JPH0735091B2 - 金属及びプラスチツク積層材料シートの成型による部品の熱成型法 - Google Patents

金属及びプラスチツク積層材料シートの成型による部品の熱成型法

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JPH0735091B2 JP4355554A JP35555492A JPH0735091B2 JP H0735091 B2 JPH0735091 B2 JP H0735091B2 JP 4355554 A JP4355554 A JP 4355554A JP 35555492 A JP35555492 A JP 35555492A JP H0735091 B2 JPH0735091 B2 JP H0735091B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、２層の金属層の間に挟まれた熱
可塑性プラスチック材料層を有する積層シートからの部
品の熱成型法に関しており、シートは二次成型用具を用
いて成型される。「部品」という用語は、シートの成型
により得られるいずれの完成又は中間成型品も意味す
る。
【０００２】上記の方法は、英国特許明細書第１０９２
７１５号により既知である。既知の方法は、積層シート
材料を冷状態で二次成型用具に導入し、その後それをプ
ラスチック材料層の軟化温度以上に加熱する熱−変形法
である。シート材料は、最終的成型が起こる約１５秒前
に加熱される。この方法で成型された製品をその後用具
中で約１７５℃から約９５℃に冷却する。従って例えば
自動車工業における大量生産のための部品が含まれる場
合、この方法は許容し得ない程の長いサイクル時間を有
する。他の不便な点は、成型する各部品毎に用具を約１
７５℃に加熱し、その後約９５℃に冷却しなければなら
ないによって起こる高いエネルギー消費である。
【０００３】本発明が適用される種類の積層シートにつ
いての先行技術の記載に関して、Ｍｏｄｅｒｎ Ｐｌａ
ｓｔｉｃｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｏｎａｌ，Ａｐｒｉｌ
１９９０，５８−６０頁を参照することができる。
【０００４】英国特許明細書第１０５３０４０号（ドイ
ツ出願番号６５１２５６１に対応）が、熱可塑性樹脂で
被覆した厚さが０．１３ｍｍのアルミニウム箔から製品
を生産する方法を記載していることを、完全のために挙
げることができる。成型法の温度は特定されていない
が、成型の前にアルミニウムの二次成型適性を回復させ
るための１８０℃以上におけるいわゆる「回復」処理が
記載されている。回復処理の間にプラスチック皮膜が熔
融し、回復処理の数時間以内に満足すべき製品が得られ
たということが言及されている。
【０００５】本発明の主目的は、上記の成型積層シート
材料の部品の大量生産を迅速に行うことができる方法の
提供である。
【０００６】そのような部品の場合、高温における寸法
安定性及び保形性が非常に重要であり、従って本発明の
別の目的は、部品のその後の処理又は加工及びその末端
製品としての使用の時に起こる温度において安定性及び
保形性が強化された成型部品を与える方法の提供であ
る。
【０００７】本発明のさらに別の目的は、必要な性質を
保持しながらエネルギー消費を減少させることである。
【０００８】本発明の方法は、二次成型用具と接触する
直前のシート材料の温度がプラスチック材料層のＩＳＯ
／Ａ温度及びビカーＢ温度の間であることを特徴とす
る。
【０００９】プラスチック材料のＩＳＯ／Ａ及びビカー
Ｂ温度は一般に既知であり、国際規格に従って決定され
る。ＩＳＯ／Ａ温度は、ＩＳＯ ７５（ＤＩＮ ５３４
６１に記載されている１．８０ＭＰａの公称表面応力を
用いた方法Ａに従って決定される変形温度であり、ビカ
ーＢ温度は、ＩＳＯ ３０６に記載されている５０Ｎの
荷重を用いた方法Ｂに従って決定される軟化温度であ
る。本発明の場合シートを二次成型用具と接触させるこ
とによって加熱する必要がないので、サイクル時間を非
常に短縮することができる。驚くべきことに、示した温
度範囲内の温度で成型した部品は、その後の熱負荷下で
優れた保形性も有する。この顕著な結果の正確な理由
は、選ばれた材料パラメーター、すなわちＩＳＯ／Ａ及
びビカーＢ温度に関連し得るが、さらに研究を進めるた
めの主題として残っている。
【００１０】本発明の方法の場合、部品は成型直後に二
次成型用具との接触から除去するのが好ましい。従って
部品は用具中で冷却しないのでサイクル時間はさらに短
縮され、エネルギー消費が減少する。用具中の冷却は不
必要であることが見いだされた。
【００１１】二次成型用具と接触させる直前のシート材
料の温度は、プラスチック材料層のＩＳＯ／Ａ温度の近
辺、すなわちＩＳＯ／Ａ温度を２０℃以下、好ましくは
１０℃以下で越える温度であることが有利である。定義
によりＩＳＯ／Ａ温度はビカーＢ温度より低いので、こ
の特徴により、目的とする有益な効果を失うことなくさ
らにエネルギーを節約することもできる。
【００１２】本発明の方法において加熱可能な二次成型
用具を用いて成型を行う場合、造形の間の二次成型用具
の温度は、二次成型用具と接触する直前のシート材料の
温度の近辺（すなわち１０℃以内）であることが好まし
い。この方法は、高度の変形を伴う複雑な部品の生産の
場合に二次成型用具に対するシート材料の強力な冷却を
避けるために用いるのが好ましい。
【００１３】本発明の方法において、シートは成型の
間、その周辺又は端の少なくとも一部で保持具により保
持することができ、成型の間のその保持具の温度は二次
成型用具と接触させる直前のシート材料の温度の近辺
（すなわち１０℃以内）であることが好ましい。これに
より、保持具においてシート材料の過剰の冷却が起こら
ず、特に有利である。
【００１４】使用するシート材料は、アルミニウムでで
きた金属層を含む材料であることが好ましい。特にアル
ミニウムの金属層を含むシート材料の場合、本発明の方
法に従う成型により目的とする用途に関する優れた結果
が得られることが見いだされた。しかし本発明は他の金
属層、例えばスチール（ステンレススチールを含む）及
び銅などを含むシート材料にも適用できる。
【００１５】シート材料のプラスチック材料層は、 アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン コポリマー ポリアミド ポリブチレン テレフタレート ポリカーボネート ポリエチレン ポリエチレン テレフタレート及びポリプロピレンから
成る群より選ぶことが好ましい。
【００１６】これらの材料を選択することは、目的とす
る用途に所望の性質を与える良い効果を有することも見
いだされた。しかし本発明は原則的にすべての熱可塑性
合成材料に適用できる。
【００１７】プラスチック材料層として結晶性ポリプロ
ピレンを選ぶと、驚く程優れた熱保形性が得られる。本
発明の方法に従って成型したそのような部品の熱保形性
は、例えば室温で成型した場合と比較して非常に向上し
ている。
【００１８】本発明の方法の特に有効な具体化の場合、
造形はシート材料の延伸であるか、又はそれを含んでい
る。この場合延伸は、シートをその端で締め、シートが
パンチの活性表面の形を採るような方法でシートに垂直
な方向にパンチを移動させ、その場合典型的にダイは用
いない方法と理解するべきである。この方法で成型され
た部品は、高い熱保形性を有する。この結果は、延伸に
おいて曲げのみでなく引っ張り作用があるので、材料が
厚さを通じて均一に可塑性変形されるという事実の結果
であると思われる。解放した場合、残留応力がないか、
あるいは少なくともわずかな残留応力があるだけであ
る。
【００１９】ここで本発明を図面を参照しながら実施例
により例示するが、実施例は制限を与えるものではな
い。図面において、図１は、上記の既知の方法を行うた
めの先行技術の装置を示し、図２は、本発明の方法の具
体化を示し、図３は、熱保形性の決定のための試験片を
曲げるための装置を示し、図４は、種々の変形温度にお
けるＡｌ−ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）−Ａ
ｌ試験片の熱保形性の表示を示し、図５は、種々の変形
温度におけるＡｌ−ＰＰ（ポリプロピレン）−Ａｌ試験
片の熱保形性の表示を示し、図６は、成型が延伸を含む
場合の本発明の方法を示す。
【００２０】最初に図１において先行技術の方法を示
す。既知の方法に従って部品を成型する場合（図１を参
照）、冷積層シート材料１を加熱パンチ２と約１５秒間
接触させることにより加熱する。その後パンチ２を用い
てシート材料１をダイ３中に十分にプレスすることによ
り成型を行う。プレス後、成型された部品を用具中で約
１７５℃から約９５℃に冷却する。
【００２１】図２に示す通り本発明に従いシート材料１
は、二次成型用具２，３の活性表面と接触させる前にす
でにシート１のプラスチック材料層のＩＳＯ／Ａ温度及
びビカーＢ温度の間の温度に上げられている。この場合
パンチ、ダイ及び型板ホルダーは上記の通り、所望の温
度に保たれるように加熱可能にすることができる。本発
明に従う成型は、加熱及び冷却のために用具２，３中で
休止することなく迅速に行われるので、迅速な大量生産
が可能である。用具２，３との接触の前後のシート１の
予備加熱及び冷却は、用具の外で行う。いずれの適した
加熱及び冷却法を用いることもできる。
【００２２】図１及び２は、シート１が熱可塑性プラス
チック材料、すなわち合成樹脂の中間層を挟む金属の外
層を有することを示す。典型的に全体の厚さは１．０−
２．０ｍｍであり、プラスチック材料層が例えばこの厚
さの５０−８０％である。
【００２３】本発明に従って成型した種々の部品の熱保
形性の試験のために、図３に示す装置を用いて試験片を
成型した。寸法が９０ｍｍｘ１５０ｍｍ、厚さが１．２
ｍｍ（０．２ｍｍＡｌ−０．８ｍｍ熱可塑性材料−０．
２ｍｍＡｌ）の試験片をマンドレル７と共働する曲げシ
リンダー６を用い、種々の温度で熱−成型（曲げ）し
た。冷却後、部品を炉中に置き、成型部品のその後の温
度負荷を模した。適用した炉の温度は１４５℃であっ
た。炉中で約３０分間放置し、試験片を冷却し、成型マ
ンドレル７の初期角度γからの部品の曲げ角度の変動を
測定した。初期角度からの変動は、弾性の拡大角度（ｅ
ｘｔｅｎｄｅｄ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃｉ
ｔｙ）ψと呼ばれる。試験片の弾性の拡大角度は、関連
するシート材料から生産された部品の熱保形性に関する
尺度として説明することができる。
【００２４】シートＡｌ−ＰＥＴ−Ａｌ及びＡｌ−ＰＰ
−Ａｌに関する結果をそれぞれ図４及び５に示す。水平
軸に沿って成型法の変形温度ＴVが示され、垂直軸が弾
性の拡大角度ψである。小さい弾性の拡大角度は高い熱
保形性を示す。成型の後に試験片に行う熱負荷の温度
は、Ｔwにより示す。ＩＳＯ／Ａ温度も示す。
【００２５】図４及び５は、シート材料の成型直前の温
度がプラスチック層のＩＳＯ／Ａ温度の近辺の場合、熱
保形性の向上が起こることを明確に示している。特に図
５におけるＰＰの場合、この向上が非常に顕著である。
ここで図４及び５によると、適した変形温度がＰＥＴの
場合に約８０℃であり、ＰＰの場合に６０℃であると思
われ、そのそれぞれの温度は事実それぞれのＩＳＯ／Ａ
温度に対応している。発明者らは、ビカーＢ温度が本方
法の適した上限となっていることを見いだした。シート
をビカーＢ温度を越えて加熱する場合は、加熱時間が長
くなり、エネルギー消費が増大する。更に試験片を成型
の直前にビカーＢ温度より高い温度に加熱すると、ある
場合には弾性の拡大角度が増大することが分った。弾性
の拡大角度は後の熱負荷下での熱的形状安定性を示すも
のであり、その増大は熱保形性の劣化を意味する。
【００２６】技術的に可能な場合、図６に示す延伸を含
む成型法により部品を成型することが好ましい。この場
合シート材料１は成型の前に予備加熱され、ホルダー４
中に締められ、その後パンチ用具２を用いて延伸され
る。この場合も、サイクル時間、プラスチック材料層の
ＩＳＯ／Ａ温度及びビカーＢ温度などのパラメーターに
依存してパンチを加熱可能にするのが有利であり得る。
【００２７】本発明の主たる特徴及び態様は以下の通り
である。
【００２８】１．２層の金属層の間に挟まれた熱可塑性
プラスチック材料層を含む積層シート（１）から部品を
熱成型する方法にして、シート（１）が二次成型用具
（２，３）を用いて成型される方法において、シート
（１）が二次成型用具と接触する直前のシート（１）の
温度が熱可塑性層のＩＳＯ／Ａ温度とビカーＢ温度の間
であることを特徴とする方法。
【００２９】２．第１項に記載の方法において、成型直
後に部品を二次成型用具（２，３）との接触から除去す
ることを特徴とする方法。
【００３０】３．第１又は２項に記載の方法において、
シート（１）が二次成型用具（２，３）と接触する直前
に、シートが２０℃以下で該ＩＳＯ／Ａ温度を越える温
度を有することを特徴とする方法。
【００３１】４．第１−３項のいずれかひとつに記載の
方法において、二次成型用具（２，３）が成型の間、二
次成型用具と接触する直前の該シートの該温度の１０℃
以内の温度を有することを特徴とする方法。
【００３２】５．第１−４項のいずれかひとつに記載の
方法において、成型の間、シート（１）をその周辺の少
なくとも一部で保持具（４）により保持し、該保持具
（４）が成型の間、二次成型用具と接触する直前の該シ
ートの該温度の１０℃以内の温度を有することを特徴と
する方法。
【００３３】６．第１−５項のいずれかひとつに記載の
方法において、該シートの該金属層がアルミニウムの層
であることを特徴とする方法。
【００３４】７．第１−６項のいずれかひとつに記載の
方法において、該熱可塑性プラスチック材料が アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン コポリマー ポリアミド ポリブチレン テレフタレート ポリカーボネート ポリエチレン ポリエチレン テレフタレート及びポリプロピレンから
成る群より選ばれることを特徴とする方法。
【００３５】８．第７項に記載の方法において、該プラ
スチック材料が結晶性ポリプロピレンであることを特徴
とする方法。
【００３６】９．第１−８項のいずれかひとつに記載の
方法において、成型がシートの延伸を含むことを特徴と
する方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知の方法を行うための先行技術の装置を示
す。
【図２】本発明の方法の具体化を示す。
【図３】熱保形性の決定のための試験片を曲げるための
装置を示す。
【図４】種々の変形温度におけるＡｌ−ＰＥＴ（ポリエ
チレンテレフタレート）−Ａｌ試験片の熱保形性の表示
を示す。
【図５】種々の変形温度におけるＡｌ−ＰＰ（ポリプロ
ピレン）−Ａｌ試験片の熱保形性の表示を示す。
【図６】成型が延伸を含む場合の本発明の方法を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エレ・ビレム・ベーンストラ オランダ・1827ピービー アルクマール・ ジーエイチエイデツエーウストラート１

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２層の金属層の間に挟まれた熱可塑性プ
    ラスチック材料層を含む積層シート（１）から部品を熱
    成型する方法にして、シート（１）がパンチ（２）及び
    ダイ（３）を含む二次成型用具を用いて成型される方法
    において、シート（１）が二次成型用具と接触する直前
    のシート（１）の温度が熱可塑性層のＩＳＯ／Ａ温度と
    ビカーＢ温度の間であることを特徴とする方法。
JP4355554A 1991-12-19 1992-12-18 金属及びプラスチツク積層材料シートの成型による部品の熱成型法 Expired - Lifetime JPH0735091B2 (ja)

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