JPH03254923A - 超高分子量ポリエチレンの射出圧縮成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐衝撃性、耐摩耗性、自己潤滑性、耐薬品性
等に優れており、しかも精度の高い成形を行うことが可
能であることから、最近各種機械部品、家庭用品等の用
途に広く使用されつつある、超高分子量ポリエチレンの
射出成形方法に関し、特に、多数個取り成形の場合の成
形品間のまたは成形ショット間の重量あるいは形状のば
らつきをなくすることを目的とする、超高分子量ポリエ
チレンの射出圧縮成形方法に関する。

〔従来の技術〕

超高分子量ポリエチレンの射出成形方法については、従
来超高分子量ポリエチレンを、射出樹脂量の１．５〜３
．０倍の容積を有する金型キャビティ内に５０．０００
ｓｅｃ−’以上のせん断速度（注入口における）で射出
し、しかる後に金型キャビティ容積を射出樹脂量の２．
０倍以下で前記容積よりも小さい容積まで、金型キャビ
ティ容積を減少させるように圧縮せしめる方法（特公昭
５７−３００６７号）やこの方法の多数個取りへの改良
方法（特公昭６０−５８０１０号）が知られている。

前記特公昭５７−３００６７号の方法は、１個取りの射
出成形ではうまくゆくが、多数個取りの射出成形を行う
と成形品間の重量あるいは形状にばらつきが生じること
があった。その原因は樹脂流路に樹脂か残るためであり
、この樹脂をキャビティ内にいわゆる粉末状で導入させ
るため、特公昭６０−５８０１０号の方法では非常に複
雑な工程で解決している。即ち、得ようとする成形品の
体積のキャビティ内に、該容量に相当する溶融樹脂を樹
脂流路を介して粉末状になる射出速度で射出し、射出が
終了する直前の時点から、射出終了後で樹脂流路とキャ
ビティとの間に圧力差があり、かつ樹脂流路に樹脂が固
化しない時点迄の任意の時間に、金型をキャビティ体積
の１．２倍以上となるように瞬間的に開いて、樹脂流路
の樹脂をキャビティ内に粉末状に導入させ、次いでキャ
ビティ内の樹脂が溶融状態にある間にキャビティを体積
迄圧縮せしめるようにされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の方法では特公昭６０−５８０１０号公報に述べら
れている如く、超高分子量ポリエチレンは粉末状態で金
型キャビティ内に充填されるが、充填完了迄、粉末状態
である必要がある。

多数個取り金型では、金型キャビティ内への樹脂圧力が
ある程度高くなければ各キャビティへのバランスがとれ
ず、キャビテイ毎の樹脂重量がばらつく。粉末状態のま
まキャビティを充填するには、充填完了迄高ぜん断速度
にて射出を行う必要があるが金型キャビティ容積が固定
されたままであると充填に伴って徐々に充填圧力が上昇
するため、充填速度が低下し、粉末状の超高分子量ポリ
エチレンから団塊状へと変化してしまい、この団塊状の
樹脂が成形品の層状剥離の原因となる。そこで充填完了
迄高速射出状態を保持し、かつ又キャビティにある程度
の圧縮をかけるためには、充填完了時点迄、ゲート前後
の圧力差をある程度有しておくことが必要である。この
ためには、充填中にキャビティ容積が強化すればよく、
又ある程度の圧力をかけながら、キャビティ容積が拡が
れば、多数個取りのバランスを崩すことなく目的を達す
ることが可能である。特公昭６０−５８０１０号の方法
においては射出が終了する直前の時点から射出終了後で
樹脂流路とキャビティとの間に圧力差があり、かつ樹脂
流路に樹脂が固化しない時点迄の任意の時間を決定しな
ければならない。

射出が終了する直前の時点は射出時間から容易に決定さ
れるが、樹脂流路に樹脂が固化していない時点は樹脂の
融点射出温度、金型温度、射出時間によっても相違し、
条件を一定にして、射出終了後、金型を開いてキャビテ
ィを拡張させる迄の時間を変えた実験をくり返し、キャ
ビティ内に樹脂が如何なる状態で導入されたかを観察し
て決定しなければならない（特公昭６０５８０１０号公
報第６欄第２１〜４３行目）。

また、特公昭６０−５８０１０号の方法の場合は射出が
終了する直前の時点、樹脂流路に樹脂が固化しない時点
を以上のように非常に手間のかかる方法で実験的に求め
なければならないという不便がある。

本発明者はこのような各時点を決めて金型を開くという
不便さを解消しかつ多数取りの成形品においても層状剥
離の全く生じない射出成形方法について鋭意研究し、本
発明で完成するに至った。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、本発明は、超高分子量ポリエチレンの射出圧縮成
形法において、金型キャビティ内の圧力を一定に保つよ
うに可動金型の背後から押圧力を付加しつつ樹脂を射出
成形することを特徴とする超高分子量ポリエチレンの射
出圧縮成形方法を提案することにある。

また本発明にては、前記の樹脂の金型キャビティ内への
射出注入後、成形圧力を保持する手段として、射出機の
ノズル部に設けた閉塞弁を、射出後直ちに閉塞する方式
、あるいは射出シリンダのスクリューによって保持する
方式が採用できる。

さらに、射出時における金型キャビティ内の圧力は可動
金型の背後に接続された圧力シリンダへの油圧回路中の
カウンタバランス弁にで、一定圧を保持できるように設
定すると共に、樹脂の射出時金型キャビティ容積が広が
ることを許容するように、一定背圧を前記可動金型に付
加することで目的を達成できる。

本発明に用いる超高分子量ポリエチレンとは通常のポリ
エチレンよりもはるかに大きい分子量を有し、溶融成形
の困難なポリエチレンとして知られており、例えばチー
グラー重合によって得られる。デカリン中１３５°Ｃで
測定した極限粘度（η〕が３　ｄ　ｊｌ！　／ｇ以上、
特に１０ｄｌ／ｇ以上で、かつメルトインデックス（Ａ
ＳＴＭ　　Ｄｌ、２３８Ｆ　　Ｍ１２０）が０．０１ｇ
／１０ｍ１．ｎ以下のポリエチレンに適用して良好な結
果が得られる。

本発明において、超高分子量ポリエチレンの射出時の温
度は該ポリエチレンの融点より高い温度で、かつ分解温
度よりも低い温度である限り、特に制限はないが、一般
に１５０〜３００°Ｃ１より好ましくは１７０〜２４０
°Ｃの射出温度を用いることができる。

〔作　用］ 本発明方法では、金型キャビティ内の圧力を一定に保つ
ように、可動金型の背後から圧縮シリンダによって予め
設定した圧力を付加しておき、射出シリンダ側から可塑
化熔融した所定の量の超高分子量ポリエチレンを射出す
ることにより、金型キャビティ内に樹脂が充填されるに
つれて、該キャビティ内圧力が高くなる。

この注入された樹脂の圧力によって可動金型と共に付加
されている圧縮シリンダのピストンが押し戻され、キャ
ビティ内に注入された樹脂の圧力がほぼ一定状態に保た
れて金型キャビティ内に樹脂が充填されることになる。

しかも注入される間可動金型に作用する圧縮シリンダの
押圧力とキャビティ内樹脂の圧力とが均衡し、同時に可
動金型には圧縮シリンダによる緩衝機能が生じ、その結
果多数個取りの各キャビティに注入される樹脂は、均等
充填され、かつ、−様に均等な圧力が維持されるので、
ヒケや成形精度の低下を招くことなく成形されるのであ
る。

また、金型キャビティ内に射出注入される樹脂の圧力は
、注入シリンダ内のスクリューによって与えられ、キャ
ビティ内に樹脂が充填されたならば、そのままスクリュ
ーの前進を停止して、あるいはノズル部に設けた閉塞弁
を閉じて、樹脂が固化するまで維持することにより、層
状剥離の生じない成形品を得ることができる。

可動金型に付設してキャビティの初期容積を確保させる
圧縮シリンダ内の圧力は、該圧縮シリンダを操作する油
圧回路中に設けられたカウンタバランス弁により設定で
きる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に示すのは、本発明における超高分子量ポリエチ
レンの射出圧縮成形方法を実施するための装置の概要図
であり、（１）は射出成形機のシリンダ（２）内に嵌挿
されたスクリュー、（３）は前記スクリュー（１）に押
圧して超高分子量ポリエチレンを射出するための射出シ
リンダ、（４）は閉塞弁（ロータリバルブＬ（５）は固
定金型（６）のデー１一部（６゛）に繋がるノズル部、
（７）は前記固定金型（６）と中間型（８）とによって
キャ０ ビティ（９）を形成する可動金型である。

（１０）は可動金型（７）の背後に位置して、溶融樹脂
がキャビティ（９）内に射出注入される際、キャビティ
（９）を初期容積に保ち得るよう可動金型（７）に圧縮
力を付勢するだめの圧縮シリンダである。（１１）は前
記圧縮シリンダ（１０）の圧縮力、すなわちキャビティ
（９）内の樹脂の圧力に対抗する押圧力を設定するため
のカウンタバランス弁で、圧縮シリンダ（１０）に対す
る作動油供給源（１３）から電磁切換弁（１２）を介し
て圧縮シリンダ（１０）のピストン側（１０ａ）に繋が
る油圧回路中に設けられている。なお、可動金型（７）
の進退動作に伴なうキャビティ（９）の初期容積を確保
するため、圧縮シリンダ（１０）のロッド（１０ｂ）も
しくは可動金型（７）に対し、機械的なストッパーもし
くはリミットスイッチ（いずれも図示せず）によって前
進を規制しておくことが好ましい。（１４）はリリーフ
弁である。

（２１）は前記射出シリンダ（３）によるスクリュー（
１）の軸方向の動きを測定するためのスクリュー位置検
出器、（２２）は前記スクリュー（１）のストローク設
定器、（２３）はスクリュー（１）のストローク設定値
とスクリュー位置検出器（２１）により検知される実測
値とを比較するための比較器、（２４）は前記比較器（
２３）からの信号によって制御される制御装置、（２５
）は前記制御装置（２４）の指令によって油圧源（２６
）から射出シリンダ（３）への作動油供給量を制御する
ための流量制御弁、（２７）は前記制御装置（２４）の
指令によって制御される閉塞弁駆動装置、（２８）はリ
リーフ弁である。

次に前記装置を用いた射出成形方法について第２図の動
きを示すシーケンスを併せ参照して説明する。

超高分子量ポリエチレンとして「ハイゼックスミリオン
３４０ＭＪ（三井石油化学社製、メルトインデックス　
０．０１ｇ／ｌｏｍｉｎ以下極限粘度η　１６．７ｄ　
ｊ２　／ｇ）を用いた。

（１）射出直前には閉塞弁（４）を閉じ、シリンダ（２
）内で可塑化熔融された超高分子量ポリエチレンを所定
量スクリュー（１）先端に貯える。

１ ２ （２）閉塞弁（４）を閉じた状態で公知の手段により型
閉じが行われる。

（３）金型が閉じられた状態にて、切換弁（１２）のソ
レノイドａが励磁され、作動油供給源（１３）から圧縮
シリンダ（１０）のピストン側（１０ａ）に作動油が供
給され、キャビティ（９）を初期容積に設定する。

（４）キャビティ（９）が初期容積に設定された時点で
切換弁（１２）のソレノイド（ａ）の励磁が断たれる。

（５）次いで制御装置（２４）からの指令によって、閉
塞弁駆動装置（２７）を駆動して閉塞弁（４）を開き、
同時に射出シリンダ（３）を作動させて有用樹脂を金型
のキャビティ（９）内に、高圧力で高速に射出する。こ
の射出シリンダ（３）によるスクリュー（１）の移動に
ついては、作動油供給路中の流量制御弁（２５）並びに
リリーフ弁（２日）を制御する。

射出シリンダ（３）の作動によって、予め設定されたス
トローク設定器（２２）の設定値程スクリュー（１）が
前進したことを、スクリュー位置検出器（２１）によっ
て検知し、比較器（２３）によって信号が制御装置（２
４）に発せられると、直ちに閉塞弁駆動装置（２７）お
よび流量制御弁（２５）、リリーフ弁（２８）に、制御
装置（２４）から指令信号が発せられ、射出操作が停止
する。

この際、キャビティ（９）内には溶融樹脂が充填されて
いる。

この溶融樹脂の射出工程においては、ノズル（５）を通
じてキャビティ（９）に溶融樹脂が充填されるにつれて
、キャビティ（９）内圧力が高くなり、可動金型（７）
を押し戻し、キャビティ（９）の容積が拡大する傾向を
示す。

しかしながら、可動金型（７）の背後には圧縮シリンダ
（１０）の押圧力が作用しており、その圧縮シリンダ（
１０）の押圧力によって溶融樹脂の注入圧力と平衡しよ
うとする。この圧縮シリンダ（１０）の可動金型（７）
への押圧力は油圧回路中に設けられているカウンタバラ
ンス弁（１１）により設定され、キャビティ（９）内で
３ ＝１４ の充填された樹脂が成形に必要な圧力に保たれるように
なっている。

このようなキャビティ（９）内圧力を一定圧力に保持さ
れるよう外力が加えられ、かつ平衡するようにされてい
ることで、金型が多数個のキャビティを備えたものであ
っても、すべてのキャビティ（９）内が一様の圧力に保
たれる。

所要量の溶融樹脂が金型の全キャビティ（９）内に充填
されると直ちに閉塞弁（４）を閉じることによって、金
型のゲート部（６″）での樹脂流動も瞬時に中断され、
その後に団塊状の溶融樹脂がキャビティ（９）内に入る
ことはない。

（６）上記状態にて切換弁（１２）のソレノイド（ａ）
を励磁し、リリーフ弁（１４）にて設定された圧力で作
動油を圧縮シリンダ（１０）のピストン側（１０ａ）に
加え、圧縮シリンダ（１０）のピストンロッド（１０ｂ
）を積極的に前進させ、金型のキャビティ（９）内充填
の熔融樹脂に圧力を加える。この操作によって、樹脂が
冷却固化する際の温度低下に伴う成形品収縮分を可動金
型（７）の移動による圧縮操作で補う。

このように操作することで成形品にヒケが生じるのを防
止し、かつ寸法精度を高めることができるのである。

また、この操作が行われている間に、閉塞弁（４）によ
ってノズル（５）の流通路が閉じられているから、スク
リュー（１）を後退させて回動し、次の射出用溶融樹脂
を可塑化計量する。

（７）金型キャビティ（９）内の樹脂が冷却固化された
後は、周知の手段で型を開く。

（８）その後に成形品を取り出すためのエジェクト操作
を行う。この際前記圧縮シリンダ（１０）がエジェクト
シリンダを兼用させることができる。

圧１１シリンダ（１０）をエジェクトシリンダとして用
いる場合、前記操作後は切換弁（１２）のソレノイド（
ａ）の励磁を断ぢ、代ってソレノイド（ｂ）を励磁する
ことによって圧縮シリン　５− ＝１６ ダ（１０）のピストンロッド（１０ｂ）を後退させ、次
の成形操作に備える。

このようにして得られた超高分子量ポリエチレンによる
成形品は、いずれも灰量重量で、外観上はもちろん切断
しても層状剥離起すことのない製品が得られた。

以上の実施例は、射出成形機のノズル部に設けられた閉
塞弁（４）の「閉」操作によりキャビティ内に充填した
樹脂の圧力保持を行っているが、他の実施例として射出
成形機のスクリューを少なくとも射出完了時の位置に停
止した状態で保つ、ことにより、同様の効果が得られる
。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、従来技術にみられるような射出
が終了する直前の時点や、樹脂流路に樹脂が固化してい
ない時点などの時間に関係せず、成形条件出しを行うこ
とが可能であり、成形条件出しのための時間が短縮され
る。しかも成形品の品質が良好で、多数個取りを行って
成形品にバラツキが生じることはなく、効率よく成形で
きるようになった。

また、本発明方法によれば、成形機に装備されているエ
ジェクトシリンダを圧縮シリンダに流用する場合、従来
の油圧回路中にカウンタバランス弁を組み込むことで実
施できるので、特別な装置を必要とせず、合理的に超高
分子量ポリエチレンの射出成形が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の射出圧縮成形方法を実施するための装
置の概要図、第２図は成形動作を示すシーケンスの図で
ある。 （１）・・・・・・スクリュー （２）・・・・・・注入用のシリンダ （３）・・・・・・射出シリンダ （４）・・・・・・閉塞弁　　（５）・・・・・・ノズ
ル部（６）・・・・・・固定金型　（６゛）・・・・・
・ゲート部（７）・・・・・・可動金型　（９）・・・
・・・キャビティク１０）・・・・・・圧縮シリンダ （１１）・・・・・・カウンタバランス弁（１２）・・
・・・・電磁切換弁 ７ ８ （１３）・・・・・・作動油供給源 （１４）　、　（２８）・・・・・・リリーフ弁（２１
）・・・・・・スクリュー位置検出器（２２）・・・・
・・ストローク設定器（２３）・・・・・・比較器　　
（２４）・・・・・・制御装置（２５）・・・・・・流
量制御弁　（２６）・・・・・・油圧源（２７）・・・
・・・閉塞弁駆動装置 ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超高分子量ポリエチレンの射出圧縮成形方法におい
   て、金型キャビティ内に圧力を一定に保つように可動金
   型の背後から押圧力を付加しつつ樹脂を射出成形するこ
   とを特徴とする超高分子量ポリエチレンの射出圧縮成形
   方法。 ２、樹脂の金型キャビティ内への射出注入後は、射出側
   で成形圧力を保持する請求項１に記載の超高分子量ポリ
   エチレンの射出圧縮成形方法。 ３、樹脂の金型キャビティ内への射出注入後、射出ノズ
   ル部に設けてある閉塞弁を閉塞する請求項１または２に
   記載の超高分子量ポリエチレンの射出圧縮成形方法。 ４、樹脂の金型キャビティ内への射出注入後、射出シリ
   ンダのスクリューによって成形圧力を保持する請求項１
   または２に記載の超高分子量ポリエチレンの射出圧縮成
   形方法。 ５、射出時における金型キャビティ内の圧力は、可動金
   型の背後に配された圧縮シリンダへの油圧回路中のカウ
   ンタバランス弁にて、一定圧を保持できるように設定す
   ると共に、樹脂の射出時金型キャビティ容積が広がるこ
   とを許容するように、一定背圧を前記可動金型に付加す
   る請求項１に記載の超高分子量ポリエチレンの射出圧縮
   成形方法。