(57)【要約】【課題】真空ボイドの抑制されたウォーターアシスト成形品を提供すること。【解決手段】ウォーターアシスト成形品を樹脂材料と強化繊維とで構成し、このうち強化繊維の平均繊維長が５０μｍ以上２００μｍ以下であるようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型のキャビティに注入された流体状の成形材料中に液体を圧入することで中空部を形成するウォーターアシスト成形法で成形されてなり、
前記成形材料が冷却固化されてなる壁部を備え、
前記壁部は、樹脂材料と強化繊維とを含み、
前記強化繊維の平均繊維長は５０μｍ以上２００μｍ以下であるウォーターアシスト成形品。
【請求項２】
前記壁部の肉厚は、１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１に記載のウォーターアシスト成形品。
【請求項３】
前記樹脂材料と前記強化繊維との質量の和を１００質量％としたときに、前記強化繊維を１０質量％以上５０質量％以下含む請求項１または請求項２に記載のウォーターアシスト成形品。
【請求項４】
前記強化繊維は前記壁部中においてランダムに配向している請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のウォーターアシスト成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウォーターアシスト成形法と呼ばれる成形方法で得られた成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空部を有する樹脂成形品を成形する場合、ガスアシスト成形法と呼ばれる成形方法を選択するのが一般的である。ガスアシスト成形法とは、射出成形法の一種であり、成形型のキャビティに注入された流体状の成形材料中に気体を圧入することで、成形品に中空部を形成し得る。以下、必要に応じて、流体状の成形材料を溶融成形材料と呼ぶ。また、成形品の中空部に対応するキャビティ内の部分を中空予定部と呼ぶ。
【０００３】
しかしガスアシスト成形法においては、キャビティ内に溶融成形材料を注入し、さらに、キャビティの中空予定部に気体を圧入することで、中空予定部に既に存在していた溶融成形材料を流動させる。換言すると、ガスアシスト成形法によると、溶融成形材料を気体の押圧力によって流動させることで、成形品の中空部を形成する。このため、溶融成形材料が流動し難い材料であれば、溶融成形材料を気体による大きな力で押圧する必要がある。このとき気体に対しては、溶融成形材料からの大きな反力、つまり圧縮方向の大きな力が作用する。成形品を樹脂材料と強化繊維とで構成する場合等には、溶融成形材料が流動し難くなるため、成形時において気体に作用する圧縮方向の力もまた、過大になり易い。気体は比較的体積変化し易く、圧縮時における体積変化量もまた大きい。したがって、気体に作用する圧縮方向の力が過大であると、気体の圧縮量が過大になり、成形品に望みどおりの大きさの中空部を形成し難い場合がある。
【０００４】
気体に換えてキャビティ内の中空予定部に液体を圧入するウォーターアシスト成形法（ＷＩＴ：Ｗａｔｅｒ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。液体は気体よりも圧縮し難いため、ウォーターアシスト成形法によると、比較的流動性に劣る溶融成形材料に対しても、充分な押圧力を作用させることが可能である。参考までに、ウォーターアシスト成形法で得られた成形品は、例えば、自動車用の冷却系ホースとして使用できる。ウォーターアシスト成形法に用いる成形材料としては、ガラスファイバーやタルク等の充填材をＰＡ６６に添加したものを用いるのが一般的である。
【０００５】
ところで、ウォーターアシスト成形法においては、中空部を形成するための流体として液体を用いているため、当該液体近傍に存在する溶融成形材料は急速に冷却される。したがって、当該液体近傍に存在する溶融成形材料、および、成形型の型面近傍に位置する溶融成形材料は、他の部分に存在する溶融成形材料に先んじて急速に冷却され固化する。換言すると、この種の成形方法によると、型面および流体から離間している溶融成形材料が溶融状態にあるにもかかわらず、型面および流体近傍の溶融成形材料は急速に冷却され固化してスキン層を形成する。そしてその結果、内部応力により、真空ボイドと呼ばれる空洞が成形品に生じる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２８９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、樹脂材料と強化繊維とで構成される中空の成形品であって、真空ボイドの低減されたものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明のウォーターアシスト成形品は、成形型のキャビティに注入された流体状の成形材料中に液体を圧入することで中空部を形成するウォーターアシスト成形法で成形されてなり、
前記成形材料が冷却固化されてなる壁部を備え、
前記壁部は、樹脂材料と強化繊維とを含み、
前記強化繊維の平均繊維長は５０μｍ以上２００μｍ以下であるものである。
【０００９】
本発明のウォーターアシスト成形品は、以下の（１）〜（３）の何れかを備えるのが好ましく、（１）〜（３）の複数を備えるのがより好ましい。
（１）前記壁部の肉厚は、１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
（２）前記樹脂材料と前記強化繊維との質量の和を１００質量％としたときに、前記強化繊維を１０質量％以上５０質量％以下含む。
（３）前記強化繊維は前記壁部中においてランダム配向している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のウォーターアシスト成形品は、強化繊維の長さを特定の範囲内にしたものであり、真空ボイドの抑制されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の成形品を模式的に表す一部切り欠き斜視図である。
【図２】真空ボイド測定試験で測定した真空ボイドの長さと、製品繊維長と、の関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のウォーターアシスト成形品を具体的に説明する。以下、特に説明のない場合、本発明のウォーターアシスト成形品を本発明の成形品と呼ぶ。また、特に説明のない場合、ウォーターアシスト成形法を単にＷＩＴ法と略する。
【００１３】
本発明の成形品は、上述したように、樹脂材料と強化繊維とで構成され、ＷＩＴ法で成形されてなる。樹脂材料の種類は特に限定しないが、ＷＩＴ法で用いる液体、つまり、溶融成形材料に圧入する液体と反応し難いものであるのが良い。ＷＩＴ法で用いる液体についても同様に、樹脂材料と反応し難いものを使用するのが良い。以下、必要に応じて、ＷＩＴ法において溶融成形材料に圧入するための液体を圧入液体と略する。
【００１４】
さらに、ＷＩＴ法における圧入液体として水を選択する場合、圧入液体は水だけで構成しても良いが各種添加剤を加えても良い。なお、ＷＩＴ法では、キャビティ内において、流体状の成形材料に圧入液体を圧入するが、ここでいう「流体状の」成形材料とは、溶融および／または軟化した樹脂材料と固体状の強化繊維とを含み、その他の材料を含んでも良い。その他の材料に関しては、このとき溶融および／または軟化しても良いし、固体状であっても良い。
【００１５】
強化繊維は、繊維状でありかつ樹脂材料よりも高強度のものであれば良い。また、後述するように、強化繊維の平均繊維長は５０μｍ以上かつ２００μｍ以下であれば良い。
【００１６】
強化繊維の配合量は、強化繊維の強度や成形品に要求される強度、成形品の成形性、成形品の見栄え、原料コスト等を考慮して適宜設定すれば良い。例えば、成形品の強度および成形性を考慮すると、樹脂材料と強化繊維との質量の和を１００質量％としたときに、強化繊維の配合量は１０質量％以上５０質量％以下であるのが好ましく、２０質量％以上４０質量％以下であるのがより好ましい。
【００１７】
強化繊維の強度は引張強さで表すことができる。例えば成形品に要求される強度（引張強さ）が４０ＭＰａ程度である場合には、強化繊維の強度（引張強さ）は３０００ＭＰａ以上であるのが好ましい。なお、引張強さは一般的な試験方法で測定すれば良く、例えば、ＩＳＯ  ５２７−３に準拠して測定すれば良い。このような強度の強化繊維としては種々のものが知られているが、例えば、一般的な強化繊維であるガラスファイバーやカーボンファイバーを好ましく使用できる。強化繊維の強度に特に上限値はないが、価格や取り扱い性等を考慮し強いて挙げるとすると、６０００ＭＰａ以下であるのが良いと考えられる。
【００１８】
成形品の材料すなわち成形材料は、樹脂材料および強化繊維以外の添加剤を含み得る。例えば、タルク、ガラスフレーク、クレイ等である。これらの添加剤の配合量は、樹脂材料および強化繊維を含む成形材料全体を１００質量％としたときに４０質量％以下であるのが好ましい。
【００１９】
ところで、本発明の成形品は真空ボイドの低減されたものである。これは、本発明の成形品における強化繊維の平均繊維長が上記の範囲内であることと関係している。以下、必要に応じて、成形品における強化繊維の平均繊維長を、製品繊維長と略する。実施例にて詳説するが、製品繊維長が長い程、真空ボイドの発生量も増大する。これは、強化繊維の繊維長が長い程、キャビティ内において強化繊維が一方向に配向し易くなることに由来すると考えられる。つまり、成形時において溶融成形材料が流動することによって強化繊維が受ける外力は、強化繊維の繊維長が長い程、大きくなる。このため繊維長が長い程、強化繊維は溶融成形材料の流動方向に沿って配向し易くなる。そして強化繊維が一方向に配向している場合には、成形品は強化繊維の配向方向には強化されるが、当該配向方向と直交する方向には強化され難い。したがってこの場合、強化繊維の配向方向と直交する方向に力が作用すると、強化繊維間において成形品が剥離し易くなる。
【００２０】
強化繊維は、溶融成形材料の流動方向、つまり、キャビティ内への溶融成形材料の注入方向に沿って配向し易い。つまり、強化繊維は、キャビティ内において成形型の型面に沿って配向し易い。これに対して、ＷＩＴ法においては、成形型の型面および圧入液体と、型面および圧入液体から離間している溶融成形材料（つまり、成形品の肉厚方向略中央部に位置する溶融成形材料）との温度差が大きい。またこれに起因して、成形品の肉厚方向略中央部に位置する溶融成形材料は溶融した状態にあっても、成形型の型面近傍および圧入液体近傍には溶融成形材料が急速に冷却され固化してスキン層が形成される。このように溶融成形材料の冷却速度差が大きければ、成形品の収縮量に差が生じ、冷却時の成形品においては、型面側および圧入液体側から肉厚方向略中央部に向けた内部応力が作用する。この内部応力は型面に対して交叉する方向（多くの場合、型面に対して直交する方向）に生じるため、冷却時の成形品には強化繊維の配向方向と直交する方向に向けた内部応力が作用するとも言える。そしてその結果、真空ボイドと呼ばれる空洞が生じると考えられる。
【００２１】
これに対して、強化繊維の繊維長が短ければ、成形時つまり溶融成形材料の流動時に強化繊維に作用する外力は小さく、強化繊維は一方向に配向し難い。換言すると、この場合には強化繊維はランダムに配向する。ここで、「強化繊維が一方向に配向する」とは強化繊維の８０％以上が平行に配置されることを指す。ここでいう強化繊維の８０％とは、任意に選択した強化繊維５０本を１００％としたパーセンテージである。強化繊維の選択方法としては、先ず成形品を成形時の溶融成形材料の流動方向と平行な方向に切断し、次いで、顕微鏡下にてこの断面に露出している任意の強化繊維を５０本選択する方法が例示される。また、ここでいう平行とは±１５°の誤差を許容する。そして、「強化繊維がランダムに配向する」とは、当該平行に配置された強化繊維が全体の５０％未満であることを指す。強化繊維がランダムに配向すれば、成形品は強化繊維により多方向に補強されて、冷却時に成形品に生じる内部応力に抗し得る。したがって上記した真空ボイドが抑制されるものと考えられる。
【００２２】
なお、強化繊維は、平均繊維長が上述した範囲内にあれば良く、その平均繊維径は特に限定しないが、１０μｍ以下であるのが好ましい。繊維径が過大であれば、溶融前の材料混合物の状態において強化繊維の分散性を充分に高め難く、強度的に均質な製品を得難くなる場合がある。
【００２３】
また、本発明の成形品は中空部を有するものであり、例えば、管状、筒状、袋状等の形状をなす。本発明の成形品は直筒状、直管状等であっても良いが、湾曲または屈曲していても良いし、分枝していても良い。また、一部に中空部を有するものであれば良く、中空のない部分があっても良い。このような本発明の成形品は、種々の流体を流通させるための管や、種々の物体を収容するための容器として利用可能である。具体的には、車両等の各種装置に配設される冷却系ホース、気体用ホース、燃料用ホース等に好ましく使用できる。
【００２４】
以下、実施例を基に本発明の成形品を説明する。
【００２５】
（実施例１）
実施例１の成形品は車両用の冷却系ホースであり、より具体的にはロングライフクーラント（ＬＬＣ）用配管の一部である。実施例の成形品を模式的に表す一部切り欠き斜視図を図１に示す。
【００２６】
実施例１の成形品１は、図１に示すように略管状をなす。成形品１は管状の本体部１０と本体部１０に一体形成されているブラケット部１１とを持つ。管状をなす本体部１０の周壁が壁部２０を構成し、壁部２０で区画された管の内部が中空部３０である。
【００２７】
実施例１の成形品は樹脂材料と強化繊維とを材料としてなり、樹脂材料としてはＰＡ６６（ナイロン６６、ナイロン６／６ともいう）とＰＡ６１２（ナイロン６１２、ナイロン６／１２ともいう）とを１：１の質量比で混合したものを用いた。強化繊維としては、平均繊維長約５０μｍ、平均繊維径約１０μｍのグラスファイバーを用いた。この強化繊維の強度（引張強さ）は３０００ＭＰａであり、実施例１の成形品に要求される強度（引張強さ）は４１ＭＰａであった。なお、引張強さはＩＳＯ  ５２７−３に準拠して測定した。
【００２８】
上記した強化繊維の平均繊維長（つまり、材料としての強化繊維の平均繊維長）は、材料メーカーのカタログに記載されている値であるが、実測することもできる。具体的には、任意の強化繊維１００本の自然状態における長さを測定し、当該測定値を基に平均値を算出すれば良い。各繊維の長さはノギスや定規に代表される一般的な測定器、または、解析ソフト等を用いて測定可能である。例えば、強化繊維の長さは、顕微鏡像を撮像し拡大したものを上記した測定器を用いて測定しても良いし、或いは、強化繊維の顕微鏡像を画像解析することで測定しても良い。
【００２９】
以下、必要に応じて、上記の方法で測定した材料としての強化繊維の平均繊維長を「材料繊維長」と呼ぶ。なお、一般に、材料繊維長は製品繊維長よりも長い。具体的には、製品繊維長は材料繊維長の７０〜４０％程度の長さであるのが一般的である。製品繊維長は、成形時の成形型内における溶融成形材料の流動速度や、成形装置（特にスクリュー）による剪断力を適宜調整することで、所望の長さに調整し得る。
【００３０】
実施例において、製品繊維長は以下のように測定した。先ず、成形品を加熱し、樹脂を揮発および／または燃焼させて、強化繊維だけを取り出した。この強化繊維１００本につき、顕微鏡像を定規または画像処理ソフトにより測定した。なお、成形品における強化繊維の平均繊維径は、材料としての強化繊維の平均繊維径と略等しいため、材料メーカーのカタログ値を代用し得る。
【００３１】
上記の樹脂材料と強化繊維とを２：１の質量比で混合したものを成形材料として用いた。言い換えると、実施例１の成形品を製造するのに用いた成形材料は、ＰＡ６６、ＰＡ６１２およびグラスファイバーをＰＡ６６：ＰＡ６１２：グラスファイバー＝１：１：１の質量比で混合した混合材料である。この混合材料をＷＩＴ用の成形機に投入し、成形型を型締めおよび加熱し混合材料中の樹脂材料を溶融させて、射出成形型のキャビティに射出（注入）した。なお、キャビティは、成形品１の外形に対応する型面を持つものである。次いで、溶融成形材料が注入されたキャビティに、圧入液体（実施例１では水）を圧入した。圧入液体はキャビティの略中心部分（図略の中空予定部）に圧入された。そして、当該中空予定部に存在していた溶融成形材料、および、圧入液体の一部はキャビティの外部に押し出された。そして、溶融成形材料を冷却および固化して、中空部を有する実施例１の成形品を得た。実施例１の製品繊維長は約５０μｍであった。また、実施例１の成形品においては、強化繊維はランダムに配向していた。
【００３２】
（実施例２）
実施例２の成形品は、材料繊維長、および製品繊維長以外は実施例１と同じものである。実施例２の成形品において、製品繊維長は約１００μｍであった。また、実施例２の成形品においても、強化繊維はランダムに配向していた。
【００３３】
（実施例３）
実施例３の成形品は、材料繊維長、および製品繊維長以外は実施例１と同じものである。実施例３の成形品において、製品繊維長は約１４０．８μｍであった。また、実施例３の成形品においても、強化繊維はランダムに配向していた。
【００３４】
（実施例４）
実施例４の成形品は、材料繊維長、および製品繊維長以外は実施例１と同じものである。実施例４の成形品において、製品繊維長は約２００μｍであった。また、実施例４の成形品においても、強化繊維はランダムに配向していた。
【００３５】
（比較例１）
比較例１の成形品は、材料繊維長、および製品繊維長以外は実施例１と同じものである。比較例１の成形品において、製品繊維長は約２５０μｍであった。比較例１の成形品においては、強化繊維はランダムに配向していなかった。
【００３６】
（比較例２）
比較例２の成形品は、材料繊維長、および製品繊維長以外は実施例１と同じものである。比較例２の成形品において、製品繊維長は約３０５μｍであった。比較例２の成形品においても、強化繊維はランダムに配向していなかった。
【００３７】
（比較例３）
比較例３の成形品は、材料繊維長、および製品繊維長以外は実施例１と同じものである。比較例３の成形品において、製品繊維長は約３７７μｍであった。比較例３の成形品においても、強化繊維はランダムに配向していなかった。
【００３８】
＜真空ボイド測定試験＞
実施例１〜実施例４および比較例１〜比較例３の各成形品について、真空ボイドの発生量を測定した。真空ボイドの測定には、上記した製品繊維長を測定するのに用いた成形品の断面を用いた。具体的には、当該断面における真空ボイドの長さ（長手方向の長さ）をノギスまたは定規で測定した。複数の真空ボイドが形成されていた場合には、当該長さの総和を真空ボイドの長さとみなした。真空ボイド測定試験で測定した真空ボイドの長さと、製品繊維長と、の関係を図２に示す。図２に示すように、製品繊維長が長ければ長い程、真空ボイドの長さもまた長くなった。また、製品繊維長が２００μｍ以下である実施例１〜４の成形品では真空ボイドは発生せず、製品繊維長が２００μｍを超える比較例１〜３の成形品では真空ボイドが発生した。つまり、この結果から、製品繊維長が２００μｍ以下である本発明の成形品においては、真空ボイドの発生が抑制されているといえる。また、平均繊維長が過小である強化繊維は、強化繊維としての機能つまり成形品を補強する機能を充分に果たし得ないが、本発明の製品繊維長は５０μｍ以上であり、成形品の強度は充分に高く維持される。参考までに、製品繊維長１４０．８μｍの実施例３の成形品では、引張強さは４１ＭＰａであり、降伏強度は２００ＭＰａであった。このように、製品繊維長が５０μｍ以上である本発明の成形品は充分な強度を示す。
【００３９】
なお、本発明の成形品において、製品繊維長は５０μｍ以上２００μｍ以下であれば良く、材料繊維長は特に問わない。実施例に示したように、強化繊維の繊維長が当該条件を満たせば、ウォーターアシスト成形品における真空ボイドの発生を抑制できる。
【００４０】
（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００４１】
１：成形品                １０：本体部              １１：ブラケット部
２０：壁部                ３０：中空部
【図１】
2015139878.tif 000003
【図２】
2015139878.tif 000004