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JP3473629B2 - 熱可塑性樹脂成形用金型 - Google Patents

熱可塑性樹脂成形用金型

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JP3473629B2
JP3473629B2 JP28946793A JP28946793A JP3473629B2 JP 3473629 B2 JP3473629 B2 JP 3473629B2 JP 28946793 A JP28946793 A JP 28946793A JP 28946793 A JP28946793 A JP 28946793A JP 3473629 B2 JP3473629 B2 JP 3473629B2
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JP
Japan
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layer
molding
mold
thermoplastic resin
resin
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久志 田原
敏明 泉田
勝美 吉田
真 小林
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Original Assignee
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂成形用金
型に関するものであり、高温媒体を使用せずとも熱可塑
性樹脂成形品表面の光沢、転写性を向上でき、且つ無機
フィラー等の添加された成形材料で成形した際に発生す
る、成形品表面のフィラーの浮きをも防止して、ノンフ
ィラーの成形材料と同等の、良好な外観を有する成形品
を提供できるものである。
【0002】
【従来の技術】熱可塑性樹脂成形材料を成形する際、冷
却効果と外観不良の防止ため、金型温度は、一般に40
〜120℃の温度範囲に設定される。上記金型温度は、
成形材料にもよるが、ポリカーボネート樹脂の場合、6
0℃以下で成形すると、フローマーク、ジェッテイン
グ、湯じわ、転写性不足といった不良が発生する。上記
不良を防止するため、金型温度を80℃以上に設定して
いる。しかし金型温度を高くすると、成形サイクルの延
長、ヒケの生成、離型不良、変形といった不都合が生ず
るために、連続生産の場合には、製品仕様を満足させる
程度の金型温度を採用せざるおえなかった。無機フィラ
ー等の添加された熱可塑性樹脂成形材料を用いて成形を
行うと、製品強度としては非常に高い物性値を示すもの
の、成形品表面にフィラーが浮くために、表面平滑性が
悪い、光沢が無い等の外観不良が発生する問題があっ
た。そこで金型温度を120℃以上に加熱して成形を行
ったり、樹脂の分子量を低下させた材料にて成形するこ
とでフィラーの浮きを極力抑える方法を採用している
が、完全な解決策には至っていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金型温度を
高温としないで、また特殊な成形材料を使用せずとも非
常に美麗な表面を形成できる熱可塑性樹脂成形用金型を
提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは熱可塑性樹
脂成形用金型について、上記課題を解決するため鋭意研
究を重ねた結果、金型キャビティ表面に特定の複合層を
設けることにより、上記課題を解決できることを見いだ
し、本発明を完成した。
【0005】すなわち、本発明は、熱可塑性樹脂の成形
に使用する金型であって、該金型キャビティは、表面の
A層と中間層のB層からなる複合層が、金型キャビティ
を形成する金型母材に装着されており、A層が、ニッケ
ル、ニッケル−クロム鋼、クロム、コンスタンタン、ア
ルミニウム、銅、銅−ベリリウム、ベリリウム、亜鉛か
ら選ばれ、且つ温度伝導率が300×10-42 /h以
上である金属化合物層であり、B層が、成形に使用する
熱可塑性樹脂の溶融下の温度よりも20℃以上高い融点
を有し、且つ温度伝導率が50×10-42 /h以下で
ある層からなることを特徴とする熱可塑性樹脂成形用金
型に関する発明である。以下、本発明について説明す
る。
【0006】使用する熱可塑性樹脂成形用金型キャビテ
ィは、キャビティ表面を形成するA層、A層とキャビテ
ィを形成する金型母材の中間に位置するB層、金型キャ
ビティ母材(以下C層)の少なくとも3層から構成され
る。各層は、材質、厚み、温度伝導率を満たすものであ
れば、複層構造のものを用いても問題なく、上記構成を
満たしえる材質を適宜選択して使用できる。
【0007】A層としては、可塑化された溶融樹脂と接
触するために、剥離性及び耐摩耗性を有し、かつ温度伝
導率が一定以上の金属化合物を用いる必要がある。剥離
性の良い金属化合物としては、銅化合物等が、特に種々
の成形材料においても良好な剥離性を示す。剥離性の悪
い金属化合物を使用すると、剥離マークと呼ばれる筋状
の不良現象が成形品表面に発生するために好ましくな
い。
【0008】耐摩耗性においては、使用する成形方法、
成形材料によっても材質選択をする必要がある。射出成
形法を使用する場合、高い剪断応力、成形サイクルの短
縮、ショット数が多くする等の点から、キャビティ表面
は耐摩耗性が要求される。一方、プレス成形や射出圧縮
成形の場合、剪断応力が小さいために、耐摩耗性に比較
的劣る材質のものも使用できる。また成形材料として、
無機フィラー等が添加された成形材料を用いる場合は、
特に耐摩耗性が特に必要となり、この場合、クロム、ニ
ッケルを含有する耐摩耗性に優れた化合物等を用いる事
が望ましい。またノンフィラー材料の場合、耐摩耗性に
比較的劣る材質も使用できる。
【0009】またA層は、温度伝導率(ある物質内で、
温度分布が与えられると、物質固有の温度変化の速度が
決まる。その比例定数を温度伝導率といい、熱伝導率÷
(比熱×密度)で示される)が300×10-42 /h
以上のものを使用する。温度伝導率が300×10-4
2 /h未満の場合は、樹脂の冷却速度が遅くなるため
に、成形サイクルが長くなる問題が生じてくる。従っ
て、好ましくは厚みと温度伝導率をコントロールして、
外観不良の解決と成形サイクルの短縮に努める必要があ
る。A層の厚みは、5〜100μmが望ましく、特に1
0〜80μmが望ましい。A層の厚みが5μm未満では
耐久性が十分でなく、100μmを超えると温度伝導が
良くなるために、溶融樹脂の温度を急激に吸収し、スキ
ン層が急冷されるために、フローマーク、ジェッテイン
グ、湯じわ等の外観不良を起こしやすい。
【0010】厚みと温度伝導率をコントロールして、外
観不良の解決と成形サイクルが短縮できる特に好ましい
条件としては、厚み50μm以下で、かつ温度伝導率5
000×10-42 /h以上の層を設けることで、容易
に外観向上と成形サイクル短縮の目的を達成し得る。本
発明に用いるA層の材質としては、上記の値を満たすニ
ッケル、ニッケル−クロム鋼、クロム、コンスタンタ
ン、アルミニウム、銅、銅−ベリリウム合金、ベリリウ
ム、亜鉛等の金属化合物が例示できる。また用途に応じ
て鏡面、シボ面及び種々の模様をA、B層に形成させる
こともできる。
【0011】B層は、A層とキャビティを形成する金型
母材の中間に位置する層であり、溶融下にある成形材料
の温度よりも20℃以上高い融点を有し、且つ温度伝導
率が50×10-42 /h以下のものを使用する。B層
の融点が、成形材料の溶融下の温度よりも20℃未満の
場合、キャビティ内に供給された材料の熱が、熱伝導に
優れたA層を伝わり、B層に達した時点で溶融軟化し、
変形してしまうためである。さらに好ましくは、B層が
昇温された場合にも、変形しにくい熱撓み温度に優れた
材質を併せて選択することが望ましい。例えば成形材料
に溶融下の温度が200℃のポリプロピレンを使用した
場合、融点が225℃のポリカーボネート樹脂をB層に
用いることができる。
【0012】温度伝導率が50×10-42 /hを超え
ると、特に無機フィラーの添加された成形材料にて成形
を行うと、成形品表面に無機フィラーが浮いてしまう不
良が発生するために、B層に使用する材質としては、温
度伝導率が上記値を満たし得る熱可塑性樹脂、熱硬化性
樹脂等の断熱層と称される材質が例示できる。また、温
度伝導率が50×10-42 /h以下であり、かつ厚み
200μm〜5mm以上のB層を設けるのが望ましい。
該範囲で、本発明の改良効果が期待でき、かつサイクル
タイムが長くなるのを防止できる。
【0013】B層として、具体的には熱可塑性樹脂、熱
硬化性樹脂、及びセラミック等が例示できる。熱可塑性
樹脂としては、融点が高く、また熱撓み温度にも優れて
いる材質のものが望ましく、具体的には、ポリアリレー
ト樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイ
ド樹脂、ポリアリルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂等が例示できる。熱硬化性樹脂としては、
ほとんどの樹脂が使用可能であるが、含浸材としてガラ
ス繊維織布及び布織布を使用することは、表面に凹凸が
形成されるために不適であり、好適には紙を含浸材とし
て用いるかまたは、微粒子等を混入させて用いること
で、表面平滑性の向上や加工のしやすさの面から優れて
いる。またこれらの多層板等も使用できる。好ましい樹
脂としては具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、ビスマレイミド・トリアジン(BT)樹脂、ポリイ
ミド樹脂が例示できる。
【0014】金型キャビティは、B層形成後に、密着及
び接着しあうようにA層をB層上に形成させ、該A、B
層をB層がC層と密着及び接着し得る様に、物理的、化
学的に取り付けて使用する。例えばBT樹脂を用いる場
合、キャビティ形状に注型したBT樹脂に、電解メッキ
法にて金属メッキを施すかまたは、金属箔をプレス機械
等にて加熱圧着するか、接着剤を介して接着させるかの
方法にて容易に作製することができる。また金属箔に予
めエッチング等によるシボ加工を施して使用すること
で、容易にシボ加工された成形品を得ることもできる。
このBT樹脂は、金型キャビティ用の母材に接着剤、ビ
ス固定にて装着する。
【0015】該キャビティの装着は、外観の必要とされ
る面にのみ装着して成形を行う。金型温度としては、6
0℃以下の低温で母材全体を冷却して成形を行う。片面
のみの装着の場合、他面から冷却できるために、冷却速
度を速くでき、成形サイクルが短縮できる。また金型温
度が低い場合に発生するジェッテイング等の成形不良
が、片面のみに該キャビティを装着することで、樹脂の
冷却速度を遅くでき、流動性が向上するために、上記不
良を容易に改善できる。
【0016】製品形状が、平面の場合はB層として、シ
ート状物を使用するが、曲面または凹凸形状の場合は、
真空成形可能な樹脂は、真空成形にて形状付与を行う。
真空成形品をC層に固定する場合、まずA層を電解メッ
キ法等で形成させた後、反キャビティ面に接着剤を塗布
し、凹面をB層の条件を満たす樹脂にて均一に埋め、そ
の面をC層に密着させるようにして装着する。または硬
化させた状態の樹脂を、切削機械等で製品形状に切削し
て形状付与を行い、A層を形成させた後、C層に密着す
るように装着する。
【0017】C層に使用する材質は、一般的に金型母材
として使用されるS50C、S55C等の機械構造用炭
素鋼を使用でき、金型構造としても、該キャビティのみ
を入れ子にして使用する以外は、一般的な構造で使用で
きる。
【0018】使用する成形材料は、熱可塑性樹脂であれ
ば特に限定されず、成形材料に無機、有機フィラー等が
添加された材料でも使用できる。また成形条件としても
射出成形、プレス成形、射出圧縮成形法に通常使用され
る条件で成形を行うことができる。
【0019】
【実施例】以下、実施例により本発明の詳細を説明す
る。 実施例1 金型キャビティの作製 B層として紙にBT樹脂を含浸させたシート(厚み10
00μm)を利用し、キャビティ形状である100mm
×100mmに切削した。ついでB層を硬質ニッケルメ
ッキ処理し、30μmのA層を形成させた。ついでキャ
ビティ母材であるC層の片面に、該シートを2液硬化型
のエポキシ接着剤を用いて接着せしめた。使用したBT
樹脂の温度伝導率は10×10-42 /hであり、硬質
ニッケルメッキの温度伝導率は、1600×10-42
/hであった。
【0020】製品の厚みとしては4mmであり、角板形
状のキャビティを有す金型全体を60℃で冷却し、射出
成形機(三菱重工(株)製、型式:150MST)を用
いて、ポリカーボネート樹脂材料(三菱瓦斯化学(株)
製、商品名:ユーピロン GS2020M、ガラス繊維
添加量:20wt%))を樹脂温度290℃、射出圧力
(ゲージ圧力900kgf/cm2 )、射出速度400
mm/秒の条件で射出注入した。冷却時間は、25秒で
あり、通常成形と同等のサイクルであった。製品表面に
は、ガラス繊維の浮きがなく、ノンフィラー材料を高温
の金型で成形したものと、同等の外観を有していた。該
製品の表面状態を、走査型電子顕微鏡(日立製作所製)
にて60倍の倍率で、観察を行った結果、表面に析出し
ているガラス繊維は、見受けられなかった。
【0021】比較例1 実施例と同様にして、キャビティ母材からなるC層にア
ルミニウムシート(温度伝導率:6745×10-42
/h、厚み1000μm)を同様に接着して、実施例と
同じ形状の製品を、同条件にて成形した。しかし製品表
面には、無数のガラス繊維が浮きだしており、極めて醜
い外観を有していた。該製品の表面状態を実施例と同様
にして、走査型電子顕微鏡にて60倍の倍率で、観察を
行った結果、1mm2 当りに約80本ものガラス繊維
が、製品表面に析出していた。
【0022】
【発明の効果】本発明の金型を使用することにより、成
形サイクル延長なしに、ガラス繊維添加材料を使用して
も、製品状面のガラス繊維の浮きを防止でき、極めて優
れた外観と強度を持った成形品が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 真 神奈川県平塚市東八幡5丁目6番2号 三菱瓦斯化学株式会社 プラスチックス センター内 (56)参考文献 特開 昭58−3821(JP,A) 特開 平5−96548(JP,A) 特開 昭62−37107(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 45/00 - 45/84 B29C 33/00 - 33/76

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱可塑性樹脂の成形に使用する金型であ
    って、該金型キャビティは、表面のA層と中間層のB層
    からなる複合層が、金型キャビティを形成する金型母材
    に装着されており、A層が、ニッケル、ニッケル−クロ
    ム鋼、クロム、コンスタンタン、アルミニウム、銅、銅
    −ベリリウム合金、ベリリウム、亜鉛から選ばれ、且つ
    温度伝導率が300×10-42 /h以上である金属化
    合物層であり、B層が、成形に使用する熱可塑性樹脂の
    溶融下の温度よりも20℃以上高い融点を有し、且つ温
    度伝導率が50×10-42 /h以下である層からなる
    ことを特徴とする熱可塑性樹脂成形用金型。
  2. 【請求項2】 A層が、厚み5〜100μmの金属化合
    物にて形成され、B層は、厚み200μm〜5mmの熱
    可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セラミックから選ばれる1
    層以上からなることを特徴とする請求項1に記載の熱可
    塑性樹脂成形用金型。
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