JP5457623B2 - 樹脂成形品 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば樹脂成形品に関する。
近年、部品点数の削減および軽量化のニーズを受け、自動車部品のモジュール化開発が盛んに行われている。特にフロントモジュールでは、樹脂やマグネシウムなど、従来のスチールに代わる軽量化材料の採用が多く見られる。
軽量化材料としては、アルミニウムやマグネシウムなどの軽量金属や、ナイロン（登録商標）などのエンプラ材と特にガラスや炭素繊維などと複合化した材料が挙げられる。
例えば、特許文献１では、ガラス繊維や炭素繊維含有ナイロン材によるフロントエンドモジュールへの適用が紹介されている。また、特許文献２では、長繊維剤含有樹脂材料を用いたフロントエンドパネルの製造方法が開示されている。
特開２００１−２１９４３７号公報 特開平１１−１８０３４２号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、樹脂材をナイロンに限っており、ナイロンはポリプロピレン（ＰＰ）に対し高比重であり、吸水による物性低下が避けられない欠点がある。
一方、特許文献２に記載の技術では、炭素繊維に関しての記載はなく、ポリプロピレン＋長繊維ガラスファイバの記載しかなく、ガラスファイバではラジエータコアの軽量化に寄与することは困難である。
そこで、本発明は、上記した課題を解決するために、大幅な軽量化が図れると共に、射出成形により一体的に製造できる樹脂成形品を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、樹脂材料を金型キャビティー内に射出充填して製造される樹脂成形品において、前記樹脂材料を、１５〜３０ｗｔ％の炭素繊維を含有するポリプロピレン（ＰＰ）とし、成形後に残存する炭素繊維の平均繊維長を１．５ｍｍ以上とし、射出温度２５０℃、射出圧力５０ＭＰａ以上の時、前記炭素繊維を含有したポリプロピレンのスパイラル流動長さがＬ／Ｄで２００ｍｍ以上としたことを特徴とする樹脂成形品であって、前記樹脂成形品は、大型ラジエータコアサポートであることを特徴とする。
請求項１に記載の樹脂成形品によれば、樹脂材料を１５〜３０ｗｔ％の炭素繊維を含有するポリプロピレン（ＰＰ）とし、成形後に残存する炭素繊維の平均繊維長を１．５ｍｍ以上としたので、高強度、高剛性、低比重となり、製品の軽量化を図ることができる。
また、請求項１に記載の発明によれば、射出温度２５０℃、射出圧力５０ＭＰａ以上の時、前記炭素繊維を含有したポリプロピレンのスパイラル流動長さがＬ／Ｄで２００ｍｍ以上であるので、樹脂流動性が４０％ガラス繊維強化ポリプロピレンと同等になり、ほぼ現行成形条件で射出成形により一体的に樹脂成形品を製造することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、高強度、高剛性、低比重で軽量化が図れるため、大型ラジエータコアサポートとしても十分な強度が得られ、しかも大幅な重量増にはならない。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は大型ラジエータコアサポートを成形するための金型キャビティーの平面図、図２は成形された大型ラジエータコアサポートの正面図、図３は曲げ強度に対する繊維添加量の影響を示す特性図、図４は曲げ強度と炭素繊維長さの関係を示す特性図、図５はスパイラル流動長と射出圧力の関係を示す特性図である。
本実施の形態の樹脂成形品としての大型ラジエータコアサポートは、図１に示すように、金型１の金型キャビティー２内に樹脂材料を射出充填した後、所定時間常温で冷却後、該金型キャビティー２から成形品を取り出すことで製造される。
大型ラジエータコアサポート３には、自動車の燃費向上のために軽量化が求められている。そこで本実施の形態では、ガラス繊維に対し軽量で且つ高強度・高剛性の特性を有する炭素繊維強化樹脂材料を使用し、従来からなされていなかった炭素繊維を使用した射出成形という全く新規な方法で大型ラジエータコアサポートを一体的に成形する。
本実施の形態では、金型キャビティー２内に射出充填する樹脂材料には、炭素繊維を含有するポリプロピレン（ＰＰ）を使用する。炭素繊維の含有量は、１５〜３０ｗｔ％とする。炭素繊維の添加量と曲げ強度との間には、図３の特性図に示すような関係があり、曲げ強度を高めるために従来から使用されて来たガラスファイバを含むポリプロピレン（ＰＰ＋ＬＧＦ）に対し同様の添加量で、炭素繊維を含むポリプロピレン（ＰＰ＋ＬＣＦ）の方がより高い曲げ強度を得ることができる。
例えば、炭素繊維２０％を含有するポリプロピレンは、ガラス繊維４０％を含有するポリプロピレンと同等の曲げ強度を有し、また、炭素繊維は、ガラス繊維の半分の量で済むことから材料価格面でも有利である。曲げ強度と材料価格の両方の面から考慮すると、炭素繊維の含有量は、１５〜３０ｗｔ％とすることが望ましい。ポリプロピレンに対する炭素繊維含有量が１５ｗｔ％未満であると十分な曲げ強度を確保することができず、また、３０ｗｔ％を超えると、曲げ強度は十分に確保できるが材料価格が高騰してしまう。
また、炭素繊維の平均繊維長に関しては、射出成形後に存在する平均繊維長で１．５ｍｍ以上であることが望ましい。曲げ強度と炭素繊維長さの関係は、図４の特性図に示す通り、残存繊維長が長くなるほど曲げ強度が向上する。長繊維強化複合材の良物性を発現するためには、いかに製品中の繊維長を長く確保するかが重要であり、大型ラジエータコアサポートとして十分な曲げ強度を確保するためには、成形後に残存する平均繊維長を１．５ｍｍ以上とすることが望ましい。
また、炭素繊維を含有するポリプロピレンの樹脂流動性に関しては、炭素繊維を含有したポリプロピレンのスパイラル流動長さがＬ／Ｄで２００ｍｍ以上とすることが望ましい。樹脂流動性は、図５の特性図に示すように、２０ｗｔ％の炭素繊維を含有するポリプロピレン（ＰＰ＋２０％ＬＣＦ）は、４０ｗｔ％のガラス繊維を含有するポリプロピレン（ＰＰ＋４０％ＬＧＦ）と同等である。したがって、２０ｗｔ％の炭素繊維を含有するポリプロピレンを使用して大型ラジエータコアサポートを成形する場合、ほぼ現行のガラス繊維を含有するポリプロピレンと同等成形条件で射出成形することができる。
スパイラル流動長さは、スパイラル形状の流路を形成した金型の中央部ゲートより樹脂を一定射出温度および射出圧力で射出し、そのとき樹脂が流動到達したスパイラル流路長さを流動長とする。
Ｌ／Ｄ値は、（到達スパイラル流路長さＬ）／（スパイラル流路深さＤ）で表される。かかるＬ／Ｄ値は、射出条件（射出温度、射出圧力）に影響され、Ｌ／Ｄ値２００ｍｍ以上は、図５の特性図に示すように、射出温度２５０℃、射出圧力５０ＭＰａ以上の時の値である。
以上のように、１５〜３０ｗｔ％の炭素繊維を含有するポリプロピレンを樹脂材料とし、成形後に残存する炭素繊維の平均繊維長を１．５ｍｍ以上となるようにし、また、図５の特性図に示すように、炭素繊維を含有したポリプロピレンのスパイラル流動長さが、射出温度２５０℃、射出圧力５０ＭＰａ以上の時、Ｌ／Ｄで２００ｍｍ以上として金型キャビティー２内に射出成形すれば、炭素繊維が金型キャビティー２内を隅々までスムーズに流れ、大型ラジエータコアサポート３を射出成形により一体的に成形することができる。
このように成形された大型ラジエータコアサポート３は、高強度、高剛性、低比重となり、ガラス繊維を含有した樹脂材料で成形した場合に比べて製品の大幅な軽量化を図ることができる。また、この大型ラジエータコアサポート３では、強度及び剛性を十分に確保するために、その板厚を２〜３ｍｍとすることが望ましく、さらには、応力がかかる部位にはリブ４などの突起を形成することが好ましい。リブ４は、例えば図２に示すように、大型ラジエータコアサポート３の中央部分や上側桟部分に設ける。
大型ラジエータコアサポートを成形するための金型キャビティーの平面図である。 成形された大型ラジエータコアサポートの正面図である。 曲げ強度に対する繊維添加量の影響を示す特性図である。 曲げ強度と炭素繊維長さの関係を示す特性図である。 スパイラル流動長と射出圧力の関係を示す特性図である。
符号の説明
１…金型
２…金型キャビティー
３…大型ラジエータコアサポート
４…リブ

Claims (1)

  1. 樹脂材料を金型キャビティー（２）内に射出充填して製造される樹脂成形品において、
    前記樹脂材料を、１５〜３０ｗｔ％の炭素繊維を含有するポリプロピレン（ＰＰ）とし、成形後に残存する炭素繊維の平均繊維長を１．５ｍｍ以上とし、射出温度２５０℃、射出圧力５０ＭＰａ以上の時、前記炭素繊維を含有したポリプロピレンのスパイラル流動長さがＬ／Ｄで２００ｍｍ以上としたことを特徴とする樹脂成形品であって、前記樹脂成形品は、大型ラジエータコアサポート（３）であることを特徴とする樹脂成形品。
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