成型材料的制造方法和该制造方法中使用的成型模具以及树脂制旋转体的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及成型材料的制造方法和使用通过上述制造方法制造的成型材料的树 脂制旋转体的制造方法以及用于该制造方法的成型模具。
【背景技术】
[0002] 在日本特开2009 - 154338号公报（专利文献1)、日本特开2009 - 250364号公 报（专利文献2)和特开2011 - 152729号公报（专利文献3)中公开了使用混合由短纤 维构成的增强纤维和水而成的浆料，在套筒的外周部形成增强用纤维基材（成型材料）的 树脂制旋转体的制造方法。这些公报所记载的方法中，将浆料放入收纳有金属制套筒的筒 状模具内，以增强纤维不漏出的方式从浆料进行脱水，使增强纤维集合于套筒周围，来制作 集合物，然后压缩该集合物，形成增强用纤维基材（成型材料）。特别是日本特开2011 - 152729号公报（专利文献3)所记载的方法中，在筒状模具的中央配置有浆料扩散部件。该 浆料扩散部件在上端部具备圆锥状的浆料扩散部。因此，在成型模具内，通过从上方向浆料 扩散部投入浆料，能够期待无明显偏差地向筒状模具内投入浆料。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2009 - 154338号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开2009 - 250364号公报
[0007] 专利文献3 :日本特开2011 - 152729号公报
【发明内容】
[0008] 发明所要解决的课题
[0009] 如专利文献3所记载的方法，在浆料的粘度低或短纤维的长度短的情况下，浆料 扩散部能够充分发挥效果。但是，当浆料的粘度变高或短纤维的长度变长时，在浆料扩散部 上残存包含短纤维的浆料的可能性高。在浆料扩散部上残存有短纤维的情况下，存在每个 产品的短纤维量不均的问题。另外，还存在如下问题，在压缩纤维集合物时，引起在模具部 件的间隙咬入短纤维这样的材料咬入，使模具破损，不能进行连续生产。
[0010] 本发明的目的在于：提供一种成型材料的制造方法，能够无模具损伤地进行连续 生产。
[0011] 本发明的另一目的在于：提供各个产品的短纤维和粉末状树脂的量的不均少，能 够无模具损伤地进行连续生产的成型材料的制造方法以及用于该制造方法的成型模具。
[0012] 又一目的在于，提供一种将成型材料一边加热一边加压，使粉末状树脂熔融、固化 的树脂制旋转体的制造方法以及通过该制造方法制造的树脂制旋转体。
[0013] 用于解决课题的方案
[0014] 本发明的成型材料的制造方法实施以下的调制工序、投入工序、清洗工序、排出工 序和压缩工序。在调制工序中，调制在分散介质中分散有短纤维和粉末状树脂的浆料。在 投入工序中，在包括具有向上方开口的开口部的筒状模具、和配置于筒状模具的中央、具备 沿上方延伸且与上方正交的方向的横截面的面积随着向上方而变小的形状的浆料扩散部 的浆料扩散部件的成型模具内，从上方将浆料投入浆料扩散部。
[0015] 而且，在清洗工序中，在投入工序之后，从上方将与分散介质相同的分散介质或水 注入浆料扩散部，使附着于浆料扩散部的短纤维和粉末状树脂脱落。当实施这种清洗工序 时，能够使残留于浆料扩散部上的浆料或短纤维从浆料扩散部可靠地脱落，因此，能够防止 所谓的材料咬入的发生。因此，能够提供可以无模具损伤地进行连续生产的成型材料的制 造方法。就冲洗短纤维和粉末状树脂的分散介质或水的量而言，以分散介质或水不会从模 具内溢出的程度每次少量并隔开规定的时间间隔进行投入，将分散介质或水的注入次数设 为两次以上（多次），由此，能够可靠地冲洗残存于浆料扩散部件7的上部的短纤维和粉末 状树脂。而且，将分散介质或水注入两次以上时的规定的时间间隔制定为先注入的分散介 质或水的液面降低至在模具内集聚的短纤维和粉末状树脂的集合物的上表面以下所需要 的时间间隔。
[0016] 在排出工序中，从成型模具排出分散介质或分散介质和水，在成型模具内形成集 合短纤维和粉末状树脂而成的集合物。排出工序优选在减压气氛下进行。将向模具投入浆 料且在模具内进行排水的方法称为过滤脱水法。过滤脱水法是将包含短纤维的浆料放入规 定的容器中，一边过滤容器内的浆料一边脱水，由此形成由短纤维和粉末状树脂集合而成 的集合物的方法。如果通过这种方法制造短纤维和粉末状树脂的集合物，则不会在成型材 料的中央部形成成为剥离原因的分界部。而且，在压缩工序中，在排出工序之间或排出工序 之后，压缩集合物而形成成型材料。压缩工序优选在加压力5~25MPa下进行。而且，压缩 工序优选在比粉末状树脂的熔融温度低的温度下一边施加热量一边进行。在使用同一装置 将短纤维和粉末状树脂的集合物连续进行直到压缩的情况下，不需要处理体积大强度弱的 (易于型走样）集合物的作业，因此，也可以减少作业工序。
[0017] 此外，作为短纤维，可以使用各种材质和种类的纤维。在本发明请求保护的范围 中，"短纤维"不仅包含如文字那样长度短的纤维，而且还包含对纤维进行了原纤化处理而 得到的微细纤维和/或纸浆状纤维的情况。
[0018] 作为粉末状树脂，可以使用热固化性树脂、热塑性树脂等各种材质的树脂。粉末状 树脂的颗粒形状为任意形状，但优选使用粒状的树脂。另外，粒径根据短纤维的纤维径不同 而各异，但优选能够均匀地分布于短纤维的集合物的间隙那样的粒径。这是由于，在粒径大 的情况下，使短纤维的集合物的纤维取向杂乱，或者在进行加热加压成型而形成树脂成型 体时，成为成型体内部的短纤维和树脂未均匀地分布的原因。
[0019] 另外，也可以向混合有短纤维、粉末状树脂和水的混合液中添加1种以上的静电 引力凝聚型的高分子凝聚剂（polymer flocculating agent)，调制衆料。在该情况下，作 为浆料扩散部件，优选使用在浆料扩散部的前端部具有向上方凸的弯曲面的部件。当添加 静电引力凝聚型的高分子凝聚剂时，高分子凝聚剂不仅发挥凝聚功能，而且也作为固定剂 (fixing agent)发挥作用，将短纤维彼此进行固定，并且将短纤维和粉末状树脂进行固定。 其结果，可以增加在集合物中残存的短纤维和粉末状树脂的量。即可以提高短纤维和粉末 状树脂的固定率。此外，根据本发明，在使用具备在前端部具有弯曲面的浆料扩散部的浆料 扩散部件的基础上，实施清洗工序，因此，通过添加高分子凝聚剂调制浆料，即使浆料的粘 度增加，也不会在浆料扩散部上残留短纤维和粉末状树脂。
[0020] 此外，设于成型模具内的浆料扩散部件的浆料扩散部前端的弯曲面的曲率半径优 选为10mm以上20mm以下。当曲率半径比该范围小时，成为一部分短纤维和一部分粉末状 树脂集聚而形成的多个称为凝聚体的集合物刺入浆料扩散部的前端部的状态的可能性高。 另外，当曲率半径比该范围大时，易于在浆料扩散部上堆积凝聚体。
[0021] 此外，作为1种以上的静电引力凝聚型的高分子凝聚剂，优选向混合液中添加阳 离子性高分子凝聚剂（cationic polymer flocculating agent)之后，添加阴离子性高分 子凝聚剂（anionic polymer flocculating agent)。当向混合液中添加阳离子性高分子凝 聚剂时，形成一部分短纤维和一部分粉末状树脂集聚而成的多个称为凝聚体的集合物。然 后添加阴离子性高分子凝聚剂时，凝聚体彼此集合，形成更大的凝聚体，形成多个尺寸较大 的凝聚体。当形成这种凝聚体时，脱水性提高。其结果，在较短的时间内能够进行脱水，并 且提高短纤维和粉末状树脂的固定率。特别是使用阳离子性苯乙烯系高分子水溶液作为 阳离子性高分子凝聚剂，使用阴离子性丙烯酸系高分子水溶液作为阴离子性高分子凝聚剂 时，可以得到较高的脱水性。
[0022] 此外，作为1种以上的静电引力凝聚型的高分子凝聚剂，也可以使用两性高分子 凝聚剂（amphoteric polymer flocculating agent)。两性高分子凝聚剂是发挥混合液中 的短纤维及粉末状粒子的中和效果（阳离子）、通过高分子链的相互缠绕（高分子量体）的 生成和通过阴离子和阳离子的电荷的静电引力增强相互缠绕（高分子量体）的作用的凝聚 剂。
[0023] 筒状模具的开口部也可以利用在中央具备向下方延伸的喷嘴的盖部件堵塞。在该 情况下，喷嘴以在清洗工序中将分散介质或水集中投入浆料扩散部上的方式制定长度和前 端形状。根据这样，可以从喷嘴将分散介质或水有效地送至浆料扩散部上，可以更可靠地使 短纤维和粉末状树脂从浆料扩散部上向下方脱落。
[0024] 此外，还可以进行如下成型工序来制造树脂制旋转体，在该成型工序中，将通过本 发明的制造方法制造的成型材料一边加热一边加压，使粉末状树脂熔融，使所生成的熔融 树脂含浸于由短纤维构成的增强纤维层后，使熔融树脂固化，形成树脂成型体。而且，在成 型工序之后，对树脂成型体的外周部进行切齿加工工序，由此能够制造树脂制齿轮。
【附图说明】
[0025] 图1(A)~（D)是表示本发明的实施方式中使用的过滤脱水压缩装置的动作的概 略工序图。
[0026] 图2 (A)和（B)是表示浆料扩散部的变形例的图。
[0027] 图3是本发明实施方式中制造的树脂制齿轮的纵剖视图。
[0028] 图4是表示图3所示的树脂制齿轮的金属制套筒的图，⑷表示俯视图，（B)表示 纵剖视图。
[0029] 图5 (A)表示与套筒一体化的成型材料的纵剖视图，（B)表示过滤脱水压缩装置的 纵剖视图。
[0030] 图6是表示作为本发明的一个实施例的树脂制齿轮的制作工序的概略工序图。
【具体实施方式】
[0031] 以下，在说明本发明的成型材料的制造方法之前，对该制造方法所使用的过滤脱 水压缩装置的一例进行说明。
[0032] <过滤脱水压缩装置>
[0033] 本发明的成型材料的制造方法所使用的过滤脱水压缩装置13例如图1所示，使用 具备底座1、中空下压缩模2、筒状模具3、中空上压缩模4的成型模具。中空下压缩模2在 其内部具备套筒支撑台5和下弹性体6。另外，筒状模具3在其内部具备浆料扩散部件7。 另外，中空上压缩模4具备按下部件8和上弹性体9。
[0034] 以下，详细地说明各个部件。
[0035] (底座）
[0036] 底座1支撑过滤脱水压缩装置整体，在其上表面直接载置中空下压缩模2,只要是 负载引起的应变少，且可以水平载置的底座，就没有特别限制。
[0037] 底座1的材质没有特别限定，可以使用不锈钢、碳钢、错、铝合金、镁合金等，但从 耐腐蚀性的观点来看，优选使用不锈钢。
[0038] 底座1的大小没有特别限制。
[0039] (中空下压缩模）