本実施形態では３０〜５０ＭＰａの保圧を行う。この実施形態の圧力は、通常の超臨界流体を利用した発泡成形を基準にして行われる保圧に比べて高圧にしている。
【００２８】
その後、型開きして取り出すことで、図２に示すように、不織布又は織布からなる繊維構造物２１が、超臨界流体を溶解及び分散した樹脂成分２２の非晶性熱可塑性樹脂に埋設された樹脂成形体２０を製造することができる。
【００２９】
以上のようにして樹脂成形体２０を製造すれば、繊維構造物２１が収容されたキャビティ１２内に、超臨界流体を注入した溶融樹脂を射出するので、溶融樹脂に超臨界流体を溶融樹脂に分散、溶解することで溶融樹脂の可塑化を促進でき、例えば粘度等の物性値を調整することもできる。
特にこの実施形態では、多孔質体に溶融樹脂を含浸させる際に通常用いられる量よりも微量の超臨界流体を用いるとともに、通常用いられる保圧よりも高い圧力で保圧を行っている。
そのためキャビティ１２内で溶融樹脂が繊維構造物２１の繊維間の間隙に浸透し易く、大きな気泡が残留し難い。これにより気泡に起因した樹脂成形品の内部欠損を防止することが可能である。しかも超臨界流体を溶融樹脂に注入して射出すればよいため、容易に内部欠損を防止することができる。
【００３０】
また超臨界流体を注入した溶融樹脂を金型１１に射出するため、金型１１の型面形状の転写精度を向上させることが可能である。特に、溶融樹脂に超臨界流体を注入することで、樹脂の可塑化を促進することができるため、射出成形することで繊維構造物２１の繊維間に十分に溶融樹脂を含浸することができ、例えば繊維構造物２１が成形時に損傷を受けたり、変形したりするようなことを防止でき、繊維構造物２１による所期の効果を確実に実現することができる。また内圧の過剰な上昇を抑制できるため、金型１１の耐用時間を延長することもできる。
【００３１】
このようにして製造された樹脂成形体２０によれば、所定の繊維構造物２１が所定の樹脂成分２２中に埋設されていて、繊維構造物２１の繊維間や繊維構造物２１と周囲の樹脂成分２２との境界に大きな気泡などが存在しないため、樹脂成形品の曲げ等の剛性を向上でき、また繊維構造物２１の配置方向に沿う線膨張係数を低減することが可能である。例えばドアパネル、ルーフパネル、ボンネットパネル、フェンダーパネル等の車両外装パネルのような外装部品として使用すると、外装部品の剛性を確保できる。
【００３２】
また超臨界流体を溶解及び分散した樹脂により成形されることで、樹脂成形体２０の軽量化を図り得ることに加え、剛性を確保できるため外装部品を薄肉化することができることから、一層の軽量化を図ることができる。
例えば厚み２．８ｍｍで、テンシロン型引張試験機により測定される剛性値が４６の従来の車両の外装パネルが単位面積当たりの質量が２．９ｋｇ／ｍ２であったところ、本実施形態のように類似の樹脂に超臨界流体を注入して成形することで、厚み２．２ｍｍで剛性値を４８にすることができ、単位面積当たりの質量を２．７ｋｇ／ｍ２にすることができるとすると、板厚を０．６ｍｍ低減でき、質量を０．２ｋｇ／ｍ２低減することができる。
【００３３】
さらに線膨張係数を低減できることで、例えば昇温を伴う各種の後工程における処理が容易になり、車両使用時の温度変改による変形を防止することもできる。
なお上記実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。例えば樹脂成形体２０の形状や厚みは何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
この実施例では、内部に縦４ｃｍ、横２ｃｍ、厚み０．１ｃｍの四角形形状の繊維構造物２１が埋設されて、縦２８ｃｍ、横８ｃｍ、厚み０．４ｃｍの四角形の平板形状の樹脂成形体２０を製造した。
【００３５】
（繊維構造物）
繊維直径が２０〜５０ｎｍの木質繊維の不織布からなる繊維構造物２１を準備した。繊維構造物２１の厚みは０．５〜０．７ｍｍで、間隙率が４５〜５５％であった。
【００３６】
（樹脂成分）
３００℃、１．２Ｋｇにおけるボリュームフローレート（ＭＶＲ）が１５ｃｍ３／１０ｍｉｎ、密度１．２ｇ／ｃｍ３のポリカーボネート樹脂からなる熱可塑性樹脂を用いた。射出装置１５内において、溶融樹脂の温度は３００℃で、圧力は１００ＭＰａとした。
【００３７】
（超臨界流体）
二酸化炭素の超臨界流体を、樹脂成形体２０に対して０．０３ｗ／ｗｔ％の割合で用いた。射出装置１５内において、二酸化炭素の超臨界流体の圧力を１７．５ＭＰａとした。
射出装置１５から射出される溶融樹脂中に略均一に溶解及び分散されていることを目視により確認した。
【００３８】
（樹脂成形品の製造）
これらの繊維構造物２１、樹脂成分２２、超臨界流体を用い、図１に示す製造装置１０により樹脂成形品を製造した。
金型１１のキャビティ１２内に繊維構造物２１を配置した状態で型締めし、射出直前に型面を１５０℃に昇温した。
超臨界流体供給部１８から超臨界流体を溶融樹脂に供給してスクリュー１７ａにより、できるだけ均一になるように溶解及び分散した溶融樹脂を、射出部１７からキャビティ１２内に射出した。
【００３９】
射出時の各条件は、射出速度３０ｍｍ／ｓ、射出圧力１５０ＭＰａとした。
溶融樹脂をキャビティ１２内に充填後、３０ＭＰａの保圧を行いつつ、各型面を８０℃に急冷した。
その後、型開きして実施例１の樹脂成形体２０を得た。
【００４０】
（測定）
このようにして製造された樹脂成形体２０の全光線透過率、ヘイズ値および曲げ弾性率を測定した。測定はテンシロン型万能試験機（株式会社エイ・アンド・デイ）を用いて行った。
【００４１】
測定の結果、全光線透過率が８０．３、ヘイズ値が２８．９、曲げ弾性率が３６５０ＭＰａであった。
【００４２】
［比較例１］
超臨界流体を射出部１７に供給しない他は、全て実施例１と同様にして樹脂成形体２０を製造した。
測定の結果、全光線透過率が７２．１、ヘイズ値が５１．５、曲げ弾性率が１４８０ＭＰａであった。
この結果、溶融樹脂に超臨界流体を供給して製造した実施例１の樹脂成形体２０は樹脂成分２２と繊維構造物２１の層間密着度合いが優れていることが確認できた。
【符号の説明】
【００４３】
１０  製造装置
１１  金型
１１ａ  固定型
１１ｂ  可動型
１２  キャビティ
１３  温度調整機構
１５  射出装置
１６  樹脂供給部
１７  射出部
１７ａ  スクリュー
１８  超臨界流体供給部
２０  樹脂成形体
２１  繊維構造物
２２  樹脂成分
【図１】
2019077099.tif 000003
【図２】
2019077099.tif 000004