JPS6058010B2 - 射出圧縮成形方法 - Google Patents

射出圧縮成形方法

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JPS6058010B2
JPS6058010B2 JP56055011A JP5501181A JPS6058010B2 JP S6058010 B2 JPS6058010 B2 JP S6058010B2 JP 56055011 A JP56055011 A JP 56055011A JP 5501181 A JP5501181 A JP 5501181A JP S6058010 B2 JPS6058010 B2 JP S6058010B2
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volume
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尚武 宇田
安男 河野
忠義 塩村
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶融流動性の悪い熱可塑性樹脂の射出圧縮成
形法に関する。
ふつ素樹脂や超高分子量ポリエチレンは、耐衝撃性、耐
摩耗性、自己潤滑性、耐薬品性等に優れており、エンジ
ニアリングプラスチックとしてその用途が拡がりつつあ
る。
しカルながら汎用の熱可塑性樹脂に比較して溶融粘度が
極めて高く、流動性が悪いため通常の押出成形、射出成
形あるいは射出圧縮成形によつて成形することは極めて
難しい。そのため一般には圧縮成形、焼結成形法によつ
て成形しているが、作業効率が悪いので、成形サイクル
の短い成形方法の開発が望まれている。ふつ素樹脂や超
高分子量ポリエチレンを高温に加熱して溶融粘度を下げ
て通常の射出成形を行つた場合は熱劣化により該樹脂の
分子量が低下するので得られた成形品は本来の優れた性
質を損つてしまい実用的でない。一方、樹脂を金型内に
射出した後、樹脂を圧縮する、所謂射出圧縮成形法とし
て、閉鎖した割金型のキャビティ内に原料プラスチック
を射出する期間中に割金型のキャビティを僅かに開かせ
プラスチック射出完了後割金型を押圧して金型のキャビ
ティを縮小する方法（特公昭４０−１６６４号）、予め
金型間に僅かな間隙を形成した状態で、材料を射出し、
射出が完了する迄、間隙を保持し、完了と同時に金型キ
ャビティ面の材料を圧縮成形する方法（特開昭５２−１
４６５７号）予め設定されたキャビティ容量に等しい溶
融熱可塑性樹脂を高速注入してキャビティを満たし、引
続き高速注入した溶融樹脂の冷却収縮量の０５倍量から
３倍量の樹脂を低速で追加注入して型開きを行わせ、溶
融樹脂の型内冷却固化に伴つて型閉めを行う方法（特開
昭５３−２１２５８号）等があるが、いずれも通常の熱
可塑性樹脂を対象とした方法であり、溶融流動性の悪い
熱可塑性樹脂の射出成形方法特に多数個取りに採用して
も、例えば特公昭４０−１６−あるいは特開昭羽−２１
２５８号の方法では得られた成形品は層状剥離を起こす
し、特開昭５２−１４６５７号の方法は通常の熱可塑性
樹脂を用いしかも薄肉製品の多数個取りを目的としたも
ので、本発明の目的に使用しても、各成形品間の重量あ
るいは形状のばらつきが大きく良好な製品が得られない
という欠点を有している。
このような現状に鑑み、先に本出願人は超高分子量ポリ
エチレンの射出成形方法、すなわち予め射出樹脂量の１
．５ないし３．皓の容積を有するキャビティ内に５００
０〔Ｅｃ−１以上の剪断速度で射出し、しかる後キャビ
ティ容積を射出樹脂量の２．喀量倍以下、内部に空隙を
有しない硬質成形品を得るには射出樹脂量に対応する容
積迄圧縮成形する方法（特開昭５１−８１８６１号）を
提案し該方法を採用することにより、初めて超高分子量
ポリエチレンの射出成形が可能になつたのである。しか
しながらこの提案の方法は一個取りの場合は、優れた品
質及び外観の成形品が得られるが、多数個取りにこの方
法を慢然と適用した場合は、成形品間の重量（目付）あ
るいは形状にばらつきがみられることが分かり、該方法
で目付のばらつきのない成形品を得るには、ランナーの
距離、容量あるいはゲートの位置を均等にする必要があ
り、その様な金型は単に設計図通りの金型を製作しても
得られず、試行錯誤により、ランナー、ゲートあるいは
金型全体の改善をすることにより得られ、ましてや同一
の金型を複数個製作することは非常に困難であつた。本
発明は前記提案を改善することにより、耐衝撃性、耐摩
耗性、その他等の物性に優れ、しかも外観及び重量、形
状の揃つた成形品を得ることができる射出圧縮成形方法
を提供するものであつて、その要旨は得ようとする成形
品の成形品の体積（ＶＯ）と同じ容量（Ｖ１）のキャビ
ティ内に、該容量（Ｖ１）に相当する熱可塑性樹脂の溶
融物をランナー部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（Ｔ１）から射出終了後でラン
ナー部とキャビティとの間に圧力差がありしかもランナ
ー部に樹脂が固化しない時点（Ｔ２）迄の任意の時間に
、前記金型を前記キャビティ容量（Ｖ１）の１．２倍以
上となるように瞬間的に開いてランナー部の樹脂をキャ
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成形品の体積と同
じ容量（Ｖ１）迄圧縮せしめることを特徴とする熱可塑
性樹脂の射出圧縮成形方法である。
本発明の方法に適用できる熱可塑性樹脂とは、溶融流動
性が悪い超高分子量ポリエチレンあるいはふつ素樹脂で
ある。
超高分子量ポリエチレンとは、通常の成形用ポリエチレ
ンよりもはるかに高い分子量を有し、溶融成形の困難な
ポリエチレンとして知られており、このような超高分子
量ポリエチレンは例えばチーグラー重合によつて得るこ
とができる。本発明は、このような超高分子量ポリエチ
レンの全てに適用できるが、好適にはデカリン、１３５
℃中で測定した極限粘度〔η〕が３”ｄｌ／ｙ以上、特
に１０ｄＬ／ｙ以上でかつメルトインデックス（ＡＳＴ
ＭＤｌ２３８Ｆ）が０．０１ｙ／１０ＴｆｆＲ以下のポ
リエチレンに適用して良好な結果が得られる。またふつ
素樹脂とは四ふつ化エチレン樹脂、四ふつ化エチレン、
六ふつ化プロピレン共重合樹脂、三ふつ化塩化エチレン
樹脂等のふつ素を含む樹脂で公知のものである。本発明
において、超高分子量ポリエチレンあるいはふつ素樹脂
の射出時の温度は、該樹脂の融点よりも実質的に高い温
度で且つ該樹脂の分解温度よりも低い温度である限り特
に制限はない。特に〔η〕が１０ｄ１／ｙ以上の超高分
子量ポリエチレンは溶融物の流動性が著るしく小さく、
且つ溶融物の流動性の温度依存性も比較的小さいことか
ら、かなり公範な射出温度、例えば１５０ないし３００
℃の射出温度を用いることができるが、超高分子量ポリ
エチレンの溶融物を微細且つ均一な粉末状でキャビティ
内に射出するには比較的低い温度、例えば１７０ないし
２４０℃の射出温度を用いることが好ましい。又、〔η
〕が３ないし１０ｄ１／ｙの範囲の超高分子量ポリエチ
レンでは射出温度をあまり高くすると溶融流動性が良く
なり、それに伴つて溶融物をキャビティ内に粉末状に射
出することが困難となる場合があるから例えば１７０な
いし２００℃の低い射出温度を用いることが最も好まし
い。本発明の射出圧縮成形方法の特徴の第一は樹脂成形
材料を溶融はしているが流動性に乏しい状態でキャビテ
ィ内に粉末状に射出せねばならない。
溶融物を粉末状でキャビティ内に射出するには高速度の
剪断速度で注入する必要がある。粉末状で注入が起こる
注入口における剪断速度は、射出温度にも影響される。
例えば〔η〕が１０ｄ１／ダ以上の超高分子量ポリエチ
レンでは射出温度：２００以Ｃで２０００（ト）Ｅｃ−
１以上、射出温度：２５０℃で２２００（ト）Ｅｃ−１
以上の剪断速度で射出注入すると粉末状に充填されるが
、よりよい微粉状に充填するには５００００ｓｅｃ−１
以上の剪断速度で射出注入することが好ましい。本発明
の射出圧縮成形方法の特徴の第二は金型の開閉時間及び
開閉量が特定されるということである。
すなわち金型を開く時（キャビティを大きくする時）は
、得ようとする成形品体積（ＶＯ）と同じ容量の熱可塑
性樹脂の溶融物がＶ。と同じ容量（■１）のキャビティ
内に射出されしかも射出終了直前時（Ｔ１）から射出終
了後で且つキャビティとランナー部との間に圧力差があ
りしかもランナー部の樹脂が固化していない時（Ｔ２）
迄の限られた時間内にキャビティを瞬間的に開かねばな
らない。前記時間外に開いたのでは良好な成形品は得ら
れない。例えばキャビティを予め開いて射出したり、あ
るいは熱可塑性樹脂の溶融物を射出中にキャビティを開
くと、各成形品間の重量、形状が異なつた不揃いの成形
品しか得られない。またキャビティをキャビティとラン
ナー部との圧力差がなくなつた時点で開くと、重量、形
状は揃つた成形品が得られるが、層状剥離を起こすので
耐摩耗性に劣る。キャビティの開く量は、最初のキャビ
ティ容量（Ｖ１）の１．２倍以上好ましくは１．４倍以
上である。
上限は別に限定する必要はないがあまり大きくすると金
型全体を大きくする必要があるので、２．０倍程度にす
るのが妥当である。本発明において、前述した時点Ｔ１
からＴ２迄の間に、金型をキャビティ容量が上記範囲と
なるように瞬間的に開くことにより、ランナー部の樹脂
をキャビティ内に粉末状に導入することが可能となり、
これにより各成形部品間の重量、形状を揃えながら、し
かも層状剥離傾向がなく、耐摩耗性に優れた成形品を得
ることが可能となる。
本発明において、時点Ｔ１は射出時間、即ち射出シリン
ダーにおけるスクリューの前進ストローク時間から容易
に決定される。
一方、時点Ｔ２は、樹脂の融点、射出温度、金型温度及
び射出時間によつても相違するが、この時点Ｔ２は、以
下に述べる実験によつて定めることができる。即ち、時
点Ｔ１から時点Ｔ２に至る時間は、樹脂の融点が高けれ
ば短かくなり、射出温度や金型温度が高ければ長くなる
。またこの時間は射出時間が短かければ当然短かくなる
。かくして、上述した条件を一定として、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化さ
せて、キャビティ内に樹脂が如何なる状態で導入された
かを観察する。この時間がＴ２を越えている場合には、
キャビティのゲートに近接した部分に導入された樹脂は
団塊状となつており、一方この時間がＴ１を越えていな
い場合には、キャビティのゲートに近接した部分は勿論
のこと全体にわたつて樹脂は粉末状に維持される。かく
して、型開き時間以外の条件を一定にし、型開き時間を
変えた実験を行うことにより、時点Ｔ２の決定を容易に
行うことができる。射出成形においては、射出終了後に
おいても、ランナー部とキャビティとの間には未だ圧力
差があり、従つてキャビティ容量が■１のままであつて
もこの圧力差によりランナー部の樹脂はキャビティ内に
導入され、両者の圧力差がなくなつて、ランナー部内の
樹脂のキャビティ内への導入が停止する。
しかしながら、このような状態でゲートの近接部分に導
入される樹脂は団塊状となつており、一旦樹脂が団塊状
となつたものは、これを如何に圧縮しても、得られる成
形品は層状剥離を示すのである。これに対して、本発明
によれば、ランナー部の樹脂が未だ固化していない時点
で型開きを瞬間的に行なうことにより、キャビティ内の
圧力を急激に減少することによつてランナー内の樹脂が
粉末状にキャビティ内に導入され、ゲート近傍での樹脂
の団塊化が防止され、成形品の層状剥離現象が有効に解
消されるのである。本発明においては、また型開き時間
をも含めて他の条件を一定とし、金型温度のみを変化さ
せて、前述したのと同様な実験を行い、金型温度と時点
Ｔ１との関連性を求めることもできる。
これは、他の条件、例えば射出温度、射出時間或いは樹
脂の融点と時点Ｔ１との関係においても同様に当てはま
る。一般には、射出終了後直ちに型開きを行うことが望
ましい。
キャビティを１．２倍以上に開いた後、再度キャビティ
をＶ１迄加圧圧縮するには、キャビティ内に粉末状に溶
融樹脂が粉末状で注入された後から、キャビティ内に充
填された粉末状の溶融樹脂が固化しない前の時間内に加
圧圧縮すればよい。
本発明の方法は、キャビティ内に充填された粉末状の溶
融樹脂を加圧圧縮することにより成形品を得る方法てあ
るので、射出された粉末状の溶融樹脂がすぐに固化しな
いように金型は加温しておいた方か好ましい。但し金型
温度を高くし過ぎると成形時間が極端に長くなるので、
上限は融点より１０℃低い温度、好ましくは融点より２
０′Ｃ低い温度である。例えば超高分子量ポリエチレン
を用いる場合には金型温度は６０℃ないし１２０′Ｃの
間に設定するのが好ましい。金型は、直圧式型締機構の
ものであれば、通常の射出成形に用いられるものでもよ
いが、トグル式型締機構のものであれば、圧縮に用いら
れる副金型を付帯したものを用いるのがよい。
成形に当つては、成形品重量に見合う射出樹脂量を射出
ユニットの計量装置で調製し、成形品体積（ＶＯ）と同
じ容量（Ｖ１）に閉じたキャビティ内に粉末状に、例え
ば超高分子量ポリエチレンであれば注入口における剪断
速度１００００ｓｅ『１以上、好ましくは２０００（ト
）Ｅｃ−１以上の速度で射出する。
この時ランナーがコールドランナーであれば射出樹脂量
は前記Ｖ１にランナー部の容積を足した量に等しい量に
しなければならないし、ホットランナーであれば■１と
射出樹脂量は同じでよい。金型キャビティ内への溶融樹
脂の射出が終了する直前（Ｔ１）から射出終了後で且つ
ランナー部の樹脂が固化していない時（Ｔ２）迄の間の
任意の時点でキャビティを１．２倍以上、好ましくは１
．４倍以上に開いた後再び金型キャビティをＶ１迄加圧
圧縮し成形を完了させる。このような成形法を採用する
ことにより、多数個取りにおいて、各成形品間の重量、
形状のばらつきがなく、しかも機械的強度に優れる超高
分子量ポリエチレンあるいはふつ素樹脂等の射出成形品
が得られる。勿論本発明の方法は一個取りに適用しても
機械的強度に優れた射出成形品が得られる。本発明で使
用する超高分子量ポリエチレンあるいはふつ素樹脂等に
は、それ自体周知の配合剤を公知の方法、処方に従つて
配合することができる。
このような配合剤としては酸化防止剤、耐熱安定剤、紫
外線吸収剤、滑剤、核剤、帯電防止剤、難燃剤、顔料、
染料、無機または有機の充填剤などが包含される。本発
明の方法による成形品は、耐衝撃性、耐摩耗性等の機械
的性質に優れ、しかも各成形品間の重量、形状、外観等
のばらつきもなく精度の高い成形品が得られるので、各
種機械部品、工業用部品、ケーシング、容器、家庭用品
、紡績用部品、土木関係機器、レジャー用品等に有用で
ある。
次に実施例を挙げて本発明の方法に更に具体的に説明す
る。実施例 第１図は射出前、第２図は射出時、第３図は射出終了後
に金型キャビティを開いた状態、第４図・は射出後圧縮
したときの状態図を示す射出成形装置の概略図てある。
ランナー２を有する固定金型１、キャビティ３を有する
移動金型５およびコア移動装置６に連結されたコア金型
４からなる軸受成形用金型（軸受４個取り、重量１２ｇ
／個、ランナー部１２ｙ１合計６０ｙ）を供えた射出成
形機（■４４−２叩型：（株）日本製鋼所製）を用い、
射出シリンダー７で溶融したメルトインデックス０．０
１ｙ／１０ＴＩｒ！ｎ以下、〔η〕 ：１６．７ｄ１／
ｆの超高分子量ポリエチレン（ハイゼツクス９ミリオン
２４０Ｍ１三井石油化学工業（株）製）をキャビティ４
およびランナー２の容量に相当する量を計量部８で計量
した後（以上第１図）、スクリュー１０を移動し、計量
部８内の超高分子量ポリエチレンをノズル９より金型内
に射出した。射出された超高分子量ポリエチレンはラン
ナー２を経てゲート１１よりキャビティ３内へ粉末状に
射出される（以上第２図）、計量部８の超高分子量ポリ
エチレンが金型内に全量射出された後、ランナー２とキ
ャビティ３との間に圧力差が生じている間にコア４をコ
ア移動装置６により移動させ、キャビティ３を拡大して
、更にランナー２の超高分子量ポリエチレンをキャビテ
ィ３内に注入した（以上第３図）次いでコア３を最初の
位置迄移動し、加圧圧縮することにより成形品に（軸受
）を得た。その間スクリュー１０は後退し次の成形に供
え超高分子量ポリエチレンを計量しておく（以上第４図
）。以上の操作で、金型温度、キャビティ容量、および
キャビティ拡張時を第１表、第２表および第３表に示す
如く変更し、成形品を得た。
結果を第１表〜第３表に示す。尚各物性の評価は次に示
す方法で行つた。層状剥離：成形品の先端をナイフで削
り、表面が 簡単に剥離する場合を１、僅かに剥離
する場合を２、殆ど剥離しない場合を− ３、
全く剥離しない場合を４として、 ４段階の評価を行
つた。
外 観：成形品の表面状態を目視により視察し
た。
目付のばらつき：各成形品の重量を測定し、４個．
取りの各４個間のばらつきσＡ（％） ＝１００
（最大重量一最小重量）／平均 重量と同一キャビ
ティでの成形品の１０ショット間のばらつきσ６＝１０
０（最大 重量一最小重量）／平均重量を求め
た。
成形条件：射出時間１．Ｃｅｃ、キャビティ拡張 ２
ｓｅｃ１注入速度６９００（ト）Ｅｃ−１、射出温度
２００℃、キャビティ拡張１．７３倍、ギヤ ビ
テイ圧縮拡張より３１秒後尚、第１表の上記実験とは別
に、型開き（キャビティ拡張）後におけるキャビティ内
の樹脂の充填状態を調べたところ、ＮＯ．ｌ〜４ではゲ
ート近傍に樹脂の団塊の形成が認められ、ＮＯ．５では
殆んど団壊の生成は認められず、ＮＯ．６〜７では全体
にわたつて特に均一な粉末状の充填状態となつているこ
とが認められた。
成形条件：射出時間１．Ｃｅｃ、キャビティ拡張 ２
ｓｅｃ、注入速度６９０００ｓｅｃ−１、射出温度
２００℃、金型温度１００℃、キャビティ圧 縮拡
張より３．２ｓｅｃ後尚、第３表の上記実験とは別に、
型開き（キャビティ拡張）後におけるキャビティ内の樹
脂の充填状態を調べた所、ＮＯ．ｌ２〜１５では全体に
わたつて粉末状態での充填が行われているのに対して、
ＮＯ．ｌ６〜１７ではゲート近傍で団塊の生成が認めら
れた。
【図面の簡単な説明】
第１図は射出前、第２図は射出時、第３図は射出終了後
にキャビティを開いた状態および第４図はキャビティ拡
張後再びキャビティを圧縮したときの状態を示す本発明
の方法に用いる射出成形装置の概略図である。 ２・・・・・・ランナー、３・・・・・・キャビティ、
４・・・・・・コア、６・・・・・・コア移動装置、７
・・・・・・射出シリンダー、８・・・・・・計量部、
１１・・・・・・ゲート。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 得ようとする成形品の成形品の体積（Ｖ＿０）と同
    じ容量（Ｖ＿１）のキャビティ内に、該容量（Ｖ＿１）
    に相当する熱可塑性樹脂の溶融物をランナー部を介して
    粉末状になる射出速度で射出し、射出が終了する直前（
    Ｔ＿１）から射出終了後でランナー部とキャビティとの
    間に圧力差があり且つランナー部に樹脂が固化しない時
    点（Ｔ＿２）迄の任意の時間に、前記金型を前記キャビ
    ティ容量（Ｖ＿１）の１．２倍以上となるように瞬間的
    に開いてランナー部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
    にキャビティを成形品の体積と同じ容量（Ｖ＿１）迄圧
    縮せしめることを特徴とする熱可塑性樹脂の射出圧縮成
    形方法。 ２ 前記熱可塑性樹脂が超高分子量ポリエチレン或いは
    ふつ素樹脂である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記超高分子量ポリエチレンがデカリン中１３５℃
    で測定して３ｄｌ／ｇ以上の極限粘度及び０．０１ｇ／
    １０ｍｍ以下のメルトインデックスを有するポリエチレ
    ンである特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 前記樹脂が超高分子量ポリエチレンであり、１７０
    乃至２４０℃の温度で射出を行なう特許請求の範囲第１
    項記載の方法。 ５ 前記樹脂を２２０００ｓｅｃ＾−＾１以上の剪断速
    度でキャビティ内に射出注入する特許請求の範囲第４項
    記載の方法。 ６ 前記Ｔ＿１からＴ＿２迄の時間に、金型をキャビテ
    ィ容量（Ｖ＿１）の１．４倍以上となるように開く特許
    請求の範囲第１項記載の方法。 ７ 射出終了後直ちに型開きを行なう特許請求の範囲第
    １項記載の方法。 ８ 前記金型がキャビティを有する金型とキャビティに
    嵌込まれ且つ移動コアとから成り、コアが後退すること
    より型開き及びコアが前進することにより圧縮が行われ
    る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９ 前記金型が樹脂の融点よりも１０℃低い温度迄の温
    度に加温されている特許請求の範囲第１項記載の方法。
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