JPH05318541A - プラスチックの射出成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラスチックの射出成形方法において、樹脂
材料が高温化することによる成形品の強度低下、耐熱性
の低下、ガス焼けや着色などの外観の不良、金型境界面
でのばり、末端部での充填不足などの成形不良の発生を
防止すること。 【構成】 射出成形時に射出成形機のシリンダー内にガ
スを導入して加圧し、樹脂の流動性を高めることによ
り、成形不良の発生を抑制する。キャビテイ内に出るガ
スを自発的または強制的に除去するガス抜きを組合わせ
ることによりその抑制効果を一段と高める。大気圧、４
０℃でガス体となる化合物を常温常圧に換算した容量で
１０〜９０％含有する熱可塑性樹脂組成物を、金型キャ
ビテイを大気に開放又は減圧した状態で金型キャビテイ
に射出すると共に、気泡が生じる圧力以上の押圧力で後
押しをすることを特徴とする射出成形方法。

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の射出成形
方法に関する。熱可塑性樹脂はその種類の多様性と優れ
た特性から、一般機械、輸送機器、電気電子機器等の製
造、土木建設、鉱業、農林水産業からスポーツ、レジャ
ー用品にいたる多岐にわたる分野で使用されている。

【０００２】熱可塑性樹脂の使用時にはその成形加工性
の良さから、押出し成形、ブロー成形、回転成形、圧空
成形、プレス成形、及び射出成形等の多種類の成形方法
が適用でき、樹脂の種類、用途、コスト、生産量などか
ら最適の成形方法が選択され使用されている。なかでも
射出成形は大量生産に適しており、コスト、成形品の強
度、寸法精度、外観等に優れている点から広く普及して
いる成形方法の一つである。

【０００３】

【従来の技術】射出成形方法は、流動性を賦与するため
にシリンダー内で熱可塑性樹脂を加熱し且つスクリュー
等で剪断力を付与することにより溶融撹拌し、一般に高
圧（１００気圧以上）の射出圧力で密閉した金型のキャ
ビテイ内に押出し賦形するものである。この為に熱可塑
性樹脂は、シリンダー内又は金型内で全体ないし部分的
にその樹脂の耐熱温度を越える高温度になり、この為熱
分解、酸化劣化、ないし加水分解反応などの各種の望ま
しくない副反応を惹起し易い。

【０００４】これらの反応によって、成形品は強度の低
下、耐熱性の低下、ガス焼けや着色などの外観の不良、
金型境界面でのばり、または末端部でのショートショッ
トによる充填不足などの成形不良の原因となっている。
（射出成形技術の基本と応用−日本プラスチック加工技
術協会編集発行） これらを防止するために、従来から熱可塑性樹脂に対し
てはフェノール系やヒンダードアミン系等の各種安定剤
の添加やフタル酸エステル類等の流動性改良剤の添加、
樹脂の改質やアロイ化などの工夫がなされ、また射出成
形機ではスクリューの最適化設計を実施したり、金型の
最適化等の多くの工夫がなされているが、安定剤の添加
効果によって基本的な樹脂の特性を改良するには限界が
あり、流動性改良剤では多量に用いると機械強度の低下
を引起こし、アロイ化では耐衝撃強度の低下が認められ
るなどいずれの方法でも限界があった。（高分子添加剤
の最新技術−ＣＭＣ発行）

【０００５】一方、従来から成形時に『射出成形機のシ
リンダーのノズル部や金型キャビテイ内にガスを導入し
たり』（特公昭５７−１４９６８）、『発泡剤を使用す
ること（特公昭４３−１６８４４）により０．５％以上
成形品を発泡させる方法』は公知であるが、いずれも成
形品全体または局部的に発泡させることにより、熱可塑
性樹脂の射出成形品の欠点であった外観不良、特に偏肉
部やリブなどの補強部に現われるひけ対策、あるいは軽
量化対策として効果的な方法であるが、成形品は発泡に
伴い強度の低下やガスによるフローマーク等の外観不良
を引き起こすことがある。

【０００６】なお、『ガスまたは発泡剤を用いず射出成
形時に初め金型を一部開放させた状態で射出成形させ
て、その後圧縮成形する成形方法』（成形加工３（６）
４０２（１９９１））は成型品の残留歪を改良するため
にコンパクトデイスクの用途で採用されたり、自動車内
装用にシートとの張り合わせ成形などに採用されている
が、成型流動性の改良は必ずしも十分ではない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】プラスチックの射出成
形時の成形不良発生の主原因は、溶融した熱可塑性樹脂
の耐熱温度に起因する温度制限下での流動性の不足にあ
ることに着目し、その改善を計ることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するための方法について鋭意検討を取り進めた
結果、射出成形時に熱可塑性樹脂にガスを導入する事に
よって、可塑化され流動性が大幅に改良されることを見
出し、かつ金型のキャビテイで開放されるガスを自発的
または強制的に除去することを組合わせることにより、
強度の低下や外観の不良を回避して成形性を改良できる
ことが可能となり、本発明に到達した。

【０００９】すなわち、（１）大気圧、４０℃でガス体
となる化合物を常温常圧に換算した容量で１０〜９０％
含有する熱可塑性樹脂組成物を、金型キャビテイを大気
に開放又は減圧にした状態で金型キャビテイに射出する
とともに、気泡が生じる圧力以上の押圧力で後押しをす
ることを特徴とする射出成形方法、（２）ガスを射出成
形機のシリンダー内に直接導入する上記（１）の方法、
（３）ガスを射出成形機のシリンダー内で熱可塑性樹脂
組成物に対して常温常圧に換算した容量で１０〜９０％
発生することが出来る量の発泡剤を用いる上記（１）の
方法、である。

【００１０】（具体的説明）本発明で使用する熱可塑性
樹脂とは、加熱によって軟化し外力によって変形する
が、冷却するとその時の形状を保持する性質を有する合
成樹脂のことをいい、特定の融点を持つポリエチレン
（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブテン（Ｐ
Ｂ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢ
Ｔ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアクリロニトリ
ル（ＰＡＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）
などの結晶性樹脂や、特定の融点を持たないポリスチレ
ン（ＰＳ）、ＡＢＳ、ポリカーボネート（ＰＣ）、Ａ
Ｓ、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエーテル
エーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（Ｐ
ＥＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）等の非晶性樹脂、あ
るいは液晶樹脂などの多くの材料があるが、結晶性樹脂
や非晶性樹脂など特定の熱可塑性樹脂に限定されるもの
ではなく、２種類以上の熱可塑性樹脂を組み合わせる
か、予めＰＰＥ／ＰＳ、ＰＰＥ／ＰＡ、ＰＢＴ／ＡＢ
Ｓ、ＰＢＴ／ＰＣなどの２種類以上のポリマーを組合わ
せてポリマーアロイとして樹脂組成物として用いること
も可能である。なかでも本発明に使用する熱可塑性樹脂
としては、非晶性樹脂が好ましい。

【００１１】非晶性とは一般に明確な融点や測定可能な
融解熱を有しないことを意味するが、本発明においては
ゆっくり冷却する場合には多少の結晶性を示すものを含
み、また本発明の効果を大きく損なわない範囲で結晶性
を示すものを含んでもよい。ガラス転位温度、融点及び
融解熱は、示差走差熱量計を用いて測定することができ
る。

【００１２】この例としてはＰＥＲＫＩＮ−ＥＬＭＥＲ
社製 ＤＳＣ−IIがある。この装置を用いて、融解熱
は、１分間当り１０℃の昇温速度で、試料を予測される
融点以上の温度に加熱し、次に試料を１分間当り１０℃
の速度で降温し、３０℃まで冷却し、そのまま約１分間
放置した後、再び１分間当り１０℃の速度で加熱昇温す
る。融解熱は、昇温と降温のサイクルで測定した値が実
験誤差範囲内で一定値となるものを採用する。本発明に
おける非晶性熱可塑性樹脂とは、上記方法により測定さ
れる融解熱が１cal/g 未満のものと定義する。

【００１３】又、熱可塑性樹脂には繊維状や粒状または
粉状の有機、無機物、およびこれらの２種以上を組み合
わせたフィラーを配合させた熱可塑性樹脂組成物を用い
ることもできる。またそれぞれの目的に対応して、難燃
剤や酸化防止剤、紫外線防止剤、着色剤、流動性改良
剤、結晶化核剤、結晶化促進剤、離型剤や安定剤などの
各種添加剤を使用することも可能である。フィラーとし
てはガラス繊維、炭素繊維、ポリイミド繊維、アルミナ
繊維等の繊維、チタン酸カリウム、炭化珪素、アルミ
ナ、窒化珪素、等のウイスカー類、タルク、クレー、シ
リカ、マイカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化
マグネシウム、水酸化バリウム、シラス、ガラスバルー
ン等の粒状や板状のもの等が挙げられる。

【００１４】難燃剤としてはジフェニルクレジルホスフ
ェートなどの燐酸エステル類、塩素化パラフィン等の塩
素化合物、デカプロモヂフェニルエーテル等の臭素化合
物、三酸化アンチモン等が挙げられる。酸化防止剤とし
てはアルキルフェノール類やチオプロピオン酸エステル
類が、紫外線防止剤としてはベンゾフェノン誘導体や各
種のサリチル酸エステルなどがあり、着色剤としては酸
化チタンなどの顔料や染料が用いられる。

【００１５】流動性改良剤としてはフタル酸エステル類
などが、滑剤としては流動パラフィン類や高級脂肪酸、
ポリグリコール等のアルコール類、ステアリン酸カルシ
ウム等の金属石鹸等が挙げられる。結晶化核剤としては
硫酸化アルミや燐酸ソーダ等が、離型剤としてはシリコ
ーン系化合物や、ワックス類が、熱安定剤としては各種
金属石鹸やエポキシ化合物などが使用される。

【００１６】次に本発明で使用するガスとは、１気圧で
の沸点が４０℃以下の化合物、即ち大気圧、４０℃でガ
ス体となる化合物であり、好ましくは火災爆発や労働衛
生上、および環境保安上問題が少なく、射出成形機に対
する腐食性、さらには個別の熱可塑性樹脂に対して悪影
響の少ないガスが望ましい。

【００１７】具体的には、ヘリウム、アルゴン、窒素、
二酸化炭素、アンモニアなどの無機ガス類、メタン、エ
タン、プロパン、ブタン、ネオペンタン、エチレン、プ
ロピレン、ブテン、ペンテン、ブタジエンなどの炭化水
素類およびその混合物、クロロメタン、クロロエタン、
クロロブタンなどの塩素系化合物、トリクロロフロロメ
タンなどの弗素系化合物、メチルアミン、ヂメチルアミ
ン、トリメチルアミンなどのアミン類等が挙げられる。

【００１８】又、シリンダー内でガスを発生させるもの
（発泡剤）であっても良くこの場合、発泡剤としては二
酸化炭素を発生させるものとして重炭酸ナトリウム、重
炭酸アンモニウム、クエン酸ナトリウムなど、窒素を発
生させる発泡剤としてはアゾジカルボンアミド（ＡＤＣ
Ａ）、ｐ，ｐ−オキシビス（ベンゼンスルフォニルヒド
ラジド）（ＯＢＳＨ）、ジニトロソペンタメチレンテト
ラミン（ＤＰＴ）、アゾビスホルムアミド（ＡＢＦ
Ａ）、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、ｐ−
トルエンスルフォニルセミカルバジド（ＴＳＳＣ）、ト
リヒドラジノトリアジン（ＴＨＴ）などが挙げられる。

【００１９】尚、ガス又は発泡剤は単独だけでなく２種
類以上の混合物を用いることも可能である。添加するガ
スの量（発泡剤を使用する場合その添加量はシリンダー
内で発生するガスの量に換算して）はシリンダー内で常
温常圧換算で、樹脂組成物全体に対して１０〜９０容量
％であり、好ましくは２０〜９０容量％、更に好ましく
は２０〜６０容量％である。

【００２０】ガスを使用する場合は、逆止弁を設置した
導管から流量計でガスの体積を制御しながらシリンダー
のメルテイングゾーンに導入することが望ましく、一方
発泡剤を使用する場合は、予め所定量を樹脂組成物に混
合してシリンダー内に供給するか、又は単独に樹脂組成
物とは別の供給口から所定量を定量的にシリンダー内に
供給することが望ましい。なお射出成形機のシリンダー
内に導入したガスを射出成形前にノズルなどから系外に
散逸させないことが重要であり、この為ノズル先端にバ
ルブ機構などを設ける事が必要となる。

【００２１】成形品を実質的に発泡させないことが本発
明の今一つの要件であるが、その具体的方法としては、
射出成形時に樹脂を射出成形する前に、金型のキャビテ
イ内の気体を金型を閉じた状態で、金型キャビテイの一
部から樹脂が流出しない限度で、間隙の流路から強制的
に真空ポンプなどを用いて減圧して排除し、かつ樹脂の
射出時および保圧中真空ポンプを稼働させることにより
キャビテイ内にでるガスを強制的に排除するか、または
射出成形と圧縮成形とを組合わせた射出圧縮成型機を用
い、射出成形時にまず金型を部分的に開放した状態で射
出しガス抜きするとともに次に圧縮成形する事が必要で
ある。

【００２２】このとき、成形品の重量がガスを用いない
ときの密度に対して０．５％以上減少していないことを
ガスが除去され発泡していないことの目安にするのが望
ましい。なお射出成形機の種類、形式、複合組合せなど
については特に制限の必要はない。

【００２３】以下、本発明を実施例によって説明する
が、本発明はこれによりその範囲を限定されるものでは
ない。各実施例での発泡剤としては、ファインブロー
（三菱油化製発泡剤、商品名）ＡＤＣＡ（アゾジカルボ
ンアミド）、クエン酸ソーダ、又ガスとしては窒素ガス
を用いた。

【実施例】

実施例１−１〜１−４及び比較例１

【表１】

【００２４】３０％のガラス繊維で強化したポリエチレ
ンテレフタレート樹脂（三菱油化製レマペット３３０）
と発泡剤又はガスとを表１のように日本製鋼所（株）Ｊ
−１００型射出成形機を用い、幅８mm、厚さ２mmの渦巻
状のいわゆるスパイラル金型の端末を真空ポンプで５６
０Torrに減圧し、成形温度２６５℃、金型温度を９０℃
で成形し、その流動長を測定した。又成形品の比重とそ
の物性を測定し、比較例として発泡剤及びガスを用いな
い事以外は実施例と同様に実施しそれぞれを対比した。
結果を表１に示す。

【００２５】実施例２−１〜２−４及び比較例２

【表２】

【００２６】ポリカーボネート（三菱瓦斯化学製ユーピ
ロンＳ−２０００）を用いて実施例１と同様の方法で表
２の内容で成形温度２９０℃金型温度９０℃で成形し、
その流動長を測定した。結果を表２に示す。

【００２７】実施例３−１〜３−４及び比較例３

【表３】

【００２８】ポリフェニレンエーテル（日本ポリエーテ
ル製Ｈ−４０）を用いて表３のように東洋機械金属
（株）ＴＵ−１５型射出成形機を用い、幅８mm、厚さ
０．５mmのバーフロー金型の端末を真空ポンプで５６０
Torrに減圧にし、成形温度３１０℃、金型温度を１２０
℃で成形した。結果を表３に示す。

【００２９】実施例４

【表４】

【００３０】実施例１と同じ３０％ガラス繊維強化ポリ
エチレンテレフタレート樹脂を表４のように小松製作所
（株）製２００Ｔ射出圧縮成形機を用い、２００×１５
０×５０mmで厚さ３mmの箱状の金型を用い、成形温度２
６０℃、金型温度８０℃で射出成形した。次に５mm/sの
プレス速度でプレスを実施し、ばりの発生がなくフル充
填する条件を選択した。比較例−４として発泡剤を添加
しないこと以外は実施例４と同様に実施し、その成形条
件と成形品の比重とを対比した。結果を表４に示す。

【００３１】

【発明の効果】実施例１〜３の結果から、物性の低下を
起こすことなく、実施例は比較例に対して２倍以上の流
動性を示した。また実施例４で明らかなように射出圧縮
成形では発泡剤を用いることにより４分の１以下の射出
および圧縮条件で成形できることが判明した。又いずれ
の実施例でも成形品の比重はガスを導入したにもかかわ
らず発泡率（成形品の密度の変化）は０．５％以下であ
り実質上発泡していないことを確認した。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大気圧、４０℃でガス体となる化合物を
   常温常圧に換算した容量で１０〜９０％含有する熱可塑
   性樹脂組成物を、金型キャビテイを大気に開放又は減圧
   にした状態で金型キャビテイに射出すると共に、気泡が
   生じる圧力以上の押圧力で後押しをすることを特徴とす
   る射出成形方法。
2. 【請求項２】 ガスを射出成形機のシリンダー内に直接
   導入する請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 ガスを射出成形機のシリンダー内で熱可
   塑性樹脂組成物に対して常温常圧に換算した容量で１０
   〜９０％発生することが出来る量の発泡剤を用いる請求
   項１記載の方法。
4. 【請求項４】 熱可塑性樹脂として、非晶性樹脂を用い
   る請求項１記載の方法。