(57)【要約】【課題】重合の進行中に収縮が起こって減圧状態になっても空洞部から重合性ラクタム液が逆流してキャビティ内に戻り、収縮した分を補うことができるので真空ボイドや気泡の発生、表面にヒケが生ずるといった問題を解消できるポリアミド樹脂成形体の製造方法を提供する。【解決手段】モールド中の少なくとも１箇所に下部においてキャビティ中に開口３０するとともに上部において開口３１する空洞部３２を設けたスペーサ５を用い、実質上無水のラクタムに少なくともアニオン重合触媒とアニオン重合開始剤とを加えた重合性ラクタム液をキャビティ内に注型するとともに前記空洞部３２内にも流入させ、空洞部内の重合性ラクタム液は低温に保ったままキャビティ内の重合性ラクタム液を加熱して重合させる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアミド樹脂からなる成形体の製造方法において、上部が開放されたキャビティを有するモールドであって、モールド中の少なくとも１箇所に下部においてキャビティと連通し上部において大気中に開口する空洞部を設けたモールドを用い、実質上無水のラクタムに少なくともアニオン重合触媒とアニオン重合開始剤とを加えた重合性ラクタム液をキャビティ内に注型するとともに前記空洞部内にも流入させ、空洞部内の重合性ラクタムは低温に保ったままキャビティ内の重合性ラクタム液を加熱して重合させ、重合が完了した後に脱型することを特徴とするポリアミド樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
モールドは複数のモールド材からなっており、重合中には空洞部を設けたモールド材を熱盤にて他のモールド材よりも低温に保つ請求項１〜２記載のポリアミド樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
モールドは、一対の側板の間にスペーサを介してキャビティを形成したものである請求項１〜２記載のポリアミド樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
ポリアミド樹脂成形体が板材である請求項３記載のポリアミド樹脂成形体の製造方法。
【請求項５】
スペーサにおいて空洞部を設けた請求項４記載のポリアミド樹脂成形体の製造方法。
【請求項６】
上部が開放されたキャビティを有するモールド内に重合性ラクタム液を注型し重合することにより成形を行うポリアミド樹脂成形体の製造装置において、モールド中の少なくとも１箇所に下部においてキャビティと連通し上部において大気中に開口する空洞部を設けたモールドを用いてなることを特徴とするポリアミド樹脂成形体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は注型によるポリアミド樹脂成形体の製造方法および製造装置に関するものであり、詳しくは板状成形体を成形する際のモールドの底部に発生するボイドや表面のヒケの発生を防止したポリアミド樹脂成形体の製造方法及び製造装置にかかわる。
【０００２】
【従来の技術】
ポリアミド樹脂にて板状の成形体を製造する際のモールドとしては、図１に示すようにアルミ、鉄などからなる一対の側板の間に、スペーサを介在してキャビティを形成していた。そして、このモールドを熱風炉や熱媒として油などを用いた熱盤で１８０〜１９０℃になるまで加熱し、所定温度になったモールドに重合性ラクタム液をこれに注入し、再びモールドを加熱して重合していた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２０１８３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
重合性ラクタム液を注型し、重合が進み始めると、粘度が上昇すると共に重合、結晶化に伴う収縮が起きる。モールドの上部においては重合性ラクタム液の液面が下がることによって収縮した分が補われるので問題はないが、モールドの底部においては減圧状態となり、真空ボイド、モールドの隙間からの空気の吸い込みによる気泡、板表面のヒケ（厚み不足）などが発生する。このようなボイド、気泡、ヒケが発生すると所定のサイズの製品が得られず不良となってしまう。
【０００５】
そこで本発明ではこのような問題点を解決し、モールドの底部においても真空ボイドや気泡、表面のヒケといった不具合が発生するのを防止できるようなポリアミド樹脂成形体の製造方法および製造装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために請求項１ではポリアミド樹脂からなる成形体の製造方法において、上部が開放されたキャビティを有するモールドであって、モールド中の少なくとも１箇所に下部においてキャビティと連通し上部において大気中に開口する空洞部を設けたモールドを用い、実質上無水のラクタムに少なくともアニオン重合触媒とアニオン重合開始剤とを加えた重合性ラクタム液をキャビティ内に注型するとともに前記空洞部内にも流入させ、空洞部内の重合性ラクタム液は低温に保ったままキャビティ内の重合性ラクタム液を加熱して重合させ、重合が完了した後に脱型することを特徴とする。
【０００７】
キャビティの底部において開口する空洞部を設けて重合性ラクタム液を流入させ、重合中も空洞部を低温に保つことによってラクタム液は未重合のまま残り、重合の進行中に収縮が起こって減圧状態になっても空洞部から重合性ラクタム液が逆流してキャビティ内に戻り、収縮した分を補うことができるので真空ボイドや気泡の発生、表面にヒケが生ずるといった問題を解消することができる。
【０００８】
請求項２ではモールドは複数のモールド材からなっており、重合中には空洞部を設けたモールド材を熱盤にて他のモールド材よりも低温に保つポリアミド樹脂成形体の製造方法。
【０００９】
熱盤にて空洞部を低温に保つことによってより確実に安定して空洞部の温度を低温に保つことができ、空洞部内でラクタム液が重合してしまうといったことも防止することができる。
【００１０】
請求項３ではモールドは、一対の側板の間にスペーサを介してキャビティを形成したものであるポリアミド樹脂成形体の製造方法であり、請求項４ではポリアミド樹脂成形体が板材であるポリアミド樹脂成形体の製造方法。さらに請求項５ではスペーサにおいて空洞部を設けたポリアミド樹脂成形体の製造方法としている。
【００１１】
板材を成形するような場合において、高さに対して厚みが薄いモールドになりがちであり、特に底部において収縮によるヒケやボイドの問題が発生しやすいが、本発明のような構成とすることによる効果が顕著である。また、本発明では空洞部分を設けたモールド材を重合中に低温に保つ必要があるが、本来ならば重合の際にモールド材を低温とすることは好ましくない。そこで本発明の請求項３では、モールドを構成するものの中でも最も成形体と接する部分の少ないスペーサに空洞部を設けており、低温に保つことによる重合への影響をできるだけ少なくすることができる。
【００１２】
請求項６では上部が開放されたキャビティを有するモールド内に重合性ラクタム液を注型し重合することにより成形を行うポリアミド樹脂成形体の製造装置において、モールド中の少なくとも１箇所に下部においてキャビティと連通し上部において大気中に開口する空洞部を設けたモールドを用いてなることを特徴とするポリアミド樹脂成形体の製造装置。
【００１３】
請求項１と同様にキャビティの底部において開口する空洞部を設けて重合性ラクタム液を流入させ、重合中も空洞部を低温に保つことによってラクタム液は未重合のまま残り、重合の進行中に収縮が起こって減圧状態になっても空洞部から重合性ラクタム液が逆流してキャビティ内に戻り、収縮した分を補うことができるので真空ボイドや気泡の発生、表面にヒケが生ずるといった問題を解消することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るポリアミド樹脂成形体の製造装置の側面図、図２は図１において成形時の状態を示す図、図３は図１に示す製造装置に使用する側板の一部切欠き正面図、図４はスペーサの正面図、図５はスペーサの上面図である。
【００１５】
本発明のポリアミド成形体の製造方法では、上部が開放されたキャビティ７を有するモールドであって、モールド中の少なくとも１箇所に下部においてキャビティ７内に開口３０しており、上部において大気中に開口３１する空洞部３２を設けたモールドを用いており、キャビティ７中に重合性ラクタム液を注型するとともに、前記空洞部にも重合性ラクタム液を流入させ、空洞部内の重合性ラクタム液は１３０〜１６０℃の範囲の低温に保ったままキャビティ７内の重合性ラクタム液を２０〜１００分程度加熱して重合する。
【００１６】
前記のような空洞部３２を設けておくことにより、注型時に空洞部３２にも重合性ラクタム液が流れ込み、しかも重合中においては空洞部３２を低温に保っていることから空洞部３２内のラクタム液は重合が進まずモノマーの液の状態に保たれる。一方、キャビティ７内において重合が進行する際に、粘度が上昇すると共に重合、結晶化に伴う収縮が起き、キャビティ７内が減圧状態になることで、前記空洞部内の重合性ラクタム液が逆流してキャビティ７内に流れ込み収縮した分を補うことができる。
【００１７】
そして、ボイドやヒケといった問題が解消された良好な成形体を製造することができるものである。
【００１８】
本発明のポリアミド樹脂成形体の製造方法で用いられる製造装置１において、モールドはモールド材となる側板４とスペーサから構成され、また、側板４を装着した固定部材２と、同様に側板４を装着した移動部材３と、上記固定部材２と移動部材３の間に介在してキャビティ７を形成するスペーサ５と、熱媒油循環装置６から製造装置１が構成されている。
【００１９】
上記固定部材２では、脚部９に水平に配置された支持板１０に断熱板１１が垂直に固定され、この断熱板１１の背面にロックウール等の断熱材１２が全面に装着され、また断熱板１１の前面に側板４が突出したフレーム１３に保持されて機械的に固定されている。
【００２０】
側板４は、図３に示すようにアルミ、鉄等の金属製の板から形成された中空体であり、密閉された内部には幅方向に延びた桟１５が一定間隔で設けられ、熱媒油を流動させる連通した油路１６を有している。熱媒油は側板４の下側に設けた油口１７から入ると、連通した油路１６を流れて側板４内をまんべんなく加熱しながら上側に設けた油出口１８から排出し、配管１９を経由して熱媒油循環装置６へ向かい、この間を循環する。
【００２１】
上記移動部材３では、固定部材２と同様に水平に配置された支持板１０に断熱板１１が垂直に固定され、この断熱板１１の背面に断熱材１２が全面に装着されているとともに断熱板１１の前面に側板４が突出したフレーム１３に保持され機械的に固定されている。ただ、該移動部材３は支持板１０に台車２０を具備し、基板２１に設けたレール２２上を手動または自動的に固定モールド体２側へ向かって移動し、また離れることができる。尚、上記側板４は、固定部材２に装着したものと同様の構造を有している。
【００２２】
スペーサ５は、図４、図５に示すように一辺を開放したコ字状の枠体であり、枠体の内部には熱媒油を通す油路（図示せず）があり、熱媒油は下辺に設けた油口から油路を通り、側辺の上部に設けた油出口を出て、スペーサ５を加熱する。上記スペーサ５は固定部材２あるいは移動部材３に設けたフレーム１３に設置され、機械的に固定される。しかし、スペーサ５と側板４とのシール効果を高めるために、ポリテトラフルオロエチレン、シリコンゴム等のゴム弾性体からなるパッキン２３をスペーサ５の枠体の両面に付着することもできる。この場合には、スペーサ５を固定モールド体２あるいは移動部材３に機械的に固定する必要はない。
【００２３】
また、本発明においては図４、図５に示すようにスペーサ５に下部においてキャビティ５内に開口３０するとともに反対側は上部で大気中に開口３１している空洞部３２を設けている。空洞部３２を設ける方法としては、特に限定されるものではないがスペーサ５の側板４と接する面において溝を設けておくことにより、重合性性ラクタム液が流れ込む空洞部３２を形成することができる。
【００２４】
空洞部３２のサイズは例えば、１０００ｍｍ高さ×２０００ｍｍ幅×３０ｍｍ厚さのキャビティ７を有するモールドにて側板４の温度を１５０℃に保って重合性ラクタム液を注型成形する場合、スペーサ５に設ける溝が深さ１５ｍｍ×幅２０ｍｍ程度のものであって、空洞部３２の容積が重合性ラクタム液全注型量の０．５〜５％の範囲であることが好ましい。０．５％未満であるとラクタム液の量が少なすぎて収縮した部分を十分に補うことができず、５％を超えると収縮を補うために使用されない無駄になる重合性ラクタム液の量が多くなりすぎるので経済的な面から好ましくない。
【００２５】
熱媒油循環装置６は、タンク内に入れた熱媒油を加熱する加熱装置と熱媒油を循環させるポンプを備えており、配管１９を介して固定部材２および移動部材３に装着した側板４およびスペーサ５に連結されている。
【００２６】
また、本発明の装置においては、一対の側板４、４が固定され、この間にスペーサ５を介在してキャビティ７を形成した場合でもよい。無論、各側板４、４とスペーサ５を熱媒油循環装置６によって温度調節が可能になる。更に、温度調節可能にした一対の側板４、４の間に、温度調節を可能にした少なくとも１枚以上の中盤（図示せず）を配置し、一対の側板４と中盤からなる各盤の間にスペーサを介在し、一方の側板４を他方の側板４へ移動して、各盤とスペーサ５を一体的に挟持固定して複数のキャビティ７を形成したものであってもよい。更に側板４、４自身に熱媒の通路を設けて加熱できるようにしたものでも構わない。
【００２７】
また重合性ラクタム液は、ω−ラクタムにアニオン重合触媒、そしてアニオン重合用開始剤を添加したものであり、上記ω−ラクタムは実質上無水のα−ピペリドン、ε−カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、あるいはこれらの２種以上の混合物であり、工業的に有利なラクタムはε−カプロラクタムとω−ラウロラクタムである。
【００２８】
アニオン重合触媒は、水素化ナトリウム、水素化リチウム、ナトリウム、カリウム等の公知のω−ラクタムの重合触媒を使用することができ、その添加量はω−ラクタムに対して０．１〜２．０モル％である。そして、アニオン重合用開始剤としては、例えばＮ−アセチル−ε−カプロラクタム、イソシアネート、ジイソシアネート、尿素誘導体、ウレタン、イソシアヌレート誘導体であり、その添加量はω−ラクタムに対して０．０５〜１．０モル％の範囲が好ましい。
【００２９】
また、アニオン重合触媒をω−ラクタムに添加し溶解した後、アニオン重合用開始剤を注型時に添加混合する方法、またはアニオン重合触媒を含むω−ラクタムとアニオン重合用開始剤を含むω−ラクタムとを注型時に添加混合する方法によって調整する。
【００３０】
尚、本発明方法を実施するに際して、上記成分以外に重合を阻害しない油類、ワックス、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の滑剤や、カーボン繊維、ガラス繊維等の補強材を添加することも可能である。
【００３１】
【実施例】
次に、本発明に係る製造装置を用いて板状のポリアミド樹脂成形体を製造してみた実施例と本発明でない比較例とで成形体の出来栄えを比較してみた。
【００３２】
（実施例）
実施例では図４、図５に示すような溝を設けたスペーサ５を使った製造装置を用いて幅２０００ｍｍ×高さ１０００ｍｍ×厚さ３０ｍｍの板状のポリアミド成形体を注型成形した。具体的な操作としては所定厚みのスペーサ５を、固定部材２に装着した側板４に接するよう設置した後、移動部材３を移動して、上記スペーサ５を２つの側板４、４に挟持して重合性ラクタム液を注型するキャビティ７を形成した。このときスペーサ５および２つの側板４、４は、クランプ装置によって機械的に固定し、また熱媒油循環装置６から熱媒油を導入して１５０°Ｃに温度調節し、予備加熱した。
【００３３】
その後、重合性ラクタム液をキャビティ７に注型するとともに空洞部３２にも流入させ、閉鎖した状態でアニオン重合する。重合時間は６０分であり、これが完了するとスペーサ５および２つの側板４、４を機械的に開放した後、移動部材３を元の位置まで移動する。得られたポリアミド樹脂成形体は容易に型から取り出すことができた。脱型した成形体を調べると気泡やヒケなどの問題のない成形体が得られていることがわかった。
【００３４】
（比較例）
次に、空洞部のための溝のないスペーサを用いた以外は上記実施例と全く同じ装置を用いて同じ手順で、同様のサイズのポリアミド樹脂成形体を成形した。脱型した成形体を調べるとモールドの底部に位置する箇所において気泡が３箇所みつかり、更に板厚方向に最大深さ５ｍｍのヒケが発生していた。
【００３５】
このように、本発明の製造方法によると成形体の収縮に伴って空洞部から重合性ラクタム液が逆流して供給され、収縮を補うことができるのでボイドやヒケの発生を防止することができるということが確認された。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は上記の目的を達成するために請求項１ではポリアミド樹脂からなる成形体の製造方法において、上部が開放されたキャビティを有するモールドであって、モールド中の少なくとも１箇所に下部においてキャビティと連通し上部において大気中に開口する空洞部を設けたモールドを用い、実質上無水のラクタムに少なくともアニオン重合触媒とアニオン重合開始剤とを加えた重合性ラクタム液をキャビティ内に注型するとともに前記空洞部内にも流入させ、空洞部内の重合性ラクタム液は低温に保ったままキャビティ内の重合性ラクタム液を加熱して重合させ、重合が完了した後に脱型することを特徴とする。
【００３７】
キャビティの底部において開口する空洞部を設けて重合性ラクタム液を流入させ、重合中も空洞部を低温に保つことによってラクタム液は未重合のまま残り、重合の進行中に収縮が起こって減圧状態になっても空洞部から重合性ラクタム液が逆流してキャビティ内に戻り、収縮した分を補うことができるので真空ボイドや気泡の発生、表面にヒケが生ずるといった問題を解消することができる。
【００３８】
請求項２ではモールドは複数のモールド材からなっており、重合中には空洞部を設けたモールド材を熱盤にて他のモールド材よりも低温に保つポリアミド樹脂成形体の製造方法。
【００３９】
熱盤にて空洞部を低温に保つことによってより確実に安定して空洞部の温度を低温に保つことができ、空洞部内でラクタム液が重合してしまうといったことも防止することができる。
【００４０】
請求項３ではモールドは、一対の側板の間にスペーサを介してキャビティを形成したものであるポリアミド樹脂成形体の製造方法であり、請求項４ではポリアミド樹脂成形体が板材であるポリアミド樹脂成形体の製造方法。さらに請求項５ではスペーサにおいて空洞部を設けたポリアミド樹脂成形体の製造方法としている。
【００４１】
板材を成形するような場合において、高さに対して厚みが薄いモールドになりがちであり、特に底部において収縮によるヒケやボイドの問題が発生しやすいが、本発明のような構成とすることによる効果が顕著である。また、本発明では空洞部分を設けたモールド材を重合中に低温に保つ必要があるが、本来ならば重合の際にモールド材を低温とすることは好ましくない。そこで本発明の請求項３では、モールドを構成するものの中でも最も成形体と接する部分の少ないスペーサに空洞部を設けており、低温に保つことによる重合への影響をできるだけ少なくすることができる。
【００４２】
請求項６では上部が開放されたキャビティを有するモールド内に重合性ラクタム液を注型し重合することにより成形を行うポリアミド樹脂成形体の製造装置において、モールド中の少なくとも１箇所に下部においてキャビティと連通し上部において大気中に開口する空洞部を設けたモールドを用いてなることを特徴とするポリアミド樹脂成形体の製造装置。
【００４３】
請求項１と同様にキャビティの底部において開口する空洞部を設けて重合性ラクタム液を流入させ、重合中も空洞部を低温に保つことによってラクタム液は未重合のまま残り、重合の進行中に収縮が起こって減圧状態になっても空洞部から重合性ラクタム液が逆流してキャビティ内に戻り、収縮した分を補うことができるので真空ボイドや気泡の発生、表面にヒケが生ずるといった問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法で用いられるポリアミド樹脂成形体の製造装置の側面図である。
【図２】図１において成形時の状態を示す図である。
【図３】図１に示す製造装置に使用する側板の一部切欠き正面図である。
【図４】スペーサの正面図である。
【図５】スペーサの上面図である。
【符号の説明】
１    ポリアミド樹脂成形体の製造装置
２    固定部材
３    移動部材
４    側板
５    スペーサ
７    キャビティ
３０  開口
３１  開口
３２  空洞部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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