(57)【要約】【課題】繊維強化熱可塑性樹脂組成物を用い射出成形により樹脂成形体を形成するときに、繊維の短小化を抑制できる繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置を提供する。【解決手段】射出成形装置１は、固定型２と、可動型４とからなる金型５を備える。固定型２は、スクリュー１２を内蔵するプリプランジャ６と、プリプランジャ６に接続流路１３を介して連通し、溶融樹脂組成物を、内蔵するピストン１４によりホットランナ８を介してキャビティ３に射出するプランジャ７と、ゲート９を開閉するゲートバルブ１０とを備える。接続流路１３の内径φＡがペレットに含有される繊維の長さの４４％以上であり、内径φＡと、プランジャ６がホットランナ８に連通する接続部１７の内径φＢと、ゲート９の内径φＣとが、φＡ≦φＢ≦φＣとなっている。【選択図】  図１
2017213709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定型と、該固定型との間にキャビティを形成する可動型とからなる金型を備え、
該固定型は、スクリューを内蔵し、熱可塑性樹脂中に繊維を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットを外部から供給される熱により溶融するプリプランジャと、
該プリプランジャの先端部に接続流路を介して連通し、該接続流路を介して該プリプランジャから供給される溶融された繊維強化熱可塑性樹脂組成物を、内蔵するピストンによりホットランナを介して該キャビティに射出するプランジャと、
該キャビティと該ホットランナとの境界に形成されたゲートを開閉するゲートバルブとを備える繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置であって、
該接続流路の内径φＡが該ペレットに含有される繊維の長さの４４％以上であり、該接続流路の内径φＡと、該プランジャが該ホットランナに連通する接続部の内径φＢと、該ゲートの内径φＣとが、φＡ≦φＢ≦φＣとなっていることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置。
【請求項２】
請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置において、前記ゲートバルブは前記キャビティに充填された前記溶融された繊維強化熱可塑性樹脂組成物の背圧に抗して前記ゲートを開閉自在であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置において、前記接続流路内の前記溶融された繊維強化熱可塑性樹脂組成物の温度ＴＡが２００〜４００℃の範囲であり、前記プランジャが前記ホットランナに連通する接続部における該溶融された繊維強化熱可塑性樹脂組成物の温度ＴＢが０．９８ＴＡ＜ＴＢであり、前記ゲートにおける該溶融された繊維強化熱可塑性樹脂組成物の温度ＴＣが０．９８ＴＢ＜ＴＣであることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置。
【請求項４】
請求項３項記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置において、前記キャビティの、該キャビティ内に射出された前記溶融された繊維強化熱可塑性樹脂組成物の温度ＴＤが０．９８ＴＣ＝ＴＤとなる位置に該溶融された繊維強化熱可塑性樹脂組成物の温度を検知する温度センサを備え、該温度センサにより検知される温度ＴＤが０．９８ＴＣ＞ＴＤとなったときに装置を停止することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂成形体の強度を向上させるために、樹脂に炭素繊維等の繊維を配合することが行われている。ところが、前記炭素繊維は折れやすいため、通常はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に配合してプレス成形により前記樹脂成形体とする方法が採用されている。しかし、前記プレス成形では、高品位の製品を得ることが難しく、価格も高くなるという問題がある。
【０００３】
一方、樹脂成形体の強度、熱伝導性、電磁波シールド性等の物性を向上させるために、熱可塑性樹脂中に炭素繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂組成物が提案されている（例えば、特許文献１参照）。前記繊維強化熱可塑性樹脂組成物によれば、射出成形により高品位の製品を安価に製造することが期待される。
【０００４】
また、近年では、特に前記樹脂成形体の強度を改良するために、熱可塑性樹脂中に従来より長い９ｍｍ程度の長さの炭素繊維を配合した繊維強化熱可塑性樹脂組成物も開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−３１４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、熱可塑性樹脂中に前記炭素繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂組成物を用い、射出成形により樹脂成形体を形成しようとすると、射出成形の過程で該炭素繊維が折れて短くなってしまい、得られた樹脂成形体の強度を十分に向上させることができないという不都合がある。
【０００７】
本発明は、かかる不都合を解消して、熱可塑性樹脂中に繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂組成物を用い射出成形により樹脂成形体を形成するときに、該樹脂成形体に含有される該繊維が短くなることを抑制することができる繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置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】
かかる目的を達成するために、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置は、固定型と、該固定型との間にキャビティを形成する可動型とからなる金型を備え、該固定型は、スクリューを内蔵し、熱可塑性樹脂中に繊維を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットを外部から供給される熱により溶融するプリプランジャと、該プリプランジャの先端部に接続流路を介して連通し、該接続流路を介して該プリプランジャから供給される溶融された繊維強化熱可塑性樹脂組成物を、内蔵するピストンによりホットランナを介して該キャビティに射出するプランジャと、該キャビティと該ホットランナとの境界に形成されたゲートを開閉するゲートバルブとを備え、該接続流路の内径φＡが該ペレットに含有される繊維の長さの４４％以上であり、該接続流路の内径φＡと、該プランジャが該ホットランナに連通する接続部の内径φＢと、該ゲートの内径φＣとが、φＡ≦φＢ≦φＣとなっていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置によれば、まず、前記固定型と前記可動型とが型締めされることにより両者の間にキャビティが形成される。
【００１０】
次に、前記プリプランジャに供給された繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットが、前記プリプランジャに外部から供給される熱と、前記スクリューにより撹拌されることとにより溶融され、溶融された繊維強化熱可塑性樹脂組成物（以下、溶融樹脂組成物と略記する）が得られる。前記溶融樹脂組成物は、前記プリプランジャから前記接続流路を介して前記プランジャに供給される。
【００１１】
次に、前記プランジャに供給された前記溶融樹脂組成物は、前記ピストンに押圧されることにより前記ホットランナを介して前記ゲートバルブにより開閉される前記ゲートから射出され、前記キャビティに充填される。前記溶融樹脂組成物が前記キャビティに充填されたならば、前記ゲートバルブにより前記ゲートが閉じられ、該溶融樹脂組成物が該キャビティ内で冷却され固化されることにより樹脂成形体を得ることができる。
【００１２】
通常、前記プリプランジャで得られた前記溶融樹脂組成物が前記接続流路から前記プランジャに供給され、ランナ、前記ゲートを介して前記キャビティに射出される射出成形装置では、該接続流路の内径φＡと、該プランジャが該ランナに連通する接続部の内径φＢと、該ゲートの内径φＣとが、エネルギーロスを避けるために、φＡ＞φＢ＞φＣとなっている。前記射出成形装置では、φＡ＞φＢ＞φＣとすることにより、前記溶融樹脂組成物により細い流路を通過させてせん断発熱を起こさせ、該溶融樹脂組成物の粘度を低下させて流れやすくすることができると考えられている。
【００１３】
ところが、このような射出成形装置で、前記繊維強化熱可塑性樹脂組成物を用いて射出成形を行うと、前記接続流路、前記接続部、前記ゲートのそれぞれで、前記溶融樹脂組成物に含まれる繊維が流動の軸方向に集中する現象が起き、集中した前記繊維が相互に衝突し、或いは座屈することにより折れて短くなる。
【００１４】
そこで、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置では、前記接続流路の内径φＡが前記ペレットに含有される繊維の長さの４４％以上であり、該接続流路の内径φＡと、前記プランジャの前記ホットランナに連通する部分の内径φＢと、前記ゲートの内径φＣとが、φＡ≦φＢ≦φＣとなっている。
【００１５】
このようにすることにより、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置によれば、前記溶融樹脂組成物に含まれる繊維が流動の軸方向に集中することを抑制することができ、前記樹脂成形体に含有される前記繊維が短くなることを抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置は、前記ホットランナを備えているので、該ホットランナにより前記溶融樹脂組成物が加熱されることにより、該溶融樹脂組成物の粘度の上昇を防ぐことができる。
【００１７】
また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置では、前述のように、前記接続流路の内径φＡが前記ペレットに含有される繊維の長さの４４％以上であり、該接続流路の内径φＡと、前記プランジャの前記ホットランナに連通する部分の内径φＢと、前記ゲートの内径φＣとが、φＡ≦φＢ≦φＣとなっているので、前記キャビティに充填された前記溶融樹脂組成物の背圧が過大となり、前記ゲートバルブにより前記ゲートを閉じることが困難になることがある。
【００１８】
そこで、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置において、前記ゲートバルブは前記キャビティに充填された前記溶融樹脂組成物の背圧に抗して前記ゲートを開閉自在であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置では、前記接続流路内の前記溶融樹脂組成物の温度ＴＡが２００〜４００℃の範囲であり、前記プランジャが前記ホットランナに連通する接続部における該溶融樹脂組成物の温度ＴＢが０．９８ＴＡ＜ＴＢであり、前記ゲートにおける該溶融樹脂組成物の温度ＴＣが０．９８ＴＢ＜ＴＣであることが好ましい。
【００２０】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置では、前記溶融樹脂組成物の温度が過度に低下すると、半固化状態となる部分が発生し、溶融状態の部分との間で剪断力が生じて該溶融樹脂組成物に含まれる繊維が折れて短くなることがある。そこで、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置では、装置内の各部の温度を前記条件とすることにより、前記溶融樹脂組成物が半固化状態となることを避けることができ、該溶融樹脂組成物に含有される繊維の長さが短くなることを抑制することができる。
【００２１】
また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置では、前記キャビティの、該キャビティ内に射出された前記溶融樹脂組成物の温度ＴＤが０．９８ＴＣ＝ＴＤとなる位置に該溶融樹脂組成物の温度を検知する温度センサを備え、該温度センサにより検知される温度ＴＤが０．９８ＴＣ＞ＴＤとなったときに装置を停止することが好ましい。
【００２２】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置では、前述のようにすることにより、溶融樹脂組成物に含有される繊維の長さが短くなっている不良品の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置の一構成例を示す模式的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１は、固定型２と、固定型２との間にキャビティ３を形成する可動型４とからなる金型５を備える。固定型２は、プリプランジャ６と、プランジャ７と、ホットランナ８と、ゲート９を開閉するゲートバルブ１０とを備えている。
【００２６】
プリプランジャ６は、熱可塑性樹脂中に繊維を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットを投入するホッパ１１を上流側に備え、内部にスクリュー１２を備えている。プリプランジャ６は、その軸方向がプランジャ７の軸方向と交差するように配設されており、下流側の端部に設けられた接続流路１３を介してプランジャ７に連通している。プリプランジャ６は、ホッパ１１から投入された前記ペレットをスクリュー１２で撹拌することにより溶融し、溶融された前記繊維強化熱可塑性樹脂組成物（以下、溶融樹脂組成物と略記する）を接続流路１３からプランジャ７に供給する。
【００２７】
プランジャ７は、内部にピストン１４を備え、下流側の端部でホットランナ８に連通している。ホットランナ８は、上流側の端部でプランジャ７に連通する一方、下流側の端部でキャビティ３に連通し、キャビティ３との境界にゲート９を形成している。ホットランナ８は、下流側の外周にヒータ１５が配設されるか、又は図示しないヒータを備えている。
【００２８】
ゲートバルブ１０は、ホットランナ８の下流側の内部に配設され、駆動装置１６により駆動されることにより、ゲート９を開閉自在となっている。駆動装置１６は空圧シリンダであってもよいが、キャビティ３に充填された溶融樹脂組成物の背圧に抗してゲート９を開閉自在とするために、油圧シリンダ、サーボモータ、ステッピングモータ又は電磁弁であってもよい。
【００２９】
繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１は、接続流路１３の内径をφＡ、プランジャ７がホットランナ８に連通する接続部１７の内径をφＢ、ゲート９の内径をφＣとするときに、φＡが前記ペレットに含有される繊維の長さの４４％以上であり、φＡ≦φＢ≦φＣとなっている。
【００３０】
また、繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１は、接続流路１３内の溶融樹脂組成物の温度ＴＡが２００〜４００℃の範囲であり、プランジャ７がホットランナ８に連通する接続部１７における該溶融樹脂組成物の温度ＴＢが０．９８ＴＡ＜ＴＢであり、ゲート９における該溶融樹脂組成物の温度ＴＣが０．９８ＴＢ＜ＴＣであるようにされている。
【００３１】
また、繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１は、キャビティ３内に温度センサ１８を備えている。温度センサ１８は、キャビティ３内に射出された前記溶融樹脂組成物の温度ＴＤが０．９８ＴＣ＝ＴＤとなる位置に配設されている。そして、繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１では、温度センサ１８により検知される温度ＴＤが０．９８ＴＣ＞ＴＤとなったときに装置が停止されるようになっている。
【００３２】
次に、繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１の作動について説明する。
【００３３】
繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１により射出成形を行うときには、まず、可動型４を固定型２に近接する方向に移動させ、固定型２に当接させて型締めした後、ホッパ１１からプリプランジャ６に繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットを投入する。前記ペレットは、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリ乳酸等の熱可塑性樹脂中に、長さ２〜１１ｍｍの炭素繊維又はガラス繊維等の繊維が分散されて含有されている。このようなペレットとして、例えば、ポリアミド１２中に長さ９ｍｍの炭素繊維が分散されたペレット（ダイセルポリマー株式会社製、商品名：プラストロンＰ１２−ＣＦ３０−Ｍ１）を挙げることができる。
【００３４】
プリプランジャ６に投入された前記繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットは、スクリュー１２により撹拌されることにより溶融されて溶融樹脂組成物となり、所定量の該溶融樹脂組成物が接続流路１３からプランジャ７に供給される。
【００３５】
次に、プランジャ７に供給された前記溶融樹脂組成物は、ピストン１４に押圧されることによりホットランナ８を介してゲート９からキャビティ３に射出され、充填される。このとき、プリプランジャ６では、スクリュー１２の先端が図１に仮想線示するようにプリプランジャ６の先端に当接することにより接続流路１３を閉塞するようになっている。この結果、プランジャ７に供給された前記溶融樹脂組成物のプリプランジャ６への逆流を阻止することができ、所定量の前記溶融樹脂組成物が確実にキャビティ３に充填される。
【００３６】
次に、所定量の前記溶融樹脂組成物がキャビティ３に充填されたならば、ゲートバルブ１０によりゲート９が閉じられ、前記溶融樹脂組成物がキャビティ３内で冷却、固化されることにより繊維強化熱可塑性樹脂組成物からなる樹脂成形体が得られる。次いで、可動型４を固定型２から離間する方向に移動させ型開きすることにより、前記樹脂成形体が金型５から脱型されて取出される。
【００３７】
繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１では、上述のように、接続流路１３の内径をφＡ、プランジャ７がホットランナ８に連通する接続部１７の内径をφＢ、ゲート９の内径をφＣとするときに、φＡが前記ペレットに含有される繊維の長さの４４％以上であり、φＡ≦φＢ≦φＣとなっている。
【００３８】
また、繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１は、接続流路１３内の溶融樹脂組成物の温度ＴＡが２００〜４００℃の範囲であり、プランジャ７がホットランナ８に連通する接続部１７における該溶融樹脂組成物の温度ＴＢが０．９８ＴＡ＜ＴＢであり、ゲート９における該溶融樹脂組成物の温度ＴＣが０．９８ＴＢ＜ＴＣであるようにされている。
【００３９】
この結果、前記溶融樹脂組成物に含有される前記繊維が折れてその長さが短くなることが抑制され、前記樹脂成形体に含有される繊維の長さを、前記ペレットに含有される繊維の長さの４５〜５０％とすることができる。
【００４０】
また、繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１では、キャビティ３内に配設された温度センサ１８により検知される温度ＴＤがＴＤ＜０．９８ＴＣとなったときには作動が停止される。
【００４１】
次に、本発明の実施例を示す。
【実施例】
【００４２】
〔実施例〕
本実施例では、ポリアミド１２中に長さ９ｍｍの炭素繊維が分散されたペレット（ダイセルポリマー株式会社製、商品名：プラストロンＰ１２−ＣＦ３０−Ｍ１）を用い、図１に示す繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１により射出成形を行って、上部外径１００ｍｍ、底部外径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、肉厚２ｍｍのカップ状樹脂成形体を得た。前記ペレットは８０℃の温度で５時間予備乾燥したものを用いた。
【００４３】
本実施例において、繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１は、接続流路１３の内径φＡを該炭素繊維の長さの４４％以上に当たる４ｍｍとし、プランジャ７がホットランナ８に連通する接続部１７の内径φＢをφＢ≧φＡとなる４．０２ｍｍとし、ゲート９の内径φＣをφＣ≧φＢとなる４．０５ｍｍとした。
【００４４】
また、プリプランジャ６及び接続流路１３の温度を２６０℃とし、スクリュー１２の回転数３５ｒｐｍで前記ペレットを溶融して溶融樹脂組成物とした。この結果、接続流路１３内における前記溶融樹脂組成物の温度ＴＡは２６０℃であり、プランジャ７がホットランナ８に連通する接続部１７における該溶融樹脂組成物の温度ＴＢはＴＢ＞０．９８ＴＡである２５８℃であり、ゲート９における該溶融樹脂組成物の温度ＴＣはＴＣ＞０．９８ＴＢである２５６℃であった。
【００４５】
この状態で、ピストン１４の前進速度を３０ｍｍ／秒として、プランジャ７に供給された前記溶融樹脂組成物をピストン１４により押圧し、射出時間２．５秒、充填圧力１１０ＭＰａでキャビティ３に射出、充填した。射出時の金型５の温度は１２０℃とした。
【００４６】
前記溶融樹脂組成物をキャビティ３に充填した後、２５秒間冷却し、前記カップ状樹脂成形体を得た。前記カップ状樹脂成形体を目視で観察したところ、含有している炭素繊維の長さは４〜４．５ｍｍであることが判明した。
【００４７】
〔比較例〕
本比較例では、繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置１の接続流路１３の内径φＡを４ｍｍとし、プランジャ７がホットランナ８に連通する接続部１７の内径φＢをφＢ＜φＡとなる２．５ｍｍとし、ゲート９の内径φＣをφＣ＜φＢとなる２ｍｍとした以外は、前記実施例と全く同一にして前記カップ状樹脂成形体を得た。前記カップ状樹脂成形体を目視で観察したところ、含有している炭素繊維の長さは２．６〜２．８ｍｍであり、前記実施例に比較して短くなっていることが判明した。
【符号の説明】
【００４８】
１…繊維強化熱可塑性樹脂組成物用射出成形装置、  ２…固定型、  ３…キャビティ、  ４…可動型、  ５…金型、  ６…プリプランジャ、  ７…プランジャ、  ８…ホットランナ、  ９…ゲート、  １０…ゲートバルブ、  １２…スクリュー、  １３…接続流路、  １４…ピストン、  １７…接続部。
【図１】
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