電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型によるフィラー充填樹脂成形品特性の改善

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420056
• Research Institution: Nippon Institute of Technology
• Principal Investigator: 村田 泰彦 日本工業大学, 工学部, 教授 (00200303)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: プラスチック / 射出成形 / 金型 / 電磁誘導加熱 / 可動コアピン / フィラー充填樹脂

Outline of Annual Research Achievements

近年、プラスチック製品には、高い強度と意匠性が求められている。そこで、強度を向上させるために、長さが0.2mmから10mm程度のガラス繊維や、意匠性を向上させるためにメタリックフレークなどのフィラーが母材の樹脂の中に充填される。これらフィラー充填樹脂の射出成形では、金型内での樹脂流動の影響を受けて、フィラーが成形品内で強く配向し異方性が発現することにより、逆に、成形品の外観や強度が低下することが問題となっている。本研究では、電磁誘導を用いて金型を急速加熱できると同時に、可動コアピンの駆動により樹脂流動が制御できる電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型を開発する。そして、金型加熱や流動制御が、フィラー配向にいかに作用し、その結果、成形品の外観と強度にいかなる影響がもたらされるかについて明らかにすることを目的としている。
平成26年度は、金型内に電磁誘導用のコイルと、樹脂流動制御用の可動コアピンが設置された電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型の設計・製作を行った。具体的は、内部に加熱用のコイルと冷却用の水管、さらに、樹脂流動制御用の可動コアピンが内蔵されたキャビティ入れ子とモールドベースを設計・製作した。ここでは、有限要素法を用いた熱伝導解析により、キャビティ部の温度ができるだけ均一になるようなコイルと水管の配置方法を明らかにした。また、キャビティ中央のフローフロント合流界面生成部において内部流動を生成させるために、ランナ部に樹脂溜まりと樹脂溜まりの入口に可動コアピンを設けて、ピニオンギアとラックを介して油圧シリンダにより可動コアピンを駆動させる機構の設計・製作を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成26年度は、まず、有限要素法を用いた熱伝導解析により、キャビティ部の温度ができるだけ均一になるようなコイルと水管の配置方法を明らかにし、当初目標としていた、金型内に電磁誘導用のコイルと、樹脂流動制御用の可動コアピンが設置された電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型の設計・製作を完了することができた。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度は、製作が完了した電磁誘導加熱・樹脂流動制御射出成形金型を用いて試運転を行い、まず、金型の機能に不具合がないかを明らかにする。不具合が発見された場合には、金型構造の見直しと改良を行う。金型が完成したら、ガラス繊維充填ポリプロピレンを用いて、金型の加熱温度を変化させながら成形実験を行い、加熱温度とウェルド形状や成形品表面性状との相関関係の検討を行う。そしてつぎに、可動コアピンの駆動タイミングなどを変化させて、フローフロント合流部界面に内部流動を発生させて、得られた成形品内部のガラス繊維配向状態を観察する。さらに、成形品の引張試験を行い、ガラス繊維配向状態と引張強度との相関関係について明らかにする予定である。
なお、得られた成果は、一般社団法人プラスチック成形加工学会等において口頭発表する予定である。

Causes of Carryover

研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は多少異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成27年度予算は、金型の試運転により明らかになった金型機構上の不具合およびさらなる改善に対応するための金型改良費や金型部品費、電磁誘導コイルの製作費、熱電対センサ、成形実験に使用する樹脂などの購入費、学会発表のための旅費に充てる予定である。