(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂の高温、高圧下における固化速度の測定方法および熱伝導率を求める方法を提供する。【解決手段】射出成形機を用いて、溶融熱可塑性樹脂が金型の流動末端まで到達した以降でゲートが固まるまでの間の保圧時間で得た射出成形品のゲート断面を切り出した後、形態解析装置を用いて該断面又は薄片から画像を得、該画像の溶融・固化の境界痕跡と成形品表面との距離を計測し、それを保圧時間に対してプロットし、その勾配から固化速度を求めることを特徴とする、高温、高圧下の固化速度測定方法。【選択図】  選択図なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形機を用いて、溶融熱可塑性樹脂が金型の流動末端まで到達した以降でゲートが固まるまでの間の保圧時間で得た射出成形品のゲート断面を切り出した後、形態解析装置を用いて該断面又は薄片から画像を得、該画像の溶融・固化の境界痕跡と成形品表面との距離を計測し、それを保圧時間に対してプロットし、その勾配から固化速度を求めることを特徴とする、高温、高圧下の固化速度測定方法。
【請求項２】
該ゲートの厚みが０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜５．０ｍｍ、長さと幅が０．５から２０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍのサイドゲートであり、キャビティーの厚みがゲートの厚み以上の射出成形用金型であることを特徴とする請求項１に記載する高温、高圧下の固化速度測定方法。
【請求項３】
該ゲートが円形断面であり、その直径が０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜５．０ｍｍ、長さが０．５から２０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍであり、キャビティーの厚みがゲート直径以上の射出成形用金型であることを特徴とする請求項１に記載する高温、高圧下の固化速度測定方法。
【請求項４】
該形態解析装置が、偏光顕微鏡、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡、レーザー顕微鏡、実体顕微鏡、走査型電子顕微鏡、走査プローブ顕微鏡の内から選ばれるものであることを特徴とする請求項１に記載の高温、高圧下の固化速度測定方法。
【請求項５】
該固化速度を用いて熱可塑性樹脂の高温、高圧下における熱伝導度を求める方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
熱可塑性樹脂の高温・高圧下における固化速度を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂の多くは射出成形、押出し成形によって製品を得る。該成形における固化速度は、高温・高圧下の熱伝導率によって決まり生産性を左右する重要な値である。
該成形における金型設計はＣＡＥを用いて製品性能、生産性を最適化することが多く行われている。しかし、ＣＡＥを用いた該成形用金型設計においては熱伝導率が必須の樹脂物性であるにもかかわらず、該成形で要求される高温・高圧下のデータは従来の装置では測定できないため存在せず、それに対応する市販のソフトウエアも存在しない（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
そこで便宜的に、射出成形において保圧時間を変えて得た成形品の重量飽和時間を目安に固化速度を決めることもできる。
又、成形品の反り、変形、寸法等の指標を基にした冷却時間や、巣発生の有無等も目安にすることがある。
又、測定手段に超音波信号を用いること等、本発明とは明らかに異なる。（例えば、特許文献１〜４参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ  Ｉｎｃ．  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ  ＶｏｌｕｍｅＸＬＩＩＩ  Ｖｏｌ．１  ＰＡＧＥ．３６９‐３７５  、１９９７
【特許文献１】
特開平２−３０５６１５号公報
【特許文献２】
特開平２−３０５６１６号公報
【特許公報３】
特開平３−６１０１８号公報
【特許文献４】
特開平３−１０４６１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、熱可塑性樹脂の高温・高圧下の固化速度を測定する方法を提供すると共に、該固化速度を用いて熱伝導率を求めるための方法を提供する。
【０００６】
【発明を解決する手段】
本発明者は、種々検討の結果、下記の方法により上記課題を達成することを見出した。
すなわち、本発明は、
１．射出成形機を用いて、溶融熱可塑性樹脂が金型の流動末端まで到達した以降でゲートが固まるまでの間の保圧時間で得た射出成形品のゲート断面を切り出した後、形態解析装置を用いて該断面又は薄片から画像を得、該画像の溶融・固化の境界痕跡と成形品表面との距離を計測し、それを保圧時間に対してプロットし、その勾配から固化速度を求めることを特徴とする、高温、高圧下の固化速度測定方法、
【０００７】
２．該ゲートの厚みが０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜５．０ｍｍ、長さと幅が０．５から２０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍのサイドゲートであり、キャビティーの厚みがゲートの厚み以上の射出成形用金型であることを特徴とする上記１に記載する高温、高圧下の固化速度測定方法、
３．該ゲートが円形断面であり、その直径が０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜５．０ｍｍ、長さが０．５から２０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍであり、キャビティーの厚みがゲート直径以上の射出成形用金型であることを特徴とする上記１に記載する高温、高圧下の固化速度測定方法、
４．該形態解析装置が、偏光顕微鏡、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡、レーザー顕微鏡、実体顕微鏡、走査型電子顕微鏡、走査プローブ顕微鏡の内から選ばれるものであることを特徴とする請求項１に記載の高温、高圧下の固化速度測定方法、
５．該固化速度を用いて熱可塑性樹脂の高温、高圧下における熱伝導度を求める方法、
である。
【０００８】
又、基本的には、金型表面温度が固定型と移動型で同じになるように温度調節されている金型を用いて射出成形を行う。
ゲートの長さ方向は流動方向に対して傾斜していてもよいが、切出し時の位置きめのし易さから流動方向に対しては平行である方が好ましい。
尚、保圧時間が長くなると厚み・幅は相互に影響を受けるので、幅は厚みより数倍以上大きくすることによって、厚み方向を基準にすれば幅方向の影響をゲート固化近くまで受けない値が得られる。
【０００９】
まず、射出成形機を用いて、所定の樹脂温度、所定の金型表面温度に制御された状態で、一定圧力下で保圧時間を複数点変えて、図２のように熱可塑性樹脂成形品の保圧時間に対する重量飽和時間を求める。尚、キャビティー先端到達時間までの充填途中でもゲート表面側は固化が進むので、型開き等の不良現象を起さない範囲で充填速度は可能な限り速い方が好ましい。
次にその中から、キャビティー先端到達時間とゲート固化時間の間の保圧時間で成形された成形品を選び、そのゲート断面をミクロトームで切り出して平滑な断面及び薄片を得る。切り出す位置はキャビティーとランナーの影響を受け難いゲートの長手方向の中央が好ましい。切り出す方向に制限は無いが、把持の都合から熱可塑性樹脂の流動方向に対して直角断面が好ましい。但し、各試料毎に切り出す位置と切り出す方向は同じにする必要がある。
【００１０】
次にその断面又は薄片を形態解析装置で観測してゲート断面の画像を得る。薄片を用いる場合は切削時の収縮が含まれるが、後で収縮分の寸法を補正すれば有効である。偏光顕微鏡で観測する際は直交ニコルで観測し、更に、鋭敏色検板を用いると色の差に基づく明確な画像を得られる場合が多い。
キャビティー先端到達時間とゲート固化時間の間の保圧時間で成形された成形品は、ゲート固化が終了する前に圧力をかけることをやめたことによって、高圧でキャビティー内に圧縮されていた熱可塑性樹脂溶融体の圧力が瞬時に低下して膨張に転じる。この膨張分の容積が逃げ場を求めて、保圧時間に応じて途中まで固まって狭くなったゲートを通じて、充填時とは逆方向に瞬間的な流動を引き起こす。その時の瞬間的なせん断力によって形成された固化層と溶融層の境界がゲート断面に痕跡として残る。これが本発明の根幹部分である。その後は通常通り冷却が進行しゲートが固まる。
【００１１】
任意の保圧時間で得られた固化・溶融境界から成形品表面までの距離はその保圧時間における固化進行距離を示すので、これを保圧時間に対してプロットして固化速度を得る。尚、該境界は逆流動の開始から終了までの時間経過分に相当する幅を有するので、表面までの距離を測る時は逆流動の開始に対応する表面側を用いる必要がある。
以上の観測対象をゲートに限っている理由は、通常ゲート部の断面積が一番小さいため流速が速くなってせん断層が明確に出易いという理由による。従って、断面積が比較的小さい部分を有すればゲート以外のランナーや製品部分でも観測対象になり得る場合がある。
更に、この固化速度を用いて熱伝導率を求める資料とする。
【００１２】
本発明の保圧時間とは、射出成形機の所定の射出圧力で押している時間を言う。本発明のゲートとは、射出成形金型の入り口部を言う。
本発明の熱可塑性樹脂とは、ポリオレフィン系、ポリスチレン系、ポリ塩化ビニル系、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリメタクリル系、ポリカーボネート系、ポリフェニレンエーテル系、ポリオキシメチレン系、ポリフルオロエチレン系、ポリスルホン系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエーテルサルホン系、ポリエーテルエーテルケトン系、ポリイミド系及びポリアミドイミド系樹脂である。
また、本発明の熱可塑性樹脂に通常用いられる無機・有機の充填材、添加剤、染顔料、熱安定剤、紫外線吸収剤等を含んでいてよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
【００１４】
【実施例１】
試料    旭化成製  ポリオキシメチレン系樹脂  テナック７０１０
成形
１．射出成形機：ドイツ国  ネスタール社  ４７／２８型
２．金型  ：ＡＳＴＭ  １号ダンベル、厚み３ｍｍ
３．ゲート：形状・サイドゲート、幅４．０ｍｍ、厚み２．０ｍｍ、長さ４．０ｍｍ
４．樹脂温度：２００℃
５．金型温度：８０℃
６．射出圧力：４２ＭＰａ
７．充填時間：１．０  秒
８．保圧時間：２，４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８  秒
【００１５】
切り出し
１．ミクロトーム：ドイツ国  ライカ社  １５１２型
２．作成条件：ゲート長さ方向の中心で、流動方向に対して直角方向の断面、厚み１０μｍの薄片
３．プレパラート：封入剤・エンテランニューで接着固定
観測
１．偏光顕微鏡：ドイツ国  ライカ社  オルトプランポル
２．条件：直交ニコル、鋭敏色検板使用
【００１６】
結果
図１にダンベル成形品の平面図を示す。図２にダンベル成形品の保圧時間と成形品重量の関係を示す。流動先端到達時間は約１秒、ゲート固化時間は約１６秒であった。
流動先端到達時間とは、射出成形機から押出された熱可塑性樹脂溶融体が金型のランナーと呼ばれる流路からゲートを経て、ダンベル成形品の形状に加工されたキャビティー内を充填されてゆく時に、キャビティーのゲートから一番遠い場所に到達するに要する時間をいう。この時間以降は所定の圧力がかかり始める時間でもある。
又、ゲート固化時間以降の保圧時間ではキャビティーの入り口であるゲートが塞がれた状態なので圧力をかけても重量の増加が起こらない。
【００１７】
この中の保圧時間２，４，６，８，１０，１２秒について偏光顕微鏡で観測した画像を、図３〜図８に示した。
該図３〜８の各中央の十字線は、測定位置を決めるために後から記した。上下表層の波形模様は切り出し時に生じたものである。図９は図３〜８の説明模式図である。
図３〜８からわかるように保圧時間が増すに従って溶融・固化の境界が表面
から中心に向かって移動している、即ち、固化進行の様子がわかる。
図３〜８を基に、保圧時間に対する厚み方向の固化進行距離をプロットした
結果を図１０に示した。該図中のｘは保圧時間、ｙは固化進行距離、Ｒ２は直線の相関係数（１に近いほどｘとｙの相関性が強い）である。
【００１８】
尚、実施例１は薄片を用いたので切削時の収縮分を補正した。即ち、図３〜８の各々について十字線の縦方向に沿って測った見掛けのゲート厚みと真の金型寸法２．００ｍｍとの比から画像の倍率を算出し、図３〜８の各々について十字線の縦方向に沿って測った見掛けの固化進行距離（位置Ａ、位置Ｂ）を、該倍率で除した値を真のゲート固化進行距離とした。
固化進行距離は保圧時間に対してほぼ直線的に変化した。その勾配が固化速度であり厚み方向上側は４９．６μｍ／秒、厚み方向下側は４８．５μｍ／秒であった。
厚み方向の上下で差が生じた原因は、金型冷却孔の配置の偏りにより冷却条件がやや異なったためと考えられる。
【００１９】
【比較例１】
図２は従来用いられている固化速度の目安になる充填曲線であり、樹脂温度２００℃、金型温度８０℃、圧力４２ＭＰａにおける固化時間は１６秒である。中心までの距離は１．０ｍｍであるから固化速度は６２．５μｍ／秒である。
これに対して、本発明で得られた固化速度は４８．５〜４９．６μｍ／秒である。
この差が生じる原因は、比較例が実際に圧力がかかるまでに要する時間を考慮していないこと、保圧時間ゼロからゲート固化までを比例関係としていること、ゲート固化時間近くは幅方向の影響があること、及びゲート固化時間の決め方にやや誤差が入り易いこと等が関係していると推測され、誤差の入り易いデータである。
【００２０】
【発明の効果】
熱可塑性樹脂の高温・高圧下における高精度の固化速度を測定する方法を提供すると共に、該固化速度を用いて熱伝導率を求めるための資料を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用したダンベル成形品の平面図である。
【図２】本発明のダンベル成形品を用いた保圧時間と成形品重量の関係を示す充填曲線である。
【図３】保圧時間２秒におけるゲート断面の偏光顕微鏡像である。
【図４】保圧時間４秒におけるゲート断面の偏光顕微鏡像である。
【図５】保圧時間６秒におけるゲート断面の偏光顕微鏡像である。
【図６】保圧時間８秒におけるゲート断面の偏光顕微鏡像である。
【図７】保圧時間１０秒におけるゲート断面の偏光顕微鏡像である。
【図８】保圧時間１２秒におけるゲート断面の偏光顕微鏡像である。
【図９】図８の説明のための模式図である。
【図１０】保圧時間に対する厚み方向の固化進行距離をプロットした図である。
【図１】
2004163266.tif 000002
【図２】
2004163266.tif 000003
【図３】
2004163266.tif 000004
【図４】
2004163266.tif 000005
【図５】
2004163266.tif 000006
【図６】
2004163266.tif 000007
【図７】
2004163266.tif 000008
【図８】
2004163266.tif 000009
【図９】
2004163266.tif 000010
【図１０】
2004163266.tif 000011