回転機構を用いた高次制御射出成形金型の開発

使用旋转机构的高阶控制注塑模具的开发

• 批准号: 14750082
• 负责人: 安原 鋭幸
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750082/
• 关键词: カーボンナノチューブ; 複合材料; 繊維配向制御; 射出成形; 温度制御; 樹脂材料; 転写特性; 配向制御

本研究では直径150nm程度の超多層CNTである気相成長炭素繊維(VGCF)を高流動ポリスチレンに混合した樹脂基材料を射出成形する際に,金型をスライドさせせん断力を与えることにより繊維を成形品表面に垂直に突出させることを目的とする.フィラーとして超多層CNTである気相法炭素繊維(直径150nm,以下VGCF)の黒鉛化品を使用したマトリクス樹脂にはポリスチレン(Styron679)を使用した.複合材料は樹脂中にVGCFを均一に分散させるために,二軸の混練機によりトルクが一定になるまで混練したものを粉砕してペレットに状にして使用した.試験片の成形には,たて型射出成形機(型締力35tf)を使用した.2プレート式で間にスペーサを入れることで30×30×2mmの薄板試験片を2枚成形することができる.可動側金型の一部にリニアガイドを設置し,任意のタイミングで成形品の表面にせん断力を付与することができる.スライドさせるタイミングは充満直後に設定量だけ手動で行った.また,可動側プレートの材質を変更することにより成形品表面の冷却速度を変化させることができる.今回は,3mm厚のベークライト板と真鍮板を使用した.VGCFの充填量は10vol.%とし,主に固定側の金型温度を変化させた.試験片表面上のVGCFの突出の有無を調べるため,成形品を流動方向に沿って割り,光学顕微鏡を用いて横方向から観察した.成形条件により,成形品の表面に突出しているVGCFが観察できた.突出した部分の長さは最大でおよそ5μm程度であった.突出したVGCFの本数は型板の温度に大きく依存し,固定側の金型表面にのみ多く,その形態は金型の材質により大きく変化することがわかった.可動側金型に断熱性の高いベークライト板を装着して,固定側金型を120℃と著しく高温にすると4000本/mm^2最も多く突出することがわかった.これとは逆にベークライト側もしくは真鍮側の表面にはほとんど突出していなかった.また,突出している繊維の角度を調べた.いずれの条件でも繊維のほぼ半数がほぼ垂直に突出していることがわかった.また,型板のスライドの有無による突出本数の量への影響も調べた.流動方向と同じ方向にスライドさせる場合が正の方向,流動と逆方向にスライドさせる場合が負の方向である.型板を充満直後にスラィドさせることで突出繊維の本数に若干の差がみられた.突出のメカニズムは未だ明らかではないが,金型温度を高温に維持することにより樹脂が低粘度状態にある時,樹脂の流動で一様に配向し弾性変形したVGCFが回復する際に突出すると推測される.

In this study, ultra-multilayer CNT with a diameter of about 150nm were prepared by phase growth of carbon fiber (VGCF). During injection molding of resin-based materials, gold type CNT were mixed with high flow rate CNT. Carbon fiber (diameter 150nm, below VGCF) and black lead chemicals are used in multi-layer CNT (Styron679). The composite material is uniformly dispersed in the resin, and the two-axis mixer is used for mixing. For the formation of the test piece, the injection molding machine (molding force 35tf) is used for the formation of 2 pieces of 30×30×2mm thin plate test piece. A part of the movable side metal mold is set up to apply breaking force to the surface of the molded product. The setting of the setting is manual. In addition, the material of the movable side press can be changed, which can also change the cooling speed of the surface of the formed product. Now,3mm thick plate is used. The filling amount of VGCF is 10vol.% The temperature of the metal mold on the main fixed side is changed. The presence or absence of VGCF protrusions on the surface of the test piece can be adjusted to the flow direction of the molded product, and the optical microscope can be used to observe the horizontal direction. VGCF is the most important part of the forming process. The length of the protruding part is the maximum of 5μm. The number of VGCF is highly dependent on the temperature of the mold plate, the number of gold surfaces on the fixed side, and the shape of the metal material. The movable side metal type has high thermal conductivity and is mounted on the fixed side metal type at 120℃ and high temperature at 4000 ℃/mm^2. The surface of the opposite side of the wall is opposite to the wall. The angle of the projection is adjusted. In the middle of the room, half of the room was vertical. For example, the presence or absence of a pattern pattern highlights the influence of the number on the tuning. Flow direction: positive direction in the same direction; negative direction in the opposite direction. A number of differences in the number of dimensions of the plate are highlighted. The resin flow direction is different when the resin is in a low viscosity state, and the resin flow direction is different when the resin is in a low viscosity state.

项目成果

榎本和城, 北方慎太郎, 安原鋭幸, 大竹尚登, 村上碩哉: "CNT含有樹脂射出成形品中のCNTの分散と機械的特性の評価"成形加工シンポジア'03. 189-190 (2004)

Kazujo Enomoto、Shintaro Kitakata、Etsuyuki Yasuhara、Naoto Otake、Seiya Murakami：“含 CNT 树脂注射成型产品中 CNT 分散性和机械性能的评估”成型加工研讨会 03 (2004)。

安原鋭幸, 澤本晃一, 加藤和典, 村上碩哉, 大竹尚登: "プラスチック射出成形における微細形状の転写特性-金型内残留空気の影響-"第54回塑性加工連合講演会 講演論文集. 319-320 (2004)

Eiyuki Yasuhara、Koichi Sawamoto、Kazunori Kato、Seiya Murakami、Naoto Otake：“塑料注射成型中精细形状的传递特性 - 模具中残留空气的影响 -”第 54 届塑料加工联盟会议记录 319-320 (2004)。

榎本和城, 北方慎太郎, 安原鋭幸, 大竹尚登, 村上碩哉, 加藤和典: "カーボンナノチューブ含有樹脂基複合材料の射出成形"平成15年度 塑性加工春期講演会 講演論文集. 341-342 (2004)

Kazushiro Enomoto、Shintaro Kitakata、Etsuyuki Yasuhara、Naoto Otake、Seiya Murakami、Kazunori Kato：“含碳纳米管的树脂基体复合材料的注射成型”2003 年春季塑料加工会议，会议记录 341-342（2004 年）。

安原鋭幸, 榎本和城, 藤原修, 加藤和典, 大竹尚登: "CNT含有樹脂の射出成形における繊維配向制御"第54回塑性加工連合講演会 講演論文集. 317-318 (2004)

Eiyuki Yasuhara、Kazujo Enomoto、Osamu Fujiwara、Kazunori Kato、Naoto Otake：“含 CNT 树脂注射成型中的纤维取向控制”第 54 届塑料加工联盟会议记录 317-318 (2004)。

Toshiyuki YASUHARA, Kazunori KATO, Hiroshi IMAMURA, Naoto OHTAKE: "Transcription Mechanism of Minute Surface Pattern in Injection Molding"Proceedings of JSME/ASME International Conference on Materials and Processing 2002. 605-610 (2002)

Toshiyuki YASUHARA、Kazunori KATO、Hiroshi IMAMURA、Naoto OHTAKE：“注射成型中微小表面图案的转录机制”JSME/ASME 国际材料与加工会议论文集 2002. 605-610 (2002)