JP3617807B2

JP3617807B2 - In-mold coating molding method

Info

Publication number: JP3617807B2
Application number: JP2000225580A
Authority: JP
Inventors: 建司米持; 義明山本; 賢治大田; 俊夫荒井; 悦雄岡原; 和明小林
Original assignee: Dai Nippon Toryo KK; Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Dai Nippon Toryo KK; Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: JP2001096573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂成形品を成形型内で成形し、得られた熱可塑性樹脂成形品の表面を、その成形型内で被覆剤を注入することにより被覆する金型内被覆成形方法（以下、ＩＭＣと称することもある）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金型内被覆成形方法は、成形品表面の品質向上及び塗装工程の短縮を目的として利用されており、特に外観及び品質に対する要求度の高い自動車においては、その外板や外装部品等に広く利用されている。
【０００３】
このような金型内被覆成形方法としては、例えば、ＵＳＰ４，０７６，７８８号公報、ＵＳＰ４，０８１，５７８号公報、ＵＳＰ４，３３１，７３５号公報、ＵＳＰ４，３６６，１０９号公報、ＵＳＰ４，６６８，４６０号公報、特開平５−３０１２５１号公報、特開平５−３１８５２７号公報、特開平８−１４２１１９号公報等において開示されている。
【０００４】
これら特許公報に記載されている方法では、成形型内で合成樹脂成形材料を成形後、成形型の内表面と得られた成形品表面との間に被覆剤を注入する際の型締め圧力や被覆剤注入圧力、金型離間の規定はあるものの、被覆剤注入時間や被覆剤注入後の再型締め完了時期の規定については、ほとんど注意が払われていない。
【０００５】
ところで、金型内被覆成形における熱硬化性被覆剤は、型内に注入された瞬間から金型表面の熱及び合成樹脂成形材料の熱により硬化反応を開始し、その硬化反応の速度は被覆剤の種類、合成樹脂成形材料の温度や金型温度等の条件によって変動する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このため、被覆剤注入時間が短いと、被覆剤中の顔料が分離したり、ウエルドラインが発生したりする。逆に被覆剤注入時間が長いと、被覆剤の硬化反応の進行に伴い流動性が低下して、成形品の末端まで被覆されなかったり、塗膜にシワやクラックが発生したりする。あるいは、再型締め完了時期が遅いと、被覆剤は硬化反応の進行に伴うゲル化により流動性が低下し、成形品の末端まで被覆されなかったり、ゲル化進行中に被覆剤に再型締め圧力がかかり、硬化塗膜にシワやクラックが生じたりする。一方、再型締め完了時期が早すぎると、被覆剤中の顔料が分離したりウエルドラインが発生し、均一な外観品質が得られなかったりする。また、リブ、ボス等のある成形品では、再型締め圧力が適正でないと、ヒケやハンプといった不具合が発生しやすい。
【０００７】
特に、熱可塑性樹脂のＩＭＣにおいては、熱可塑性樹脂のＩＭＣと熱硬化性樹脂のＩＭＣとでは金型温度条件が相違すること、及び熱可塑性樹脂のＩＭＣに用いられる被覆剤には熱硬化性樹脂用の被覆剤よりも低温で硬化する硬化特性が求められていること等の理由から、塗膜の外観及び密着強度を良好なものとする成形条件の設定が、熱硬化性樹脂のＩＭＣよりも格段に困難なものとなっている。
【０００８】
また、従来の射出成形機は樹脂の成形のみを目的としており、ＩＭＣを行うことを前提とした設計となっておらず、金型の型締力の制御や金型の位置制御を精密かつ高応答に行う設計がなされていない点も熱可塑性樹脂のＩＭＣを困難なものとする一つの理由となっている。つまり、金型の位置、型締力が高応答に制御されない場合には、被覆剤注入後に被覆剤を十分に金型キャビティ内に広げることができず、或いは注入した被覆剤の一部が部分的に硬化を始める等して、均一な塗膜を得ることが極めて困難であった。これらのことから、従来の型締圧力や金型位置の制御動作が遅い射出成形機を用いる限りにおいては、被覆剤の硬化条件を制御することが困難であり、必ずしも生産性のよいものではなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、熱可塑性樹脂成形品を成形型内で成形後に、その成形型内で成形品の表面に被覆剤をコーティングする際に、硬化塗膜においてシワ、クラック、色ムラ、ウエルドラインの発生を防止、高い品質の被覆された成形品を確保できる金型内被覆成形方法を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の発明においては、金型内で熱可塑性樹脂成形品を成形後、当該金型を所定間隔に開いて、得られた熱可塑性樹脂成形品の表面と当該金型のキャビティ表面との間に、被覆剤注入機により所定量の被覆剤を注入し、当該被覆剤の注入完了後に金型を再度型締めし、当該被覆剤を当該金型内で硬化させて、当該熱可塑性樹脂成形品の表面に塗膜が密着した一体成形体を製造することからなる金型内被覆成形方法において、
（１）前記被覆剤の注入を、前記熱可塑性樹脂成形品の表面が前記被覆剤の注入圧力および流動圧力に耐えうる程度に固化する時間の経過後に行うこと、
（２）前記被覆剤の注入時間を、前記被覆剤の前記金型の内表面温度におけるゲル化時間をｔ_１とした場合に、０．１０ｔ_１〜０．９９ｔ_１の範囲内となるようにすること、および
（３）前記被覆剤の前記金型の内表面温度におけるゲル化時間をｔ_１とした場合に、前記被覆剤注入開始から再度型締めの完了（図３のＡ点）までの時間を０．２０ｔ_１〜１．１０ｔ_１の範囲内とすることとしている。
【００１１】
また、第１の発明を主体とする第２の発明においては、前記被覆剤の注入を、前記熱可塑性樹脂が非晶性樹脂では熱変形温度以下になった時点に、また、結晶性樹脂では結晶化温度以下になった時点に行うようにした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
すなわち、本発明においては、成形型内にて熱可塑性樹脂成形品を成形後、その成形型内に被覆剤を注入し、被覆剤の注入完了後に金型を再度型締めし、その成形型内で被覆剤を均一に押し広げて硬化させる際、被覆剤のゲル化時間に応じた適正な被覆剤の注入時間と再型締め完了時間を設定することにより、均一な外観品質の塗膜になるように被覆剤を熱可塑性樹脂成形品の表面に被覆している。
【００１４】
（被覆剤の注入開始時期）
被覆剤の注入開始時期は、成形材料の種類や成形条件に応じて適宜選択することができるが、成形品の表面が被覆剤の注入圧力、流動圧力に耐えうる程度に固化する時間の経過後、前記被覆剤の注入が行われるのが望ましい。なお、成形品の表面が、被覆剤の注入圧力、流動圧力に耐えうる程度に固化する時点とは、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂では熱変形温度以下になった時点であり、結晶性樹脂では結晶化温度以下になった時点である。成形時の成形品の表面温度の変化は各成形に固有な時間関数となるので、熱変形温度以下または結晶化温度以下になるまでの時間を各成形スタイル毎にあらかじめ確認しておき、被覆剤の注入開始時期を時間により決定する制御とするのが簡便である。一つの例として、後述する実施例で示されるように、熱可塑性樹脂成形品の冷却時間が２０秒経過後に被覆剤を注入することができる。
【００１５】
（被覆剤注入時間）
また、被覆剤を成形型の内表面と得られた成形品の表面との間に注入するのに要する時間は０．１０ｔ_１〜０．９９ｔ_１、好ましくは０．２ｔ_１〜０．８ｔ_１の範囲内とする。なお、被覆剤注入時間が前記範囲よりも短いと、顔料分離やウエルドラインの発生が顕著となり、外観品質上好ましくない。一方、被覆剤注入時間が前記範囲よりも長いと、被覆剤の硬化反応の進行に伴い成形品の末端まで被覆しなかったり、硬化塗膜にシワやクラックを生じやすくなったりして好ましくない。ここで、「ｔ_１」は、成形品表面に被覆剤を被覆する側にある成形型の内表面温度における、被覆剤のゲル化時間である。ゲル化時間とは被覆剤が流動しなくなるまでに要する時間として定義されるものであり、ゲル化時間はＩＣＡＭ−１０００ディエレクトロメーター（ＭｉｃｒｏｍｅｔＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．製）にて測定したものである。
【００１６】
（再型締め完了時間）
被覆剤をキャビティ内に注入開始してから再型締めの動作を完了（図３のＡ点）するまでの時間は、０．２０ｔ_１〜１．１０ｔ_１、好ましくは０．５０ｔ_１〜１．００ｔ_１の範囲内とする。再型締めを完了するまでの時間が前記範囲よりも早いと、被覆剤の顔料分離が生じやすい。また、アルミフレークの様な鱗片状顔料を使用した場合、ウエルドラインの発生が顕著となり、外観品質上好ましくない。一方、再型締め完了時間が前記範囲よりも遅いと、被覆剤の硬化反応の進行に伴い成形品の末端まで被覆されなかったり、硬化塗膜にシワやクラックを生じやすくなったりして好ましくない。ここでｔ_１は前記と同様である。なお、被覆剤注入完了後、再度型締め開始するまでの時間は、０．００ｔ_１〜０．５０ｔ_１の範囲内とするのが好適である。
【００１７】
（熱可塑性樹脂）
なお、本発明において使用される熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテルなどの熱可塑性樹脂あるいはこれらのアロイ材、さらにはこれらに繊維状あるいは鱗片状のフィラーを配合したものが挙げられる。
【００１８】
（被覆剤）
また、本発明において使用される被覆剤は、従来から公知の各種型内被覆用被覆剤が利用でき、例えば、特開昭５４−３６３６９号公報、特開昭５４−１３９９６２号公報、特開昭５５−６５５１１号公報、特開昭５７−１４０号公報、特開昭６０−２１２４６７号公報、特開昭６０−２２１４３７号公報、特開平１−２２９６０５号公報、特開平５−７０７１２号公報、特開平５−１４８３７５号公報、特開平６−１０７７５０号公報、特開平８−１１３７６１号公報等に記載された被覆剤が代表的なものとして挙げられる。
【００１９】
特に好適なものには、少なくとも２個以上の（メタ）アクリレート基を有するウレタンアクリレートオリゴマー、エポキシアクリレートオリゴマー等のオリゴマーもしくはその樹脂、又は不飽和ポリエステル樹脂２０〜７０重量％とメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸、酢酸ビニル、トリプロピレングリコールジアクリレート、スチレンなどの共重合可能なエチレン性不飽和モノマー８０〜３０重量％からなるビヒクル成分、顔料及び重合開始剤等からなる被覆剤である。また、エポキシ樹脂／ポリアミン硬化系、ポリオール樹脂／ポリイソシアネート硬化系などの、型内注入直前に、主剤／硬化剤を混合する２液型被覆剤も適用可能である。
【００２０】
（金型温度条件）
一方、本発明の金型内被覆成形方法の実施において適用される金型温度条件は、次に説明する成形品の表面固化時間および被覆剤の硬化時間に配慮して、使用される成形材料、被覆剤の種類および成形品に応じて適宜選択されるのが基本である。
前述のように、成形品の表面が被覆剤の注入圧力、流動抵抗に耐え得る程度に固化されていることが被覆剤注入の必須条件であり、金型温度が高すぎると、成形品の表面が固化するまでに要する時間が長くなり、成形サイクルが長くなるという問題がある。一方、金型温度が低すぎると、注入された被覆剤の硬化時間が長くなったり、硬化が不完全になったりするという問題がある。成形品の表面固化時間と被覆剤の硬化時間とのバランスが好適となる金型温度は、結果的にそれぞれの成形材料の種類に応じた温度範囲内となるのが一般的であり、各種成形材料に対する金型温度条件は下記の表１に示す金型温度範囲内から選択するのが望ましい。
【００２１】
【表１】

【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。図１〜図３はいずれも本発明の実施例に係り、図１は金型内被覆成形装置の全体構成図、図２は図１に示す金型内被覆成形装置を用いて実施例１、２に示す成形を行う場合のフローチャートである。図３は、図１に示す金型内被覆成形装置を用いて実施例１、２に示す成形を行う場合の型締め／型開きのシーケンスを表す図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明における金型内被覆成形装置１００は、汎用のトグル式射出成形機を利用したものであり、大別すると型締め装置１０と、射出装置２０と、制御装置３０と、金型装置５０とで構成される。
【００２４】
型締め装置１０は、金型装置５０を取り付ける固定盤１１および可動盤１２を備えており、タイロッド１４に案内され且つ型締めシリンダ１３により前後進される可動盤１２が固定盤１１に対向して進退することで、金型装置５０を開閉するように構成されている。
【００２５】
射出装置２０には、スパイラル状のフライト部を有するスクリュ２１が円筒状のバレル２２の内周面に沿って油圧モニター２３により回転駆動され且つ前後進自在に配設されている。スクリュ２１の回転に伴ってホッパ２５内に供給された、合成樹脂成形材料である樹脂ペレットはスクリュ２１の前方へ送られ、この間にバレル２２の外周面に取り付けられているヒータ（図示略）による加熱を受けると共に、スクリュ回転による混練作用を受けることにより樹脂ペレットが溶融するようになっている。
【００２６】
スクリュ２１の前方へ送られた溶融樹脂の量の予め設定された量に達した時点で油圧モータ２３の回転駆動を停止すると共に、射出シリンダ２４を駆動してスクリュ２１を前進させることにより、スクリュ２１前方に貯えられた溶融樹脂はノズル２６を経由して金型装置５０の金型キャビティ５３内へ射出するようになっている。
【００２７】
金型装置５０には、前記固定盤１１に取り付けられる固定金型５１と前記可動盤１２に取り付けられる可動金型５２が備えられており、可動金型５２には被覆剤を金型キャビティ５３内に注入する被覆剤注入機５５および金型キャビティ５３内合成樹脂成形品の表面温度を検出する温度センサ５４が配設されている。
【００２８】
次に、制御装置３０の構成について述べる。図１に示すように、制御装置３０には、型締め装置１０の動作と射出装置２０の動作を連動させ制御装置３０のシステム全体を総括して制御する成形装置制御部３１と、射出装置２０の動作を制御する射出制御部３８とが備えられているが、これら両制御部３１，３８は通常の射出成形機における制御部と同様の制御機能を有している。一方、金型内被覆成形装置１００固有の制御機能を有する制御部として、型締め条件設定部３２から成形条件データ信号を受けて被覆剤注入機５５の動作を制御する注入機制御部３５と、同じく型締め条件設定部３２から成形条件データ信号を受けて型締め装置１０の動作を制御する型締め制御部３３とが備えられている。
【００２９】
前記型締め条件設定部３２には、型締め装置１０の開閉速度、動作タイミング、型開量、型締め力および被覆剤注入機５５の注入量、注入速度、注入タイミング、注入圧力の各成形条件が設定される。前記型締め条件設定部３２からは、被覆剤注入機５５の注入量、注入速度、注入タイミングおよび注入圧力に関する成形条件については前記注入機制御部３５に成形条件データを送り、型締め装置１０の開閉速度、動作タイミング、型開量および型締め力に関する成形条件については前記型締め制御部３３に成形条件データ信号を送るようになっている。
【００３０】
次に、上記のように構成された制御装置３０を有する金型内被覆成形装置１００によって、金型内被覆成形を行う際の動作内容の一例を説明する。
【００３１】
型締め制御部３３から発信される制御信号と型締め用サーボバルブ１５によりフィードバック制御しながら、型締め条件設定部３２に設定された型閉じ速度パターンに従って、型締めシリンダ１３により可動金型１２を型開きの限位置から前進させて固定金型１１にタッチさせる。引き続き型締め制御部３３から発信される制御信号と型締め用サーボバルブ１５によりフィードバック制御しながら、型締め条件設定部３２に設定された型締め力パターンに従って、型締めシリンダ１３により可動金型１２をさらに前進させてタイロッド１４を伸ばし所定の型締め力を金型装置５０に作用させる。このような型締め装置１０動作中の所定の動作タイミングにおいて、射出制御部３８から発信される制御信号により射出用サーボバルブ２７の開度を制御しながら、射出シリンダ２４によりスクリュ２１を前進させると、スクリュ２１の前方に貯えられている溶融樹脂はノズル２６を経由して金型キャビティ５３内に射出されて合成樹脂成形品が成形される。なお、型締め装置１０動作と射出装置２０とが連動するように、成形装置制御部３１によって相互の動作タイミング信号を授受するようになっている。
【００３２】
次に、型締めシリンダ１３により可動金型１２を後退させ、型締め制御部３３から発信される制御信号と型締め用サーボバルブ１５によりフィードバック制御しながら、型締め条件設定部３２に設定された型開量を与えて合成樹脂成形品の表面と金型キャビティ５３面との間に隙間を設けた後、型締め条件設定部３２に設定された被覆剤注入機５５の注入量、注入速度、注入タイミング、注入圧力に従って、注入機制御部３５から発信される制御信号により被覆剤注入機５５を駆動して被覆剤を金型キャビティ５３内に注入する。
【００３３】
続いて、注入機制御部３５から発信される注入完了信号を受け、型締め制御部３３から発信される制御信号と型締め用サーボバルブ１５によりフィードバック制御しながら、型締めシリンダ１３により可動金型１２を再度前進させ、型締め条件設定部３２に設定された型締めタイミング、型開量パターンおよび型締め力時間パターンを実行させる。こうすることにより、注入された被覆剤を合成樹脂成形品の全表面にゆきわたらせると共に、塗膜の外観品質にとって最適な成形条件を与えるようになっている。
【００３４】
そののち、型締め制御部３３から発信される制御信号と型締め用サーボバルブ１５によりフィードバック制御しながら、型締め条件設定部３２に設定された動作タイミングと型開き速度パターンに従って、型締めシリンダ１３により可動金型１２を型開きの限位置まで後退させ、被覆一体成形品を金型装置５０から取り出して成形サクイルが完了する。本実施例では、油圧シリンダーを型締め力発生源としたトグル式型締めの射出成形機を用いたが、油圧シリンダーの代わりにサーボモーターとボールネジを使って型締め力を発生させるトグル式型締めの射出成形機を用いてもよい。
【００３５】
【実施例】
実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何らその範囲を限定するものではない。
【００３６】
［実施例１］
縦３００ｍｍ、横２１０ｍｍ、深さ５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの箱状の製品が得られるシェアーエッジ構造の金型を使い、まず１９６００ＭＰａ（２００ｔ）の型締め力をかけて耐熱ＡＢＳ樹脂（宇部サイコン社製商品名「サイコラックＭＸ４０」）を射出成形した。この時の樹脂温度は２５０℃、金型温度は９０℃であった。この樹脂成形の冷却時間を２０秒取った。このとき樹脂成形品表面温度は約１００℃であった。その後、金型を１．５ｍｍ開き、表２に記載の９０℃のゲル化時間７秒の被覆剤Ａを１１．８ＭＰａ（１２０ｋｇｆ／ｃｍ^２）の下で１２ｃｃ注入した。被覆剤の注入に要した時間は２．５秒であった。被覆剤注入完了０．１秒後再型締めを開始し、１秒かけて１９６０ＭＰａ（２０ｔ）まで型締めし、１２０秒間保持した後に金型を開いて成形品を取り出した。成形品には全面に厚さ約１００μｍの硬化した塗膜が形成されており、色ムラ、シワ、ワレ等の無い均一な被覆成形品であった。
【００３７】
［実施例２］
実施例１で使用した金型を使い、実施例１と同様にまず２９４００ＭＰａ（３００ｔ）の型締め力をかけてポリアミド樹脂（宇部興産社製商品名「ＵＢＥナイロンＰＡ１０１３Ｂ」）を射出成形した。この時の樹脂温度は２５０℃、金型温度は１２０℃であった。この樹脂成形の冷却時間を２０秒取った。このとき樹脂成形品表面温度は約１４０℃であった。その後、金型を１．５ｍｍ開き、表２記載の１２０℃の時のゲル化時間８秒の被覆剤Ｂを１０．８ＭＰａ（１１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）の下で１２ｃｃ注入した。被覆剤の注入に要した時間は２秒であった。被覆剤注入完了３秒後再型締めを開始し、約３秒かけて１９６０ＭＰａ（２０ｔ）まで型締めし、１２０秒間保持した後に金型を開いて成形品を取り出した。成形品には全面に厚さ約１００μｍの硬化した塗膜が形成されており、アルミ顔料のウエルドや配向ムラ、シワ、クラックの無い均一な被覆成形品であった。
【００３８】
［比較例１］
実施例１と同一の金型、成形樹脂および被覆剤を用い、被覆剤注入完了後、再型締め開始から完了までの時間を５．５秒とした。それ以外は実施例１と同一条件にて行った。得られた被覆成形品には、被覆剤の流れに沿ってシワおよび黒いすじ状の色ムラが発生し、均一な被覆成形品が得られなかった。
【００３９】
［比較例２］
実施例２と同一の金型、成形樹脂および被覆剤を用い、被覆剤の注入に要した時間を０．５秒とした。それ以外は実施例２と同一条件にて行った。得られた被覆成形品には、アルミ顔料の配合によるウエルドラインおよび色ムラが発生し、均一な被覆成形品が得られなかった。
【００４０】
【表２】

【００４１】
【発明の効果】
本発明の型内被覆成形方法は、被覆剤注入時間および被覆剤注入開始から再型締め完了までの時間を被覆剤のゲル化時間に応じた所定の条件下で行うので、硬化塗膜に顔料分離やウエルドライン、シワ、クラック等のない均一な外観品質の被覆成形品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる金型内被覆成形装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す金型内被覆成形装置を用いて実施例１、２に記した成形を行う場合のフローチャートである。
【図３】図１に示す金型内被覆成形装置を用いて実施例１、２に示す成形を行う場合の型締め／型開きのシーケンスを表す図である。
【符号の説明】
１０型締め装置
１１固定盤
１２可動盤
１３型締めシリンダ
１４タイロッド
１５型締め用サーボバルブ
１６ストロークセンサ
１７型開量センサ
１８型締め力センサ
２０射出装置
２１スクリュ
２２バレル
２３油圧モータ
２４射出シリンダ
２５ホッパ
２６ノズル
２７射出用サーボバルブ
３０制御装置
３１成形装置制御部
３２型締め条件設定部
３３型締め制御部
３５注入機制御部
３８射出制御部
５０金型装置
５１固定金型
５２可動金型
５３金型キャビティ
５４温度センサ
５５被覆剤注入機
１００金型内被覆成形装置
Ａ再度型締め完了点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an in-mold coating molding method in which a thermoplastic resin molded article is molded in a mold, and the surface of the obtained thermoplastic resin molded article is coated by injecting a coating agent in the mold ( Hereinafter, it may be referred to as IMC).
[0002]
[Prior art]
The in-mold coating molding method is used for the purpose of improving the quality of the molded product surface and shortening the painting process, and it is widely used for the outer panels and exterior parts, especially in automobiles with high demands on appearance and quality. Has been.
[0003]
Examples of such in-mold coating molding methods include, for example, USP 4,076,788, USP 4,081,578, USP 4,331,735, USP 4,366,109, USP 4,668, No. 460, JP-A-5-301251, JP-A-5-318527, JP-A-8-142119, and the like.
[0004]
In the methods described in these patent publications, after molding a synthetic resin molding material in a mold, the mold clamping pressure when injecting a coating agent between the inner surface of the mold and the surface of the obtained molded product Although there are provisions for the coating agent injection pressure and the mold separation, little attention is paid to the provisions for the coating agent injection time and the remolding completion timing after the coating agent injection.
[0005]
By the way, the thermosetting coating in in-mold coating molding starts the curing reaction from the moment of injection into the mold by the heat of the mold surface and the heat of the synthetic resin molding material. It fluctuates depending on conditions such as the type of resin, the temperature of the synthetic resin molding material and the mold temperature.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, when the coating material injection time is short, the pigment in the coating material is separated or a weld line is generated. On the other hand, if the coating agent injection time is long, the fluidity decreases with the progress of the curing reaction of the coating agent, so that the end of the molded product is not covered, or wrinkles and cracks are generated in the coating film. Alternatively, if the re-clamping completion time is late, the fluidity of the coating will decrease due to gelation as the curing reaction progresses, and it will not be coated to the end of the molded product, or it will be re-clamped to the coating during the gelation process. Pressure is applied, and wrinkles and cracks occur in the cured coating film. On the other hand, when the re-clamping completion time is too early, the pigment in the coating agent is separated or a weld line is generated, and a uniform appearance quality cannot be obtained. Further, in a molded product having ribs, bosses, etc., if the re-clamping pressure is not appropriate, problems such as sink marks and humps are likely to occur.
[0007]
In particular, in the IMC of the thermoplastic resin, the mold temperature condition is different between the IMC of the thermoplastic resin and the IMC of the thermosetting resin, and the coating agent used for the IMC of the thermoplastic resin is a thermosetting resin. The setting of the molding conditions for improving the appearance and adhesion strength of the coating film is better than the IMC of the thermosetting resin, for reasons such as the need for curing properties that cure at a lower temperature than the coating agent for It is much more difficult.
[0008]
In addition, conventional injection molding machines are only intended for resin molding and are not designed to perform IMC, and the mold clamping force control and mold position control are precise and sophisticated. The fact that the response is not designed is one reason why the IMC of the thermoplastic resin is difficult. In other words, if the position of the mold and the clamping force are not controlled with high response, the coating cannot be sufficiently spread into the mold cavity after the coating is injected, or a part of the injected coating is partially Thus, it was extremely difficult to obtain a uniform coating film by starting to cure. For these reasons, it is difficult to control the curing conditions of the coating material and the productivity is not necessarily good as long as an injection molding machine with a slow operation of controlling the mold clamping pressure and the mold position is used. It was.
[0009]
Therefore, the present invention provides a wrinkle, a crack, a color unevenness, a weld line in a cured coating film when a thermoplastic resin molded product is molded in a mold and the surface of the molded product is coated in the mold. It is an object of the present invention to provide an in-mold coating forming method capable of preventing the occurrence of defects and ensuring a high-quality coated molded product.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the first invention of the present invention, after molding a thermoplastic resin molded article in a mold, the mold is opened at a predetermined interval, and the obtained thermoplastic resin molded article is obtained. A predetermined amount of a coating agent is injected between the surface and the cavity surface of the mold by a coating agent injection machine, and after the injection of the coating agent is completed, the mold is clamped again, and the coating agent is placed in the mold. In the in-mold coating forming method, which comprises curing the product with the above and producing an integrally molded body in which the coating film is in close contact with the surface of the thermoplastic resin molded product,
(1) Injecting the coating agent after a lapse of time during which the surface of the thermoplastic resin molded product is solidified to withstand the injection pressure and flow pressure of the coating agent,
(2) the injection time of the coating agent, the gelling time at the inner surface temperature of the mold of the coating agent in case of the _{t _1,} so as to be in the range of 0.10t ₁ ~0.99t 1 to it, and (3) the gelation time at the inner surface temperature of the mold of the coating when the t _1, of the the completion of the re-clamping of the coating material injection start (a point in FIG. 3) The time is set to be in the range of 0.20 t ₁ to 1.10 t ₁ .
[0011]
In the second invention mainly comprising the first invention, the coating agent is injected at a time when the thermoplastic resin is below the heat distortion temperature in the case of the amorphous resin, and in the case of the crystalline resin. It was carried out when the temperature became lower than the crystallization temperature.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0013]
That is, in the present invention, after molding a thermoplastic resin molded product in the mold, the coating agent is injected into the mold, and after the injection of the coating agent is completed, the mold is clamped again, When the coating is uniformly spread and cured with, by setting the appropriate coating injection time and re-clamping completion time according to the gelation time of the coating, it becomes a coating film with uniform appearance quality Thus, the coating agent is coated on the surface of the thermoplastic resin molded article.
[0014]
(Coating agent injection start time)
The timing of injecting the coating material can be selected as appropriate according to the type of molding material and molding conditions, but after the time has elapsed when the surface of the molded product is solidified to withstand the injection pressure and flow pressure of the coating material. Preferably, the coating agent is injected. The time when the surface of the molded product is solidified to the extent that it can withstand the injection pressure and flow pressure of the coating is the time when the thermoplastic resin is below the heat distortion temperature in the case of an amorphous resin. Then, it is the time when the temperature becomes lower than the crystallization temperature. Since the change in the surface temperature of the molded product at the time of molding is a time function unique to each molding, the time until the temperature becomes lower than the thermal deformation temperature or lower than the crystallization temperature is confirmed in advance for each molding style, and the coating agent It is convenient to adopt a control that determines the injection start time of the time depending on the time. As an example, as shown in the examples described later, the coating agent can be injected after the cooling time of the thermoplastic resin molded article has elapsed for 20 seconds.
[0015]
(Coating agent injection time)
Further, the coating mold 0.10t _₁ ~0.99t ₁ time required to inject between the inner surface and the resulting molded article surface, preferably 0.2t _₁ ~0.8t ₁ Within the range of When the coating agent injection time is shorter than the above range, pigment separation and weld line are prominent, which is not preferable in terms of appearance quality. On the other hand, if the coating agent injection time is longer than the above range, it is not preferable because the coating material does not cover the end of the molded product as the curing reaction proceeds, and wrinkles and cracks tend to occur in the cured coating film. Here, “t ₁ ” is the gelation time of the coating material at the inner surface temperature of the mold on the side where the coating material is coated on the surface of the molded product. The gelation time is defined as the time required for the coating agent to stop flowing, and the gelation time is measured with an ICAM-1000 deelectrometer (manufactured by Micromet Instruments, Inc.).
[0016]
(Re-clamping completion time)
Complete operation of the re-clamping the coating from the start injected into the cavity (A point in FIG. 3) time to _{the, 0.20t} ₁ _{~1.10t 1,} preferably 0.50 T ₁ to 1. in the range of 00t _1. If the time until completion of re-clamping is earlier than the above range, pigment separation of the coating tends to occur. In addition, when scaly pigments such as aluminum flakes are used, the generation of weld lines becomes remarkable, which is not preferable in terms of appearance quality. On the other hand, if the completion time of re-clamping is slower than the above range, it is not preferable because the end of the molded product is not covered with the progress of the curing reaction of the coating agent, and wrinkles and cracks are likely to occur in the cured coating film. . Here, t ₁ is the same as described above. Incidentally, after completion of the coating injection, the time to start again _clamping, it is preferable that in the range of 0.00t ₁ ~0.50t 1.
[0017]
(Thermoplastic resin)
The thermoplastic resin used in the present invention includes thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polycarbonate, polyamide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and modified polyphenylene ether, or alloys thereof. Materials, and further, those in which a fibrous or scaly filler is blended may be mentioned.
[0018]
(Coating agent)
As the coating agent used in the present invention, various conventionally known coating agents for in-mold coating can be used. For example, JP-A No. 54-36369, JP-A No. 54-13962, JP-A No. JP-A-55-65511, JP-A-57-140, JP-A-60-212467, JP-A-60-221437, JP-A-1-229605, JP-A-5-70712, Typical examples thereof include the coating agents described in Kaihei 5-148375, JP-A-6-107750, JP-A-8-113761, and the like.
[0019]
Particularly preferred are urethane acrylate oligomers having at least two (meth) acrylate groups, oligomers such as epoxy acrylate oligomers or resins thereof, or unsaturated polyester resin 20 to 70% by weight and methyl (meth) acrylate, Ethylene copolymerizable with ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid, vinyl acetate, tripropylene glycol diacrylate, styrene, etc. A coating agent comprising a vehicle component comprising 80 to 30% by weight of an unsaturated monomer, a pigment and a polymerization initiator. Further, a two-component coating agent in which the main agent / curing agent is mixed immediately before injection into the mold, such as an epoxy resin / polyamine curing system and a polyol resin / polyisocyanate curing system, can also be applied.
[0020]
(Mold temperature condition)
On the other hand, the mold temperature condition applied in the implementation of the in-mold coating molding method of the present invention is a molding material to be used in consideration of the surface solidification time of the molded product and the curing time of the coating agent described below, Basically, it is appropriately selected according to the type of coating agent and the molded product.
As described above, it is an essential condition for coating injection that the surface of the molded article is solidified to withstand the injection pressure and flow resistance of the coating, and if the mold temperature is too high, the surface of the molded article There is a problem that the time required for solidifying the resin becomes long and the molding cycle becomes long. On the other hand, if the mold temperature is too low, there is a problem that the curing time of the injected coating agent becomes long or the curing becomes incomplete. The mold temperature at which the balance between the surface solidification time of the molded product and the curing time of the coating agent is suitable is generally within the temperature range according to the type of each molding material. The mold temperature condition for the material is preferably selected from the mold temperature range shown in Table 1 below.
[0021]
[Table 1]

[0022]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 3 all relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an overall configuration diagram of an in-mold coating forming apparatus, and FIG. 2 is an embodiment 1 using the in-mold coating forming apparatus shown in FIG. 3 is a flowchart in the case of performing the molding shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a sequence of mold clamping / opening when the molding shown in Examples 1 and 2 is performed using the in-mold coating molding apparatus shown in FIG.
[0023]
As shown in FIG. 1, the in-mold coating molding apparatus 100 according to the present invention uses a general-purpose toggle type injection molding machine, and is roughly divided into a mold clamping apparatus 10, an injection apparatus 20, and a control apparatus 30. And a mold apparatus 50.
[0024]
The mold clamping device 10 includes a fixed platen 11 and a movable platen 12 to which the mold device 50 is attached, and the movable platen 12 guided by the tie rod 14 and moved forward and backward by the mold clamping cylinder 13 faces the fixed platen 11. The mold apparatus 50 is configured to open and close by moving forward and backward.
[0025]
In the injection device 20, a screw 21 having a spiral flight portion is rotationally driven by a hydraulic monitor 23 along an inner peripheral surface of a cylindrical barrel 22 and is disposed so as to be able to move forward and backward. Resin pellets, which are a synthetic resin molding material, supplied into the hopper 25 along with the rotation of the screw 21 are sent to the front of the screw 21, and a heater (not shown) attached to the outer peripheral surface of the barrel 22 during this time. The resin pellets are melted by being heated and receiving a kneading action by screw rotation.
[0026]
When the amount of the molten resin sent to the front of the screw 21 reaches a preset amount, the rotational drive of the hydraulic motor 23 is stopped and the injection cylinder 24 is driven to advance the screw 21 to thereby advance the screw. The molten resin stored in front of 21 is injected into the mold cavity 53 of the mold apparatus 50 via the nozzle 26.
[0027]
The mold apparatus 50 is provided with a fixed mold 51 attached to the fixed platen 11 and a movable mold 52 attached to the movable platen 12, and a coating agent is applied to the movable mold 52 in the mold cavity 53. And a temperature sensor 54 for detecting the surface temperature of the synthetic resin molded product in the mold cavity 53.
[0028]
Next, the configuration of the control device 30 will be described. As shown in FIG. 1, the control device 30 includes a molding device control unit 31 that controls the overall system of the control device 30 by linking the operation of the mold clamping device 10 and the operation of the injection device 20, and the injection device 20. The injection control unit 38 controls the operation of the two, and both the control units 31 and 38 have the same control function as the control unit in a normal injection molding machine. On the other hand, as a control unit having a control function unique to the in-mold coating molding apparatus 100, an injection machine control unit 35 that receives the molding condition data signal from the mold clamping condition setting unit 32 and controls the operation of the coating agent injection machine 55; Similarly, a mold clamping control unit 33 that receives a molding condition data signal from the mold clamping condition setting unit 32 and controls the operation of the mold clamping device 10 is provided.
[0029]
The mold clamping condition setting section 32 includes molding conditions such as the opening / closing speed of the mold clamping device 10, the operation timing, the mold opening amount, the mold clamping force and the injection amount of the coating material injector 55, the injection speed, the injection timing, and the injection pressure. Is set. The molding condition setting unit 32 sends molding condition data to the injection machine control unit 35 for molding conditions related to the injection amount, injection speed, injection timing, and injection pressure of the coating material injector 55. The molding condition data signal is sent to the mold clamping control unit 33 for the molding conditions related to the opening / closing speed, operation timing, mold opening amount, and mold clamping force.
[0030]
Next, an example of operation contents when performing in-mold coating by the in-mold coating forming apparatus 100 having the control device 30 configured as described above will be described.
[0031]
The movable mold 12 is moved by the mold clamping cylinder 13 according to the mold closing speed pattern set in the mold clamping condition setting section 32 while feedback control is performed by the control signal transmitted from the mold clamping control section 33 and the servo valve 15 for mold clamping. The fixed mold 11 is touched by moving forward from the limit position of the mold opening. The movable mold 12 is moved by the mold clamping cylinder 13 according to the mold clamping force pattern set in the mold clamping condition setting unit 32 while feedback control is continuously performed by the control signal transmitted from the mold clamping control unit 33 and the servo valve 15 for mold clamping. Is further advanced to extend the tie rod 14 and apply a predetermined clamping force to the mold apparatus 50. When the screw 21 is moved forward by the injection cylinder 24 while controlling the opening degree of the injection servo valve 27 by a control signal transmitted from the injection control unit 38 at a predetermined operation timing during the operation of the mold clamping device 10. The molten resin stored in front of the screw 21 is injected into the mold cavity 53 via the nozzle 26 to form a synthetic resin molded product. The operation timing signal is exchanged by the molding device control unit 31 so that the operation of the mold clamping device 10 and the injection device 20 are linked.
[0032]
Next, the movable mold 12 is moved backward by the mold clamping cylinder 13 and set in the mold clamping condition setting unit 32 while performing feedback control with a control signal transmitted from the mold clamping control unit 33 and the servo valve 15 for mold clamping. After providing the mold opening amount and providing a gap between the surface of the synthetic resin molded product and the mold cavity 53 surface, the injection amount, injection speed, and the like of the coating agent injection machine 55 set in the mold clamping condition setting unit 32 According to the injection timing and injection pressure, the coating material injection machine 55 is driven by a control signal transmitted from the injection device control unit 35 to inject the coating material into the mold cavity 53.
[0033]
Subsequently, an injection completion signal transmitted from the injection machine control unit 35 is received, and a movable mold is operated by the mold clamping cylinder 13 while feedback control is performed by the control signal transmitted from the mold clamping control unit 33 and the servo valve 15 for mold clamping. 12 is advanced again, and the mold clamping timing, the mold opening amount pattern, and the mold clamping force time pattern set in the mold clamping condition setting unit 32 are executed. In this way, the injected coating agent is spread over the entire surface of the synthetic resin molded product, and an optimum molding condition is given for the appearance quality of the coating film.
[0034]
Thereafter, the mold clamping cylinder 13 is controlled according to the operation timing and mold opening speed pattern set in the mold clamping condition setting unit 32 while performing feedback control with the control signal transmitted from the mold clamping control unit 33 and the servo valve 15 for mold clamping. Thus, the movable mold 12 is retracted to the limit position of the mold opening, and the covering integrated molded product is taken out from the mold apparatus 50 to complete the molding squill. In this example, a toggle type mold injection molding machine using a hydraulic cylinder as a source of mold clamping force was used, but a toggle type mold clamping that generates a clamping force using a servo motor and a ball screw instead of the hydraulic cylinder. Alternatively, an injection molding machine may be used.
[0035]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited by these examples.
[0036]
[Example 1]
First, heat-resisting ABS resin (manufactured by Ube Saikon Co., Ltd.) was applied by applying a mold clamping force of 19600MPa (200t) using a mold with a sheared edge structure that would yield a box-shaped product with a length of 300mm, width 210mm, depth 50mm, and thickness 3mm The product name “Psycholac MX40”) was injection molded. The resin temperature at this time was 250 ° C., and the mold temperature was 90 ° C. The cooling time for this resin molding was 20 seconds. At this time, the surface temperature of the resin molded product was about 100 ° C. Thereafter, the mold was opened by 1.5 mm, and 12 cc of coating agent A having a gelation time of 7 seconds at 90 ° C. shown in Table 2 was injected under 11.8 MPa (120 kgf / cm ² ). The time required for injecting the coating agent was 2.5 seconds. Re-clamping was started 0.1 seconds after the completion of the injection of the coating agent, and the mold was clamped to 1960 MPa (20 t) over 1 second. After holding for 120 seconds, the mold was opened and the molded product was taken out. A cured coating film having a thickness of about 100 μm was formed on the entire surface of the molded product, and it was a uniform coated molded product free from color unevenness, wrinkles, cracks and the like.
[0037]
[Example 2]
Using the mold used in Example 1, a polyamide resin (trade name “UBE nylon PA1013B” manufactured by Ube Industries, Ltd.) was first injection molded by applying a clamping force of 29400 MPa (300 t) in the same manner as in Example 1. The resin temperature at this time was 250 ° C., and the mold temperature was 120 ° C. The cooling time for this resin molding was 20 seconds. At this time, the surface temperature of the resin molded product was about 140 ° C. Thereafter, the mold was opened 1.5 mm, and 12 cc of the coating agent B having a gelation time of 8 seconds at 120 ° C. shown in Table 2 was injected under 10.8 MPa (110 kgf / cm ² ). The time required for injecting the coating agent was 2 seconds. Re-clamping was started 3 seconds after the completion of the coating agent injection, and the mold was clamped to 1960 MPa (20 t) over about 3 seconds. After holding for 120 seconds, the mold was opened and the molded product was taken out. A cured coating film having a thickness of about 100 μm was formed on the entire surface of the molded product, and it was a uniform coated molded product free from aluminum pigment welds, orientation unevenness, wrinkles, and cracks.
[0038]
[Comparative Example 1]
The same mold, molding resin and coating agent as in Example 1 were used, and the time from the start of re-clamping to the completion after the completion of coating injection was set to 5.5 seconds. The other conditions were the same as in Example 1. In the obtained coated molded article, wrinkles and black stripe-shaped color unevenness occurred along the flow of the coating agent, and a uniform coated molded article could not be obtained.
[0039]
[Comparative Example 2]
The same mold, molding resin and coating agent as in Example 2 were used, and the time required for pouring the coating agent was 0.5 seconds. The other conditions were the same as in Example 2. In the resulting coated molded article, weld lines and color unevenness due to the blending of the aluminum pigment occurred, and a uniform coated molded article could not be obtained.
[0040]
[Table 2]

[0041]
【The invention's effect】
In the in-mold coating molding method of the present invention, the coating agent injection time and the time from the start of the coating agent injection to the completion of re-clamping are performed under predetermined conditions corresponding to the gelation time of the coating agent. Coated molded products with uniform appearance quality free from separation, weld lines, wrinkles, cracks, etc. can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an in-mold coating forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart when performing the molding described in the first and second embodiments using the in-mold coating molding apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a sequence of mold clamping / opening when the molding shown in Examples 1 and 2 is performed using the in-mold coating molding apparatus shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10 Clamping Device 11 Fixed Plate 12 Movable Plate 13 Clamping Cylinder 14 Tie Rod 15 Clamping Servo Valve 16 Stroke Sensor 17 Mold Opening Sensor 18 Clamping Force Sensor 20 Injection Device 21 Screw 22 Barrel 23 Hydraulic Motor 24 Injection Cylinder 25 Hopper 26 Nozzle 27 Injection Servo Valve 30 Control Device 31 Molding Device Control Unit 32 Clamping Condition Setting Unit 33 Clamping Control Unit 35 Injection Machine Control Unit 38 Injection Control Unit 50 Mold Device 51 Fixed Mold 52 Movable Mold 53 Mold Cavity 54 Temperature sensor 55 Coating material injection machine 100 In-mold coating molding apparatus A Re-clamping completion point

Claims

After molding the thermoplastic resin molded product in the mold, the mold is opened at a predetermined interval, and a coating material injection machine is used between the surface of the obtained thermoplastic resin molded product and the cavity surface of the mold. A predetermined amount of coating agent is injected, and after the injection of the coating agent is completed, the mold is re-clamped, the coating agent is cured in the mold, and the coating film adheres to the surface of the thermoplastic resin molded product. In an in-mold coating forming method comprising manufacturing an integrated molded body,
(1) Injecting the coating agent after a lapse of time during which the surface of the thermoplastic resin molded product is solidified to such an extent that it can withstand the injection pressure and flow pressure of the coating agent,
(2) the injection time of the coating agent, the gelling time at the inner surface temperature of the mold of the coating agent in case of the _{t _1,} so as to be in the range of 0.10t ₁ ~0.99t 1 to it, and (3) the gelation time at the inner surface temperature of the mold of the coating when the t _{_1,} 0.20t ₁ ~ the time to completion of the re-clamping of the coating material injection start 1. In-mold coating forming method, characterized in that it is within the range of 1.10 t ₁ .

2. The coating agent according to claim 1, wherein the coating agent is injected when the thermoplastic resin becomes a temperature lower than a heat distortion temperature when the thermoplastic resin is an amorphous resin and when the temperature becomes a temperature lower than a crystallization temperature when the thermoplastic resin is a crystalline resin. The in-mold coating molding method described.