(57)【要約】【課題】本発明は、熱可塑性樹脂を低温で射出成形ができ、さらに可塑化を安定させ、成形サイクルが短縮でき、ヒケが小さい厚肉成形品の製造方法を提供する。【解決手段】粒状の熱可塑性樹脂の表面に滑剤を付着させ、射出成形機のシリンダー温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より５０℃〜９０℃高い範囲内で射出成形する厚肉成形品の製造方法であり、好ましくは熱可塑性樹脂がメタクリル樹脂である前記製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の熱可塑性樹脂の表面に滑剤を付着させ、射出成形機のシリンダー温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より５０℃〜９０℃高い範囲内で射出成形する厚肉成形品の製造方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂がメタクリル樹脂である請求項１に記載の厚肉成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は厚肉成形品の射出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂の射出成形において、通常のコールドランナー金型を用いて製造された厚肉成形品はヒケ及びボイド等の外観不良や寸法精度及び印刷不良等のトラブルが発生しやすく、また成形サイクルの長いものであった。
【０００３】
また、成形温度の設定を低くすることでヒケやボイドの発生をある程度抑えることができるが、可塑化時のスクリュー回転トルクが高くなりシリンダー温度の低温域設定にも限界があった。
【０００４】
すなわち熱可塑性樹脂の射出成形では、一般的に射出成形機のシリンダー温度をガラス転移温度プラス１００℃以上で成形され、それ未満の温度ではスクリュー回転トルクやスクリュー回転数のバラツキが大きくなり、結果として可塑化が不安定となりやすい。場合によってはスクリュー回転トルクが高くなり、スクリュー回転が停止する結果となる。
【０００５】
最近ではこれらのトラブル改善方法として、ホットランナーシステムの導入や射出圧縮成形法、またこれらの組合せ技術等によりヒケやボイドのない厚肉成形品の製造方法が用いられるようになってきた。
【０００６】
ホットランナーシステムによる厚肉成形品の製造は、成形品のゲート部が冷却固化しないように常時加温されており、成形品に保圧が有効に長時間かけられることでヒケやボイドの発生を防止する方法である（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
また、射出圧縮成形法による厚肉成形品の製造は射出成形機や金型に、油圧あるいは空気圧を利用した圧縮機構を設けて成形品に圧力をかけることでヒケやボイドの発生を防止する方法である。
【０００８】
また、射出成形機のホッパーに粒状樹脂を供給するための計量フィーダーを設置する方法も知られている。計量フィーダーを用いた厚肉成形品の製造は、射出成形機に投入するペレット量を減量調節することで可塑化時のスクリュー回転トルクを低く抑えることができるため、シリンダー温度を低く設定できヒケやボイドの発生を防止する方法である（例えば特許文献２、特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３２０６１５号公報
【特許文献２】特公昭６３−４８６９０号公報
【特許文献３】特開２００６−３２７０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜３記載の製造方法はホットランナー金型や計量フィーダーといった装置を用いた厚肉成形品の製造方法であり、一般の金型や射出成形機を用いての成形方法ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の要旨は、粒状の熱可塑性樹脂の表面に滑剤を付着させ、射出成形機のシリンダー温度を前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度より５０℃〜９０℃高い範囲内で射出成形する厚肉成形品の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の製造方法により、低温での成形が可能となり、ヒケが小さい厚肉成形品を安定して連続的に製造することができる。
また、特別な装置も必要なく成形サイクルも短くすることができるため、生産性が向上し経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の熱可塑性樹脂の射出成形による厚肉成形品の製造方法について詳しく説明する。
まず、本発明の厚肉成形品の製造方法に使用することができる射出成形機について説明する。
図１は本発明の製造方法に使用されうる射出成形機の側面概略図である。
射出成形機１０は成形材料である粒状の熱可塑性樹脂をシリンダー３内で加熱溶融し、金型１内に射出する装置である。粒状の熱可塑性樹脂はホッパー４を通ってシリンダー３内のスクリュー２の根本部から供給され、スクリュー２の回転による剪断発熱とシリンダー３の外周に配設されたヒーター６の熱によって溶融する。溶融した樹脂はスクリュー２の先端部に貯留した後、スクリュー２の前進作動によりノズル５から排出され、金型１内に流入、固化して成形品７となる。
射出成形に供される樹脂の形態は、前記の通り、粒状の樹脂である。以降、粒状の樹脂を「ペレット」と称することがある。該ペレットの平均粒径は、０．５〜６ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
ペレットに滑剤を付着させる方法は、ペレット製造工程に導入しても良いし、製造されたペレットにブレンドしても良い。
【００１５】
例えばペレット製造工程への導入方法としては、押出機より吐出されてきたストランド状の樹脂を冷却した後にペレット状にカッティングする工程があるが、ペレットをカッティングする工程前のストランド状の樹脂に、滑剤を粉状にて付着させるか、或いは滑剤を液状にして付着させる方法がある。
【００１６】
また滑剤をペレットにブレンドする方法は、ポリエチレン袋内に乾燥したペレットと適量の滑剤を入れてハンドブレンドするか、タンブラー等の混合機を使用してブレンドする方法がある。
【００１７】
滑剤はペレット表面に均一に付着させるほうが良く、滑剤が常温で固体の場合、該滑剤が加熱され溶けた状態でペレット表面に付着させることが好ましい。
【００１８】
従って、滑剤をペレット製造工程において付着させる場合や、ペレットにブレンドして付着させる場合には、ストランド状の樹脂表面温度及びペレット表面温度が８０℃以上にすることで滑剤が溶けやすくなり、また均一に付着しやすくなる。
【００１９】
また、滑剤が溶けやすく均一に付着しやすいように、滑剤の融点は５０〜９０℃のものが好ましく、さらには５０〜７０℃がより好ましい。
【００２０】
滑剤の付着量は多すぎるとペレットにべた付きが発生し、また滑剤を付着したペレットが冷えたときにはブロッキングを起こしやすくなる。
【００２１】
従って、滑剤を付着させる量としては樹脂総量１００質量部に対して０．０１質量部〜０．３質量部が好ましく、０．０２質量部〜０．１質量部がより好ましい。
【００２２】
本発明の熱可塑性樹脂の射出成形において、射出成形機のシリンダー温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度より５０℃から９０℃高い範囲内で射出成形する。これは熱可塑性樹脂のペレットの表面に滑剤を付着させることにより、シリンダー温度を前記範囲のように低温に設定しても、スクリュー回転トルクが過度に高くなることを抑制できるためである。スクリュー回転トルクの上昇及び可塑化の安定性の観点から、前記シリンダー温度をガラス転移温度より６０〜９０℃高い範囲とすることが好ましい。なお、「シリンダー温度」とは、射出成形機の設定温度のことをいう。
【００２３】
またシリンダー温度を低温に設定して成形が可能となることから、冷却時間が短縮でき成形サイクルが短くなり、さらにヒケも抑えることができる。
【００２４】
シリンダー温度は、低く設定しすぎるとスクリュー回転トルクが高くなり、可塑化が不安定になりやすいため、スクリュー回転最大トルクの８０％以下になるように設定することが好ましい。ここでスクリュー回転最大トルクとは、射出成形機の最大能力値のことであり、例えば油圧式射出成形機の場合、油圧モーターによりスクリューを回転させるが、油圧の最大値は通常１４ＭＰａ（ゲージ圧）であり、この油圧最大値をスクリュー回転最大トルクとする。８０％以下の設定とは、油圧モーターの油圧として１４×０．８＝１１ＭＰａ（ゲージ圧）以下にすることである。
【００２５】
スクリュー回転時の背圧は、シリンダー温度を低く設定するためにシリンダー内でエアーを巻込みやすくなるため０．５ＭＰａ（ゲージ圧）以上に設定することが好ましい。
【００２６】
スクリュー回転数は、溶融樹脂の剪断発熱を抑えるため３０ｒｐｍ以下に設定することが好ましい。また射出速度は、溶融樹脂の剪断発熱を抑えるため１０ｃｍ3／ｓｅｃ以下に設定することが好ましい。
【００２７】
本発明の射出成形による厚肉成形品の製造原料として使用される熱可塑性樹脂は非結晶性樹脂及び結晶性樹脂のいずれでも可能であるが、樹脂の溶融粘度の樹脂温度依存性が大きい非結晶性樹脂の方が好ましい。
【００２８】
非結晶性樹脂としては特に限定されないが、例えばポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、アクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリルアクリルゴムスチレン樹脂（ＡＡＳ樹脂）、アクリロニトリルエチレンゴムスチレン樹脂（ＡＥＳ樹脂）、塩化ビニル樹脂、メタクリル樹脂、メチルメタクリレートスチレン樹脂（ＭＳ樹脂）、ポリカーボネート等が挙げられる。得られる成形品の外観の点から、より好ましくはメタクリル樹脂である。
【００２９】
また、本発明における厚肉成形とは、得られる成形品の樹脂部分の最小厚みが５ｍｍ以上である射出成形のことである。
【００３０】
本発明に使用される滑剤とは脂肪酸石鹸、金属石鹸、パラフィンワックス、炭化水素油、脂肪族アルコール、脂肪酸エステル、低分子量ポリエチレン、合成ワックス、シリコーン等である。
【００３１】
本発明に使用される熱可塑性樹脂がメタクリル樹脂である場合、使用される滑剤はメタクリル樹脂の特性である透明性、耐候性、耐擦傷性等を損なわないものが良い。従って、メタクリル樹脂のペレットの表面に溶かして付着させる滑剤は、前記滑剤の中でも脂肪族アルコール、脂肪酸エステルがより好ましい。
【００３２】
本発明により製造される成形品の用途としては厚肉レンズ、厚肉導光体、厚肉装飾品、厚肉インサート部品等の厚肉成形品に好適である。
【実施例】
【００３３】
次に、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
（１）射出成形機
東芝機械(株)  ＩＳ８０ＦＰＡ３
スクリュー径；φ３２ｍｍ
スクリュー回転最大トルク；１４ＭＰａ（ゲージ圧）
（２）金型
キャビティー寸法：１００ｍｍ×１００ｍｍ×７ｍｍ
サイドゲート：２７ｍｍ×３ｍｍ
（３）樹脂
メタクリル樹脂  三菱レイヨン(株)製  アクリペットＶＨ  ＃００１
（４）滑剤
ステアリルアルコール
常温時は粉状、融点５７〜５８℃
（５）ガラス転移温度
測定方法：ＪＩＳ  Ｋ７１２１に準じる。
測定装置：示差走査熱量計ＤＳＣ２２０（セイコーインスツルメンツ）
実験条件：試料    アクリペットＶＨ  ＃００１
前処理  試料（ペレット）を２００℃で１０分加熱した後、５０℃まで急冷する。
温度    ５０から２００℃まで昇温、加熱速度１０℃／ｍｉｎ
雰囲気  窒素ガス  流量５０ｍｌ／ｍｉｎ
測定結果：１１５℃
（６）スクリュー回転トルク
１ショット成形する間に粒状樹脂を可塑化する油圧モーターに掛かる油圧の最大値をスクリュー回転トルクとした。
（７）可塑化時間
１ショット成形する間にシリンダー内のスクリューが回転し粒状樹脂を可塑化する時間とした。
（８）ヒケ率
下記式により算出した（成形品１０個の平均値）。
（成形品の外辺ゲート近傍部の厚み−成形品の中心部の厚み）／成形品の外周厚み×１００（％）
【００３４】
［実施例１］
８０℃で乾燥したアクリペットＶＨ  ＃００１のペレット１００質量部に、滑剤としてステアリルアルコールを０．０５質量部添加してポリエチレン袋内にてハンドブレンドして、滑剤を付着させたペレットを作成した。ポリエチレン袋内のステアリルアルコールは溶けてペレット表面に均一に付着されていることが確認できた。
【００３５】
射出成形条件を以下に記載の通りとして射出成形を行った。
成形条件設定  シリンダー温度：２００℃
ノズル先端温度；２１０℃
金型温度：６０℃
射出速度：１０％（Ｍａｘ９９％）
射出圧力：９９％
保圧：適宜（クッション量に合わせて設定する）
成形サイクル：射出時間６０ｓｅｃ（保圧３０ｓｅｃ含む）
冷却時間１２０ｓｅｃ
中間時間２ｓｅｃ
トータル１９３ｓｅｃ
スクリュー回転数：１６％（１９ｒｐｍ）
背圧：３０％（１．１ＭＰａ（ゲージ圧））
成形結果を表１に示す。問題なく連続成形ができた。なお、１条件１０ショット成形した。
【００３６】
［実施例２］
シリンダー温度を１８０℃に設定し、保圧を９４％に設定したこと以外は、実施例１と同様にして射出成形した。成形結果を表１に示す。問題なく連続成形ができた。なお、１条件１０ショット成形した。
【００３７】
【表１】
2009137068.tif 000002
【００３８】
［比較例１］
シリンダー温度を１６０℃に設定して成形したこと以外、実施例１と同様にして射出成形した。スクリュー回転トルクが高くなり、最終的にはスクリューが停止して連続成形はできなかった。
【００３９】
［比較例２］
シリンダー温度を２１０℃に設定して成形したこと以外、実施例１と同様にして射出成形した。問題なく連続成形はできたがヒケ率が１．４０であり実施例１、２のそれより大きい値であった。
【００４０】
［比較例３］
滑剤を付着させず、シリンダー温度を２１０℃に設定したこと以外は、実施例１と同様にして射出成形した。３ショット目でスクリュー回転トルクが高くなり、スクリュー回転が止って連続成形ができなくなった。
【００４１】
［比較例４〜６］
滑剤を付着させず、シリンダー温度を２２０℃に設定し、保圧及び保圧時間を表１に記載の条件に設定したこと以外は、実施例１と同様にして射出成形した。成形結果を表２に示す。
【００４２】
［比較例７］
滑剤を付着させず、シリンダー温度を２００℃に設定したこと以外は、実施例１と同様にして射出成形した。２ショット目でスクリュー回転トルクが高くなり、スクリュー回転が止って連続成形ができなくなった。
【００４３】
【表２】
2009137068.tif 000003
【００４４】
図２に１０ショット成形した時のスクリュー回転トルクのグラフを示す。
実施例１、実施例２は共にシリンダー温度が２００℃、１８０℃でもスクリュー回転トルクが低減され、可塑化時間は長くなるものの安定していた。
【００４５】
また、成形サイクルが短く、ヒケが小さい成形品が安定して連続成形することができた。比較例４〜６は共に問題なく連続成形ができたが、いずれもスクリュー回転トルクは実施例１、２と比較し高いレベルであった。比較例６は保圧時間が６０ｓｅｃで成形サイクルが２２３ｓｅｃと長く、若干バリが発生した。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の製造方法により得られる成形品は厚肉レンズ、厚肉導光体、厚肉装飾品、厚肉インサート部品等の厚肉成形品に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の厚肉成形品の製造方法に用いることができる射出成形機の１態様の側面概略図である。
【図２】１０ショット連続して射出成形した時の各ショットの可塑化トルクを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    金型
２    スクリュー
３    シリンダー
４    ホッパー
５    ノズル
６    ヒーター
７    成形品
１０    射出成形機
【図１】
2009137068.tif 000004
【図２】
2009137068.tif 000005