KR20200105653A - 열가소성 수지 시트의 가열 장치 및 열가소성 수지 성형체의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
열가소성 수지로 이루어진 열가소성 수지 시트를 가열하기 위한 가열 장치이며, 상기 가열 장치의 벽면이 열매체 포화 증기에 의해 간접 가열된 가열 장치로서, 가열벽이 승강 기능을 갖고, 상기 열가소성 수지 시트와 가열벽이 접함으로써 상기 열가소성 수지 시트를 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 가열 장치. 소정의 온도로 예열, 가열 처리할 때에 고속 가열이 가능하고, 온도 편차가 적은 가열 장치 및 상기 가열 장치를 사용하여 고품질의 열가소성 섬유 강화 성형체를 제조하는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 열가소성 수지 시트의 가열 장치 및 가열 장치를 사용한 열가소성 수지 성형체의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 섬유 강화한 열가소성 수지제 시트를 소정의 온도로 예열, 가열 처리할 때에, 정밀도 좋고 균일하게 가열하기 위한 장치 및, 스탬핑 성형해서 성형체를 얻기 위한 제조 방법에 관한 것이다.
불연속의 강화 섬유(예를 들면, 탄소 섬유)의 다발 형상 집합체(이하, 섬유 다발이라고 할 경우도 있다.)와 매트릭스 수지로 이루어지는 성형 재료를 이용하여, 가열, 가압 성형에 의해 소망 형상의 성형품을 제조하는 기술은 널리 알려져 있다.
강화 섬유와 매트릭스 수지로 이루어지는 열가소성 섬유 강화 복합 재료를 이용하여 스탬핑 성형하기 위해서는, 열가소성 수지판을 소정의 온도로 예열·가열하여 연화·용융할 필요가 있고, 상기 가열 처리를 실시하기 위한 가열 장치로서는, 간접 가열 방식의 하나인 열풍 가열 방식은 온도 조절이 비교적 용이하고, 가열로 밖의 외기 온도의 영향도 적어서 온도의 제어 정밀도도 높다. 그러나, 이 방식에서는 가열 시간이 길어진다는 결점을 갖기 때문에, 적외선, 원적외선 영역의 전자파를 열가소성 수지 시트에 조사·가열하는 복사 가열 방식이 널리 이용되고 있다. 스탬핑 성형에 사용하는 가열로는 적외선, 원적외선 영역의 전자파를 조사하는 복사식 가열로가 사용되고 있지만, 근적외선식 히터는 고온에서 열유속은 크지만 플라스틱류의 흡수 효율이 낮은 경향이 있다. 한편, 원적외선 히터는 근적외선 히터와 비교하면 저온에서 열유속은 작지만 플라스틱류의 흡수 효율이 높은 경향이 있어 원적외선 히터(이하 IR 히터로 칭한다)를 가열로용의 히터로서 사용하고 있는 케이스가 많다.
IR 히터를 사용한 가열로는 일반적으로 상하에 히터를 배치하고, 히터를 복수의 블록으로 나누어 컨트롤함으로써 균일 가열을 달성하고 있다. 이 방식은 가열로가 저렴하고 가열 효율이 좋으며, 메인터넌스성이 우수한 등의 장점이 있는 반면, 피가열물의 온도 편차가 커진다는 결점을 갖고 있다.
열가소성 수지 시트의 예열은, 두께에도 의하지만 일반적으로 수분을 필요로 하고 있고, 예열 시간이 성형 사이클의 대부분을 차지하고 있다. 또한, 열가소성 수지 시트의 가열에 편차가 생기면, 최저 온도 부분을 수지의 융점 이상으로까지 승온시킬 필요가 있고, 예열 시간 증가에 의한 성형성의 저하나 시트의 과가열에 의한 물성 저하, 외관 불량의 원인이 되어, 열가소성 수지 시트의 가열 방법에 대한 개량이 요구되고 있었다.
개량 방법의 하나로서, 스탬핑 성형의 성형성 향상을 위해, 열가소성 수지 시트를 컨베이어에 의해 연속적으로 자동 반송하는 연속식 예열로가 사용되고 있다. 그러나, 연속 가열 방식의 예열로는 열가소성 수지 시트의 입구와 출구의 밀봉을 완전하게 행하는 것이 곤란하여, 외기의 영향으로 열가소성 수지 시트를 균일하게 가열하는 것이 곤란한 구조로 되어 있다.
열가소성 수지 시트를 균일 가열할 목적으로, 가열로 내를 복수의 영역으로 나누고 히터 설정 온도를 변경하여 최적화를 도모하고 있지만, 인접하는 히터로부터의 복사, 예열로 벽의 복사나 기재 단부의 표면적 차 등이 복잡하게 영향을 주어, 대형의 열가소성 수지 시트 전체를 균일하게 가열하는 것이 곤란해서 개량이 요구되고 있다.
특허문헌 1에는, 복수의 히터로 이루어지는 연속식 가열로의 출구 부근에 온도 센서를 설치하여 기재의 온도를 측정하면서, 히터 출력을 조정하여 열가소성 수지 시트의 온도를 컨트롤하는 방법이 제안되어 있다. 본 방법에서는 센서 측정 위치의 온도 컨트롤은 가능하지만, 시트 전체의 균일 가열에 대해서는 조금도 기재되어 있지 않다.
그래서, 본 발명의 과제는 소정의 온도로 예열, 가열 처리할 때에, 고속 가열이 가능하고 온도 편차가 적은 가열 장치, 및 상기 가열 장치를 사용하여 고품질의 열가소성 수지 성형체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(1) 열가소성 수지로 이루어지는 열가소성 수지 시트를 가열하기 위한 가열 장치이며, 상기 가열 장치의 벽면이 열매체 포화 증기에 의해 간접 가열된 가열 장치로서, 가열벽이 승강 기능을 갖고, 상기 열가소성 수지 시트와 가열벽이 접함으로써 상기 열가소성 수지 시트를 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
(2) 적어도, 온도가 낮은 개소를 선택적으로 가열하는 셀프 센싱 기능 [A]를 갖는 (1)에 기재된 가열 장치.
(3) 열매체로서 유기 화합물을 사용하는 (1) 또는 (2)에 기재된 가열 장치.
(4) 열매체로서 무기물을 사용하는 (1) 또는 (2)에 기재된 가열 장치.
(5) (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 가열 장치로 열가소성 수지로 이루어지는 열가소성 수지 시트를 상기 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열 용융한 후, 상형과 하형으로 이루어지는 성형틀에 설치하여 형체결시킨 후, 가압하고 냉각 고화해서 열가소성 수지 성형체를 얻는 스탬핑 성형을 행하는 열가소성 수지 성형체의 제조 방법으로서, 상기 가열 장치는 장치 벽면이 열매체 포화 증기에 의해 간접 가열된 가열 장치이며, 가열벽이 승강 기능을 갖고, 상기 열가소성 수지 시트와 가열벽이 접함으로써 상기 열가소성 수지 시트를 열가소성 수지 시트의 융점 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
(6) 상기 열가소성 수지 시트를 2매 이상 동시에 상기 가열 장치를 사용하여 용융 가열하는 (5)에 기재된 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
(7) 상기 가열 장치가, 적어도, 온도가 낮은 개소를 선택적으로 가열하는 셀프 센싱 기능 [A]를 갖는 (6)에 기재된 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
(8) 상기 가열로에서 열 용량이 다른 상기 열가소성 수지 시트를 겹치지 않도록 배열하여 용융 가열하는 (5)∼(7) 중 어느 하나에 기재된 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
(9) 상기 가열로에서 열용량이 다른 상기 열가소성 수지 시트를 겹쳐서 용융 가열하는 (5)∼(7) 중 어느 하나에 기재된 상기 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
(10) 열용량이 다른 상기 열가소성 수지 시트를 용융 가열한 후, 상형과 하형으로 이루어지는 리브 형상을 갖는 성형틀에 상기 열가소성 수지 시트를 겹쳐서 설치하여 형체결시킨 후, 가압하고 냉각 고화해서 리브 형상을 갖는 열가소성 수지 성형체를 얻는 스탬핑 성형을 행하는 (5)∼(9) 중 어느 하나에 기재된 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
(11) 열용량이 다른 상기 열가소성 수지 시트를 용융 가열한 후, 상형과 하형으로 이루어지는 보스 형상을 갖는 성형틀에 상기 열가소성 수지 시트를 겹쳐서 설치하여 형체결시킨 후, 가압하고 냉각 고화해서 보스 형상을 갖는 열가소성 수지 성형체를 얻는 스탬핑 성형을 행하는 (5)∼(9) 중 어느 하나에 기재된 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
(12) 상기 열가소성 수지 시트가 열가소성 수지와 강화 섬유로 이루어지는 섬유 강화 열가소성 수지인 (5)∼(11) 중 어느 하나에 기재된 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
(13) 상기 열가소성 수지 시트에 포함되는 강화 섬유가, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 중 적어도 1종을 포함하는 (12)에 기재된 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
본 발명에 따른 열가소성 수지 시트의 가열 장치에 의하면, 가열 장치의 벽면이 열매체 포화 증기에 의해 간접 가열되고, 가열벽이 승강 기능을 갖고 있으며, 상기 열가소성 수지 시트와 가열벽이 접함으로써 상기 열가소성 수지 시트를 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하도록 했으므로, 상기 열가소성 수지 시트를 가열할 때에 온도 편차가 작고, 고속 가열하는 것이 가능하다.
또한, 상기 가열 장치를 사용하여 열가소 수지 시트를 가열하기 때문에, 용적이 다른 열가소 수지 시트여도 2매 이상 동시에 균일하게 가열하는 것이 가능하고, 리브, 보스 형상 등 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체를 제조하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 가열 장치를 나타내는 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면을 나타내는 가열 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B' 단면을 나타내는 가열 장치의 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C' 단면을 나타내는 가열 장치의 단면도이다.
도 5는 온도 측정용 재료를 나타내는 모식도이다.
도 6은 성형용 재료를 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면을 나타내는 가열 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B' 단면을 나타내는 가열 장치의 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C' 단면을 나타내는 가열 장치의 단면도이다.
도 5는 온도 측정용 재료를 나타내는 모식도이다.
도 6은 성형용 재료를 나타내는 모식도이다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 본 발명은 상기 도면의 형태에 조금도 한정되는 것은 아니다. 우선 가열 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예를 나타내는 시트의 가열 장치의 개요를 나타내는 전체 구성도, 도 2는 가열 장치의 모식적 측면 단면도이다. 이들 도면에 있어서, 101은 가열 장치, 102는 가열 장치 캐비닛, 103은 조작, 제어반, 104는 문부, 105는 기재 도출입부, 106은 슬라이드부, 107은 가열 상벽 승강용 실린더, 201은 상부 재킷, 202는 하부 재킷, 203은 열매체, 204는 포화 증기, 205는 열매체 가열용 히터, 206은 온도 센서, 207은 가열 상벽면, 208은 가열 하벽면, 209는 가열실, 201은 보온 상자, 211은 열가소성 수지 시트(기재)이다.
상기 가열 장치(101)는 열매체가 수용되어 있는 상하 2개의 재킷(201, 202)으로 이루어지고, 상부 재킷은 상하로 승강 기능을 갖고 있으며, 가열벽면이 기재에 접촉할 수 있는 구조로 되어 있다. 재킷의 형상은 가열하는 열가소성 수지 시트의 형상·크기에 맞춘 다양한 형상으로 대응 가능하다. 재킷(201)은 상하 방향 이외로 가동되도록 구성해도 좋다.
상기 가열 장치(101)는 가열 장치의 벽면이 열매체 포화 증기에 의해 간접 가열되는 가열 장치(열매 기상 가열 방식의 가열 장치)로서, 가열 상벽, 가열 하벽이 상기 열가소성 수지 시트와 가열벽이 접함으로써 상기 열가소성 수지 시트를 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 가열 장치이다. 열매 기상 가열 방식에 의한 가열 장치는 압력 용기에 속하고, 압력 용기(재킷)로서의 안전 장치를 구비하고 있다. 재킷의 내부 압력을 검출하고, 마이크로 스위치를 작동 온도역에서 작동시키는 압력 검출식 안전 장치에 의해 재킷 내부의 열매체의 포화 증기의 압력을 일정하게 유지하고, 따라서, 재킷 내의 온도가 일정해진다.
상기 가열 장치(101)는 상자 형상을 이루고 정면측에 개구부를 갖는다. 개구부에는 문부(104)가 설치되고, 슬라이드 기구를 갖고 있으며, 슬라이드시킴으로써 개폐하여 스무스하게 열가소 시트의 인출을 행하는 것이 가능하다. 슬라이드부(106)는 고정 레일 및 가동 레일을 2쌍 구비한다. 2쌍의 고정 레일 및 가동 레일은 판 형상을 이루고, 문부의 하부에 부착되어 있으며, 고정 레일도 판 형상을 이루며 가열 장치 캐비닛에 부착되어 있다. 가동 레일은 고정 레일에 안으로 끼워져, 전후 방향으로 슬라이딩 가능하게 되도록 지지되어 있다.
또 문부에는 기재 도출입부(105)가 설치 가능하게 되어 있고, 기재 도출입부(105)에 기재를 싣고, 가열실(209) 내에 스무스하게 설치하는 것이 가능하다.
가열실(209)의 상하에 상부 재킷(201)과 하부 재킷(202)이 설치되어 있고, 상부 재킷(201)과 하부 재킷(202) 내에 열매 기상 가열 방식에 사용되는 열매체(203)가 수용되어 있다. 상부 재킷(201)과 하부 재킷(202) 내부에 열매체 가열용 히터(205)가 설치되어 있고, 열매체 가열용 히터(205)에 의해 열매체(203)를 가열해서 기화시켜, 포화 증기(204)로 하고 있다.
열매 기상 가열 방식이란 열매체(203)의 포화 증기(204)를 이용한 가열 방식이며, 열매체 가열용 히터(205)로 열매를 가열함으로써 열매를 기화시키고, 상부 재킷(201)과 하부 재킷(202) 내의 온도를 일정하게 유지함으로써 가열벽(207, 208)의 온도를 균일하게 하는 것이 가능하다.
열매체 가열용 히터(205)에는 전기 히터 등을 사용할 수 있다. 열매체 가열용 히터(205)로 열매체(203)를 가열하고, 열매체의 기상부의 온도를 온도 센서로 측정하고, 히터 ON/OFF를 반복함으로써 온도 제어하여, 상부 재킷(201)과 하부 재킷(202) 내부가 포화 증기압으로 되는 온도로 유지하고 있다.
본 발명의 가열 장치(101)에 사용하는 상기 열매 기상 가열 히터의 열매체(203)로서는, 사용 온도 영역에 맞추어서 유기 화합물 또는 무기물을 사용할 수 있다.
유기 화합물의 일례로서는, 다가 알콜류(글리세린, 폴리글리콜 등) 페놀류 및 페놀성 에테르류(아니솔, 디페닐에테르, 페놀류 등), 폴리페닐류(터페닐 등), 염소화벤젠 및 폴리페닐(o-디클로로벤젠, 폴리클로로폴리페닐, 카네롤 등), 규산 에스테르류(테트라알릴규산염 등), 분별증류 타르 및 석유류(나프탈렌 유도체, 광유 등) 등을 들 수 있다.
무기물로서는 융해염과 융해 금속(합금)이 있고, 융해염의 일례로서 질산염계, 탄산염계, 염화물계가 있으며, 융해 금속의 일례로서 Hg, Na, Na-K(합금), Pb, Pb-Bi(공융 혼합물) 등이 있다.
또한, 본 발명의 가열 장치(101)에 채용되어 있는 접촉식의 열매 기상 가열 방식에서는, 열매체 포화 증기에 의해 간접 가열된 벽면에 시험체를 접촉시켜서 가열하기 때문에, 시험체의 온도가 낮은 부분에서 포화 증기(204)의 응축이 생기고,에너지를 필요로 하는 부분에 선택적으로 에너지를 공급하는, 소위 셀프 센싱 기능 [A]를 가진 가열이 가능하게 된다.
즉, 가열 장치(101)는, 열매체 가열 장치의 벽면이 열매체 포화 증기에 의해 간접 가열되는 가열 장치이며, 셀프 센싱 기능에 의해 열가소성 수지 시트(211)를 가열할 때에 열가소성 수지 시트(211)를 설정 온도 이상으로 과잉 가열하지 않고, 목적의 온도로 시트를 가열하는 것이 가능하다.
상하 재킷(201, 202)의 주위는 가열벽면을 제외하고, 온도 균일성의 향상, 또 에너지 로스를 작게 하기 위해서, 보온재를 사용한 보온 상자(210)로 둘러싸여 있다.
상기 가열 장치(101)의 상부 재킷(201)은 가열 상벽 승강용 실린더(107)에 의해 상하로 승강 가능하게 되어 있어, 가열 상벽면(207)을 기재에 접촉시키는 것이 가능하다. 상하로 자유롭게 승강 가능하기 때문에, 어떠한 기재 두께에도 대응 가능하게 되어 있다. 또, 실린더(107)는 재킷의 양 사이드에 부착해도 좋다.
이어서, 본 발명에 따른 열가소성 수지 시트(211)로서는 열가소성 수지를 매트릭스 수지로 하고, 강화 섬유가 함유되어 있어도 좋다.
강화 섬유로서는 섬유 종류는 특별하게 한정되는 것은 아니고, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 유리 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 이것들은 단독으로 사용해도 좋고 2종류 이상을 병용할 수도 있다. 그 중에서도 탄소 섬유는 경량이며 또한 강도가 우수한 복합 재료를 제공하는 것이 가능하게 되므로 특히 적합하다. 탄소 섬유로서는 PAN계, 피치계 중 어느 것이라도 좋고, 그 평균 섬유 지름은 3∼12㎛가 바람직하며, 6∼9㎛가 보다 바람직하다.
강화 섬유를 사용할 때는, 강화 섬유 복합 재료로 할 때의 매트릭스 수지와의 접착성을 향상시키는 등의 목적에서 표면 처리되어 있는 것이 바람직하다. 표면 처리의 방법으로서는, 전해 처리, 오존 처리, 자외선 처리 등이 있다. 또한, 강화 섬유의 보풀 발생을 방지하거나, 강화 섬유 스트랜드의 수속성을 향상시키거나, 매트릭스 수지와의 접착성을 향상하는 등의 목적으로 사이징제가 부여되어 있어도 개의치 않는다. 사이징제로서는 특별하게 한정되지 않지만, 에폭시기, 우레탄기, 아미노기, 카르복실기 등의 관능기를 갖는 화합물을 사용할 수 있고, 이것들은 1종 또는 2종 이상을 병용해도 좋다.
또한, 사이징제의 고형분 부착량으로서는 0.01wt% 이상, 보다 바람직하게는 0.1wt% 이상, 특히 바람직하게는 0.15wt% 이상이며, 4wt% 미만인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 3wt% 미만, 특히 바람직하게는 2wt% 미만이다. 사이징제의 부착량이 0.01wt% 미만일 경우, 복합 재료를 제작할 때 매트릭스와 탄소 섬유의 표면 접착성이 저하하는 경향이 있어 복합 재료의 역학 특성이 낮아지기 쉽다. 한편, 사이징제의 부착량이 4wt%를 초과하면, 반대로 매트릭스와 탄소 섬유의 접착성에 악영향을 끼치는 경향이 있다.
또한, 강화 섬유의 형태로서는, 섬유 형태는 특별하게 한정되는 것은 아니며 연속 섬유여도 좋고, 촙드 가공된 불연속 섬유여도 좋다. 이것들은 단독으로 사용해도 좋고 2종류 이상을 병용할 수도 있다.
연속 섬유인 경우에는 강화 섬유의 방향이 일방향, 유사 등방, 또는 0°／90°교대 적층, 랜덤 적층 등 임의의 적층 구성이 되도록 적층해서 적층체를 작성한다. 이 적층체를 구성하는 프리프레그로서 절개가 없는 프리프레그만을 사용해도 좋고, 절개가 있는 프리프레그만을 사용해도 좋으며, 절개가 없는 프리프레그와 절개가 있는 프리프레그의 양쪽을 사용해도 좋다. 이 때 취급의 용이함으로부터 초음파 용착기로 인접하는 층을 이루는 프리프레그를 스폿 용접하면서 적층해서 적층체로 할 수도 있다.
본 발명의 열가소성 수지 성형체의 제조 방법에 사용할 수 있는 적층체는, 복수의 프리프레그를 강화 섬유의 방향이 유사 등방으로 되도록 적층되어 있는 것이, 프레스시의 유동의 이방성을 작게 하는 점에서 바람직하다. 적층 구성은 0°／45°／90°／-45°의 4층의 n회 반복을 대칭 적층한 것(〔0°／45°／90°／-45°〕ns)이나 0°／60°／-60°의 3층의 n회 반복을 대칭 적층한 것([0°／60°／-60°]ns)으로 표기되는 유사 등방인 것이 바람직하다(n은 1 이상의 정수를 나타내고, s는 대칭 적층 구성인 것을 나타낸다). 유사 등방으로 함으로써 적층체의 휨을 억제할 수 있다. 또한, 성형해서 구조재로서 사용하는 섬유 강화 복합체로 할 경우, 다방향으로부터의 하중에 견딜 필요가 있다. 역학 물성의 관점으로부터도, 섬유 강화 복합체는 범용적인 사용에 견디도록, 유사 등방으로 적층되어 있는 것이 바람직하다.
촙드 섬유인 경우에는, 촙드 섬유는 면내에서 2차원 랜덤으로 배향되어 있는 것이 바람직하다. 2차원으로 랜덤 배향되어 있음으로써 성형했을 때에 물성의 이방성이 작고, 성형 휨의 편차가 작은 성형체를 얻는 것이 가능하다.
촙드 섬유의 중량 평균 섬유 길이는, 5㎜ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 6㎜ 이상, 특히 바람직하게는 10㎜ 이상이며, 100㎜ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 50㎜ 이하, 더 바람직하게는 25㎜ 이하이다. 탄소 섬유의 중량 평균 섬유 길이가 5㎜ 미만이면, 섬유 강화 수지 성형 재료로 했을 때의 역학 특성이 저하된다. 한편, 탄소 섬유의 중량 평균 섬유 길이가 100㎜를 초과하면 성형성이 저하된다.
열가소성 수지 시트를 구성하는 수지 성분으로서는 열가소성 수지를 사용하는 것이 필요하다. 열가소성 수지는 화학 반응을 수반하지 않고 냉각 고화해서 소정의 형상을 얻을 수 있으므로, 단시간 성형이 가능하여 생산성이 우수하다. 또한, 일반적으로 열경화성 수지보다 인성값이 높은 열가소성 수지를 사용함으로써 강도, 특히 충격성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 특성을 구비하는 본 발명에 적합한 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지, 액정 폴리에스테르 수지 등의 폴리에스테르나, 폴리에틸렌(PE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리부틸렌 수지 등의 폴리올레핀이나, 스티렌계 수지 외, 폴리옥시메틸렌(POM) 수지, 폴리아미드(PA) 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리메틸렌메타크릴레이트(PMMA) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지, 폴리페닐렌에테르(PPE) 수지, 변성 PPE 수지, 폴리이미드(PI) 수지, 폴리아미드이미드(PAI) 수지, 폴리에테르이미드(PEI) 수지, 폴리설폰(PSU) 수지, 변성 PSU 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리케톤(PK) 수지, 폴리에테르케톤(PEK) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 폴리에테르케톤케톤(PEKK) 수지, 폴리아릴레이트(PAR) 수지, 폴리에테르니트릴(PEN) 수지, 페놀계 수지, 페녹시 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 등의 불소계 수지, 또한 폴리스티렌계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리부타디엔계 수지, 폴리이소프렌계 수지, 불소계 수지 등의 열가소 엘라스토머 등이나, 이것들의 공중합체, 변성체, 및 2종류 이상 블렌드한 수지 등이라도 좋다. 특히, 내열성, 내약품성의 관점으로부터는 PPS 수지가, 성형체 외관, 치수 안정성의 관점으로부터는 폴리카보네이트 수지나 스티렌계 수지가, 성형체의 강도, 내충격성의 관점으로부터는 폴리아미드 수지가 보다 바람직하게 사용된다. 또한 열가소성 수지로서 폴리아미드를 사용할 경우, 폴리아미드에 무기계의 산화방지제를 더 배합시키는 것이 바람직하다.
열가소성 수지에 무기계의 산화방지제를 첨가함으로써 내열성을 향상시킴으로써, 성형시에 있어서의 기재 가열시에 발생하는 수지의 산화 열화를 방지하고, 성형체의 표면 외관, 성형체 강도를 보다 한층 상승시킬 수 있다.
배합량으로서는, 폴리아미드 100중량부에 대하여 무기계의 산화방지제를 0.01∼1중량부 배합하는 것이 바람직하다. 0.01중량부보다 적으면 내열성 향상의 효과를 얻기 어렵고, 1중량부보다 많으면 현저한 개선에 기여하지 않는다.
무기계의 산화방지제로서, 할로겐화 구리 또는 그 유도체로 구성되어 있는 것을 예시할 수 있고, 특히 폴리아미드에 대하여는 요오드화 구리를 사용함으로써 내열성 향상의 효과가 발휘된다.
강화 섬유에 매트릭스 수지를 함침하는 방법은 특별하게 한정하는 것은 아니고, 상기 열가소성 수지를 함침하는 방법을 예시하면, 강화 섬유로의 매트릭스 수지인 열가소성 수지의 함침을, 함침 프레스기를 사용하여 실시할 수 있다. 프레스기로서는 매트릭스 수지의 함침에 필요한 온도, 압력을 실현할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 상하하는 평면 형상의 플래턴(platen)을 갖는 통상의 프레스기나, 1쌍의 엔드리스 스틸 벨트가 주행하는 기구를 갖는 소위 더블 벨트 프레스기를 이용할 수 있다. 이러한 함침 공정에 있어서는 매트릭스 수지를, 필름, 부직포 또는 직물 등의 시트 형상으로 한 후, 불연속 섬유 매트와 적층하고, 그 상태에서 상기 프레스기 등을 사용하여 매트릭스 수지를 용융·함침할 수 있고, 입자 형상의 매트릭스 수지를 강화 섬유 상에 산포해 적층체로 해도 좋고, 또는 촙드 섬유를 산포할 때에 동시에 산포하여 매트 내부에 섞어도 좋다.
섬유 강화 수지 성형 재료에 차지하는 강화 섬유의 함유량으로서는, 전체 체적의 20∼70체적%인 것이 바람직하다. 강화 섬유의 함유량이 저하하면, 섬유 강화 수지 성형 재료의 역학 특성도 저하되는 경향이 있다. 한편, 강화 섬유의 함유량이 지나치게 많으면, 섬유 강화 수지 성형 재료의 역학 특성은 향상되기 쉽지만, 성형성이 저하되는 경향이 있다. 섬유 강화 수지 성형 재료에 차지하는 강화 섬유의 함유량의 범위로서는 25∼50체적%인 것이 보다 바람직하다.
이어서, 상기 가열 장치(101)를 사용한 열가소성 수지 성형체의 제조 방법에 대하여 설명한다. 우선, 미리 상기 가열 장치(101) 내의 열매체(203)를 가열하고, 가열실(209)을 승온시켜 둔다. 승온된 상기 가열 장치(101) 가열 하벽면(208) 상에 열가소성 수지 시트(211)를 투입하고, 상부 재킷(201)을 하강하여 가열 상벽면(207)과 가열 하벽면(208)을 열가소성 수지 시트(211)와 접촉시켜, 전열시킴으로써 열가소성 수지 시트(211)의 융점 이상으로 가열 용융시킨다.
상기 열가소성 수지 시트(211)를 가열실(209)에 투입할 때, 직접 가열 하벽면(208)에 실어도 좋지만, 가열 후의 용융 수지 시트를 가열 장치(101)로부터 인출할 때의 이형성, 인출하기 쉬움을 고려하여, 기재 도출입부(105)를 설치해 그 위에 실어서 투입해도 좋다. 기재 도출입부(105)에 사용하는 소재는 특별히 한정은 없고, 금속 시트나 수지 시트 등의 가열 온도역에서 변형, 용융하지 않는 소재를 선택하는 것이 가능하다. 금속 시트로서는 평판이나 금속망, 펀칭 메탈, 엠보스 가공과 같이 가공된 금속 시트도 사용할 수 있다. 기재 도입부(105)를 사용할 경우, 상기 열가소성 수지 시트와의 접촉 면적이 클수록 온도 편차가 작아 고속 승온 가능하게 되고, 접촉 면적이 작을수록 이형성이 좋아진다. 성형 사이클, 온도 정밀도 등 밸런스를 고려해서 자유롭게 선택할 수 있다.
상기 열가소성 수지 성형체의 제조 방법에 있어서, 상기 열가소성 수지 시트(211)를 상기 가열 장치(101)로 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열할 때, 상기 열가소성 수지 시트(211)는 1매 또는 2매 이상 동시에 용융 가열해도 좋다. 상기 열가소성 수지 시트(211)를 2매 이상 동시에 가열할 경우, 시트의 용적, 비열은 동일해도 좋고 달라도 좋다. 일반적인 가열 장치에서는 2매 이상 동시에 가열할 경우, 투입하는 열가소성 수지 시트의 용적, 비열이 다르면 각각의 시트 사이에서 온도차가 생긴다. 열가소성 수지 시트 사이에서 온도차가 생기면, 온도가 낮은 열가소성 수지 시트의 최저 온도 부분을 수지의 융점 이상까지 승온시킬 필요가 있고, 고온 부분에서는 예열 시간이 증가하고, 과가열에 의한 물성 저하, 외관 불량의 원인이 되지만, 본 발명에 의한 상기 열매 기상 가열 방식 가열 장치(101)에서는 셀프 센싱 기능 [A]에 의해, 저온 개소를 선택적으로 승온 가능하고, 오버슈트 되지 않고 가열할 수 있기 때문에, 다른 용적, 비열, 열용량의 열가소성 수지 시트를 동시에 2매 이상 가열해도 온도차 없이 가열하는 것이 가능하며, 과가열에 의한 물성 저하나 외관 불량이 없는 열가소성 수지 성형체를 성형할 수 있다.
또한, 상기 열가소성 수지 시트(211)를 2매 이상 동시에 상기 가열 장치(101)로 가열할 때에, 열가소성 수지 시트(211)는 겹치지 않도록 배열하여 가열해도 좋고 겹쳐서 가열해도 좋다. 겹쳐서 가열할 경우, 열가소 수지 시트(211)의 일부가 겹쳐 있어도, 전체 면이 겹쳐 있어도 좋다. 일반적인 가열 장치에서는, 열가소성 수지 시트를 일부분만 겹쳐서 가열할 경우, 열가소성 수지 시트가 겹쳐 있는 부분의 승온이 느려져서 겹쳐 있는 개소와 겹쳐 있지 않은 개소의 온도차가 생기고, 겹쳐 있지 않은 개소에서 과가열이 되어 물성 저하나 외관 불량의 원인이 된다. 본 발명에 의한 상기 열매 기상 가열 방식 가열 장치(101)에서는 열매 기상 가열 방식 독자의 셀프 센싱 기능에 의해 일부분만 겹쳐서 가열한 경우에도 균일하게 가열하는 것이 가능하다. 또한, 용적, 비열이 다른 기재라도 미리 적층해서 가열 가능하기 때문에, 가열 후 기재를 금형에 충전할 때에 적층 공정을 생략할 수 있어, 가열된 기재의 온도 저하 방지, 사이클 타임의 단축이 가능하다.
상기 가열 장치(101)에 의해 융점 이상으로 가열된 용융 열가소성 수지 시트(211)를 상기 가열 장치(101)로부터 인출한 후, 상형과 하형으로 이루어지는 성형틀에 설치하여 형체결시킨 후, 가압하고 냉각 고화해서 열가소성 수지 성형체를 얻는 스탬핑 성형을 행함으로써 열가소성 수지 성형체를 얻을 수 있다.
스탬핑 성형을 할 때에, 성형틀의 틀 온도는 열가소성 수지 시트(211)의 열가소성 수지의 고화 온도(Tc)로 하면 Tc-10℃ 이하에서 25℃ 이상인 것이 바람직하다. 성형성을 고려하면 금형 온도는 높은 편이 좋고, 성형체 휨량 등 성형체 안정성을 고려하면 금형 온도는 낮은 편이 좋다.
또한, 스탬핑 성형을 할 때에, 가압력은 설비, 기재 유동의 관점으로부터 0.1㎫ 이상, 바람직하게는 0.5㎫ 이상, 더 바람직하게는 1㎫ 이상부터, 40㎫ 이하, 바람직하게는 20㎫ 이하, 더 바람직하게는 10㎫ 이하이다. 0.1㎫보다 작게 하면 열가소성 수지 시트(211)에 충분하게 압력이 가해지지 않아서, 미성형(short shot)이 되거나, 기포가 생기거나, 표면 품위가 나빠지거나, 물성 발현율이 나빠지는 등 불량이 생길 가능성이 있다. 40㎫보다 커지면 대형 프레스 설비, 고강도의 금형이 필요하게 되거나, 열가소성 수지 시트에 강화 섬유가 포함되어 있을 경우, 강화 섬유가 접혀 물성 발현율이 나빠지거나 할 가능성이 있다.
또한, 상기 기재의 성형틀의 형상으로서는 평판이어도 좋고, 복잡 형상을 갖는 3차원 형상이어도 좋다. 특히 리브나 보스를 갖는 형상의 성형에서는, 본 발명의 가열 장치의 특징을 최대한으로 살릴 수 있다. 상기 가열 장치(101)에서는, 전면 성형용의 열가소성 수지 시트와는 별도로, 리브나 보스 형상분의 용적의 열가소성 수지 시트를 상기 열가소성 수지 시트 형상으로 미리 적층한 채, 다른 용적, 비열, 열용량의 열가소성 수지 시트를 동시에 2매 이상 가열해도 셀프 센싱 기능 [A]에 의해 저온 개소를 선택적으로 승온 가능하며 또한, 오버슈트되지 않고 가열할 수 있기 때문에, 온도차 없이 가열하는 것이 가능하고, 적층된 가열 기재를 그대로형틀 상에 설치할 수 있기 때문에, 리브, 보스 형상을 용이하게 성형하는 것이 가능하며, 또한, 상기 가열 장치(101)에서는 과가열에 의한 물성 저하나 외관 불량을 방지할 수 있다. 또한, 성형틀에 설치할 때의 적층 공정을 삭감할 수 있기 때문에, 성형 사이클을 단축할 수 있고 저비용화를 기대할 수 있음과 아울러, 성형틀에 설치하기 전에 열가소 수지 시트가 냉각됨으로써 발생하는 성형 불량을 방지하는 것이 가능하다. 본 발명의 방법에 의하면, 상기 가열 장치를 사용하여 상기 조건으로 열가소 수지 시트를 성형함으로써 물성, 표면 외관도 매우 양호한 높은 리브 형상 등을 갖는 3차원 복잡 형상의 열가소성 수지 성형체를 얻을 수 있다.
(실시예)
이어서, 본 발명의 실시예, 비교예에 대하여 설명한다. 또, 본 발명은 본 실시예나 비교예에 의해서 조금도 제한되는 것은 아니다.
(1) 사용 원료
섬유 [F]: 섬유 지름 7.2㎛, 인장 탄성율 240㎬, 단사수 50,000개의 연속된 탄소 섬유 다발(ZOLTEK사제, "PX35(등록상표)")을 사용했다.
매트릭스 수지 [M]: 폴리아미드 수지(도레이(주)제, "아밀란(등록상표) CM1001")를 사용했다.
(2) 기재의 제작
섬유 [F]를 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 각도 15°로 절단날이 기운 로터리 커터에 연속적으로 삽입해서 섬유 다발을 절단하고, 섬유 길이 12.7㎜, 폭 1㎜, 두께 0.1㎜, 섬유수 1000개의 촙드 섬유 다발 [A]를 얻었다.
상기 절단 공정으로부터 계속해서, 촙드 섬유 다발 [A]를 균일 분산하도록 산포함으로써 섬유 배향이 등방적인 랜덤 매트를 얻었다. 얻어진 불연속 섬유 매트의 단위중량은 1270g/m2이었다.
얻어진 불연속 섬유 매트에 프레스기를 사용하여 280℃, 3㎫로 5분 가압하고, 매트릭스 수지 [M]을 함침시켜, 냉각함으로써 섬유 강화 열가소성 수지 복합재료의 기재를 얻었다.
(3) Vf(섬유 강화 수지 성형 재료 중의 탄소 섬유의 함유율)
스탬퍼블 기재로부터 약 2g의 샘플을 잘라내어 그 질량을 측정했다. 그 후, 샘플을 500℃로 가열한 전기로 중에서 1시간 가열해서 매트릭스 수지 등의 유기물을 태워 날렸다. 실온까지 냉각하고나서, 남은 탄소 섬유의 질량을 측정했다. 탄소 섬유의 질량에 대한, 매트릭스 수지 등의 유기물을 태워 날리기 전의 샘플의 질량에 대한 비율을 측정하고, 탄소 섬유의 함유율(%)을 산출했다. 이번에 사용한 샘플의 체적 함유율은 35vol%였다.
(4) 사용한 가열 장치
원적외선 히터 방식에 의한 가열 장치(IR) 및 열매 기상 가열 방식으로 상부 재킷이 승강 기능을 갖지 않고, 복사 전열만으로 가열하는 기상 가열 장치(기상 가열 1), 열매 기상 가열 방식으로 상부 재킷이 승강 기능을 갖고, 상부와 하부로부터의 접촉 가열이 가능한 기상 가열 장치(기상 가열 2)의 3종류를 사용했다.
(5) 가열한 기재의 온도 측정 방법
180㎜×180㎜×2mmt(재료 a) 및 180㎜×120㎜×2㎜(재료 b)의 2종류의 기재를 사용했다. 기재 표리면을 60㎜×60㎜의 영역으로 균등 분할하고, 그 각 중심에 열전대를 세팅한 것(도 4) 2매를 병렬 또는 겹치고, 그 기재를 히터 온도 320℃로 승온한 IR 가열 장치 및 290℃로 승온한 기상 가열 1 및 기상 가열 2에 투입해서 기재의 표층 온도와 내장 온도를 계측했다. 기재 전체가 280℃에 달한 시점에서의 전체의 온도 편차, 및 280℃에 달할 때까지 필요로 한 시간을 평가했다.
(6) 매트릭스의 열화 평가
가열에 의한 나일론 6의 열분 열화를 상대점도(이하 ηr로 칭한다)로 평가했다. 나일론 6은 열분해하면 분자량이 저하되어 상대점도가 저하되기 때문에, 가열 전의 ηr과 가열 후의 ηr의 비를 취하여 ηr 유지율로서 평가했다
ηr 유지율(%)=가열 후 ηr/가열 전 ηr×100
가열 후의 ηr 측정용 샘플은 온도 측정이 완료된 기재를 물로 급랭하여 고화시킨 후, 두께 방향으로 3분할해서 표층부 및 중심부의 분석용 샘플을 잘라내었다. 잘라낸 분석용 샘플을 진공 건조한 후 98% 황산에 용해시킨 후, 여과하여 탄소 섬유를 제거한다. 얻어진 황산 용액을 오스왈드 점도계로 측정하여 ηr을 산출했다.
(7) 성형성 평가(스탬핑 성형)
하형이 400㎜(길이)×300㎜(폭)의 평판, 상형이 400㎜(길이)×300㎜(폭)의 길이 방향 중심 위치에 폭방향으로 높이 40㎜, 각도 1°, 리브 근원(根元) 폭 2㎜의 홈을 갖는 리브 성형용 금형을 사용하여, 치수 40㎜(길이)×270㎜(폭)×2㎜(두께)의 기재를 360㎜(길이)×270㎜(폭)×2㎜(두께)의 2종류의 기재를 이용하여, 병렬 또는 겹쳐서 기재 중심 온도(2매 겹친 사이의 온도)가 280℃로 되도록 가열 후, 2개의 기재를 적층한 성형용 재료 적층체(601)(도 6)를, 150℃로 승온한 상기 금형의 중심에 배치하고, 2.5㎫으로 30초간 가압해서, 금형 면적(400㎜×300㎜) 및 리브 형상을 완전 충전하며 또한 표면 수지 변색이 없다(○: 실사용상 문제 없는 레벨), 미충전부가 발생한다, 또는 표면 변색이 발생한다(×: 실사용상 문제가 있는 레벨)로 판단했다.
(비교예 1)
가열 장치에 IR을 이용하여 재료 a를 2매 배열하여 가열하고, 그 때의 온도 편차, 승온 시간, ηr 유지율, 성형성 평가를 실시했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 10℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 4.5분을 필요로 하여, 온도 편차가 큰 결과로 되었다. ηr 유지율은 표층이 68.9%, 내층이 71.7%이며, 기재 표면의 수지열화가 진행되어 있었다. 또 성형체의 일부가 수지 변색되어 있어 성형성 평가를 ×로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ×(실용상 문제가 있는 레벨)로 했다.
(비교예 2)
재료의 적층 방법을 겹치는 것 이외는 비교예 1과 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 13℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 7분을 필요로 하여, 온도 편차가 큰 결과가 되었다. ηr 유지율은 표층이 64.5%, 내층이 72.4%이며, 기재 표면의 수지 열화가 진행되어 있었다. 또 성형체의 일부가 수지 변색되어 있어 성형성 평가를 ×로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ×(실용상 문제가 있는 레벨)로 했다.
(비교예 3)
재료에 재료 a 및 재료 b를 사용하는 것 이외는 비교예 1과 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 15℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 4.5분을 필요로 하여, 온도 편차가 상당히 큰 결과가 되었다. ηr 유지율은 표층이 67.5%, 내층이 72.4%이며, 기재 표면의 수지 열화가 진행되어 있었다. 또 성형체의 리브 부분이 수지 변색, 미충전이 발생되어 있어 성형성 평가를 ×로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ×(실용상 문제가 있는 레벨)로 했다.
(비교예 4)
재료의 적층 방법을 겹치는 것 이외는 비교예 3과 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 20℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 6.5분을 필요로 하여, 온도 편차가 상당히 큰 결과가 되었다. ηr 유지율은 표층이 63.0%, 내층이 70.1%이며, 기재 표면의 수지 열화가 상당히 진행되어 있었다. 또 성형체의 리브 부분에 상당한 수지 변색, 미충전이 발생되어 있어 성형성 평가를 ×로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ×(실용상 문제가 있는 레벨)로 했다.
(비교예 5)
가열 장치에 기상 가열 1을 사용하는 것 이외는 비교예 1과 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 3℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 15분을 필요로 하여, 승온까지 상당한 시간을 요했다. ηr 유지율은 표층이 72.0%, 내층이 72.1%이며 양호했다. 또 성형체는 완전 충전되어 있고, 수지 변색도 보이지 않아 성형성 평가를 ○로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ×(실용상 문제가 있는 레벨)로 했다.
(비교예 6)
재료의 적층 방법을 겹치는 것 이외는 비교예 5와 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 3℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 20분을 필요로 하여, 승온까지 상당한 시간을 요했다. ηr 유지율은 표층이 71.6%, 내층이 71.7%이며 양호했다. 또 성형체는 완전 충전되어 있고, 수지 변색도 보이지 않아 성형성 평가를 ○로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ×(실용상 문제가 있는 레벨)로 했다.
(비교예 7)
재료에 재료 a 및 재료 b를 사용하는 것 이외는 비교예 5와 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 2℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 12분을 필요로 하여, 승온까지 상당한 시간을 요했다. ηr 유지율은 표층이 70.5%, 내층이 70.9%이며 양호했다. 또 성형체는 완전 충전되어 있고, 수지 변색도 보이지 않아 성형성 평가를 ○로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ×(실용상 문제가 있는 레벨)로 했다.
(비교예 8)
재료의 적층 방법을 겹치는 것 이외는 비교예 7과 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 3℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 16분을 필요로 하여, 승온까지 상당한 시간을 요했다. ηr 유지율은 표층이 71.2%, 내층이 71.5%이며 양호했다. 또 성형체는 완전 충전되어 있고, 수지 변색도 보이지 않아 성형성 평가를 ○로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ×(실용상 문제가 있는 레벨)로 했다.
(실시예 1)
가열 장치에 기상 가열 2를 사용하는 것 이외는 비교예 1과 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 2℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 3분을 필요로 하여, 온도 편차, 승온 시간 모두 양호했다. ηr 유지율은 표층이 72.2%, 내층이 72.4%이며 양호했다. 또 성형체는 완전 충전되어 있고, 수지 변색도 보이지 않아 성형성 평가를 ○로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ○(실용상 문제가 없는 레벨)로 했다.
(실시예 2)
재료의 적층 방법을 겹치는 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 2℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 4분을 필요로 하여, 온도 편차, 승온 시간 모두 양호했다. ηr 유지율은 표층이 73.6%, 내층이 73.7%이며 양호했다. 또 성형체는 완전 충전되어 있고, 수지 변색도 보이지 않아 성형성 평가를 ○로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ○(실용상 문제가 없는 레벨)로 했다.
(실시예 3)
재료에 재료 a 및 재료 b를 사용하는 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 3℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 3분을 필요로 하여, 온도 편차, 승온 시간 모두 양호했다. ηr유지율은 표층이 73.1%, 내층이 73.4%이며 양호했다. 또 성형체는 완전 충전되어 있고, 수지 변색도 보이지 않아 성형성 평가를 ○로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ○(실용상 문제가 없는 레벨)로 했다.
(실시예 4)
재료의 적층 방법을 겹치는 것 이외는 실시예 3과 마찬가지로 해서 각 항목의 평가를 행했다. 그 결과, 기재 내에서 최대 2℃의 온도 편차가 생기고, 승온까지 4분을 필요로 하여, 온도 편차, 승온 시간 모두 양호했다. ηr 유지율은 표층이 71.7%, 내층이 71.8%이며 양호했다. 또 성형체는 완전 충전되어 있고, 수지 변색도 보이지 않아 성형성 평가를 ○로 했다. 이들 결과로부터 종합 평가를 ○(실용상 문제가 없는 레벨)로 했다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은 매우 균일하며 또한 고속 가열이 필요한 모든 용도에 적용할 수 있고, 특히 열가소성 수지 시트 등의 가열 성형 용도에서는 고정밀도 온도 제어에 의해, 물성, 표면 외관도 매우 양호한 높은 리브 형상 등을 갖는 3차원 복잡 형상의 열가소성 수지 성형체를 얻을 수 있다.
101 : 가열 장치
102 : 가열 장치 캐비닛
103 : 조작, 제어반
104 : 문부
105 : 기재 도출입부
106 : 슬라이드부
107 : 가열 상벽 승강용 실린더
201 : 상부 재킷
202 : 하부 재킷
203 : 열매체
204 : 포화 증기
205 : 열매체 가열용 히터
206 : 온도 센서
207 : 가열 상벽면
208 : 가열 하벽면
209 : 가열실
210 : 보온 상자
211 : 열가소성 수지 시트(기재)
501 : 온도 측정용 재료 a
502 : 온도 측정용 재료 b
503 : 온도 측정점
601 : 성형용 재료 적층체
102 : 가열 장치 캐비닛
103 : 조작, 제어반
104 : 문부
105 : 기재 도출입부
106 : 슬라이드부
107 : 가열 상벽 승강용 실린더
201 : 상부 재킷
202 : 하부 재킷
203 : 열매체
204 : 포화 증기
205 : 열매체 가열용 히터
206 : 온도 센서
207 : 가열 상벽면
208 : 가열 하벽면
209 : 가열실
210 : 보온 상자
211 : 열가소성 수지 시트(기재)
501 : 온도 측정용 재료 a
502 : 온도 측정용 재료 b
503 : 온도 측정점
601 : 성형용 재료 적층체
Claims (13)
- 열가소성 수지로 이루어지는 열가소성 수지 시트를 가열하기 위한 가열 장치이며, 상기 가열 장치의 벽면이 열매체 포화 증기에 의해 간접 가열된 가열 장치로서, 가열벽이 승강 기능을 갖고, 상기 열가소성 수지 시트와 가열벽이 접함으로써 상기 열가소성 수지 시트를 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
- 제 1 항에 있어서,
적어도 온도가 낮은 개소를 선택적으로 가열하는 셀프 센싱 기능 [A]를 갖는 가열 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
열매체로서 유기 화합물을 사용하는 가열 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
열매체로서 무기물을 사용하는 가열 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 가열 장치로 열가소성 수지로 이루어지는 열가소성 수지 시트를 상기 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열 용융한 후, 상형과 하형으로 이루어지는 성형틀에 설치하여 형체결시킨 후, 가압하고 냉각 고화해서 열가소성 수지 성형체를 얻는 스탬핑 성형을 행하는 열가소성 수지 성형체의 제조 방법으로서, 상기 가열 장치는 장치 벽면이 열매체 포화 증기에 의해 간접 가열된 가열 장치이며, 가열벽이 승강 기능을 갖고, 상기 열가소성 수지 시트와 가열벽이 접함으로써 상기 열가소성 수지 시트를 열가소성 수지 시트의 융점 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 열가소성 수지 시트를 2매 이상 동시에 상기 가열 장치를 사용하여 용융 가열하는 열가소성 수지 성형체의 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 가열 장치가 적어도 온도가 낮은 개소를 선택적으로 가열하는 셀프 센싱 기능 [A]를 갖는 열가소성 수지 성형체의 제조 방법. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열로에서 열용량이 다른 상기 열가소성 수지 시트를 겹치지 않도록 배열하여 용융 가열하는 열가소성 수지 성형체의 제조 방법. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열로에서 열용량이 다른 상기 열가소성 수지 시트를 겹쳐서 용융 가열하는 상기 열가소성 수지 성형체의 제조 방법. - 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
열용량이 다른 상기 열가소성 수지 시트를 용융 가열한 후, 상형과 하형으로 이루어지는 리브 형상을 갖는 성형틀에 상기 열가소성 수지 시트를 겹쳐서 설치하여 형체결시킨 후, 가압하고 냉각 고화해서 리브 형상을 갖는 열가소성 수지 성형체를 얻는 스탬핑 성형을 행하는 열가소성 수지 성형체의 제조 방법. - 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
열용량이 다른 상기 열가소성 수지 시트를 용융 가열한 후, 상형과 하형으로 이루어지는 보스 형상을 갖는 성형틀에 상기 열가소성 수지 시트를 겹쳐서 설치하여 형체결시킨 후, 가압하고 냉각 고화해서 보스 형상을 갖는 열가소성 수지 성형체를 얻는 스탬핑 성형을 행하는 열가소성 수지 성형체의 제조 방법. - 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열가소성 수지 시트가 열가소성 수지와 강화 섬유로 이루어지는 섬유 강화 열가소성 수지인 열가소성 수지 성형체의 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 열가소성 수지 시트에 포함되는 강화 섬유가, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 중 적어도 1종을 포함하는 열가소성 수지 성형체의 제조 방법.
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-
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