JP2829323B2 - 繊維強化樹脂成形材料の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、機械的強度、耐熱性等に優れた繊維強化樹
脂成形材料の製造装置に関する。

［従来の技術］ 各種の強繊維強化樹脂は、近年、自動車，家電等を初
めとする種々の分野において利用されるようになってき
た。

一方、従来の繊維強化樹脂からなる成形材料は、スタ
ンパブルシートを除き、、押出機内において強化繊維を
樹脂中に混練し、万遍なく分散させた上で押し出し、そ
の後、ペレツト化するなどして製品化していた。このと
き、押出機内における混練、移送及び押出機より押し出
す際の樹脂の流動性を考慮すると、強化繊維はなるべく
短く切断して用いる必要があった。このため、曲げ、衝
撃等に対する強度が十分でなく、強化繊維の利点を十分
活しきれないという問題があった。また、強化繊維の混
入により押出機のスクリュー等の摩耗も激しくなるとい
う問題があった。

そこで、このような問題を解決するため、混練工程及
び押出工程を介することなく繊維強化熱可塑性樹脂を生
産する方法が注目され、次の〜のような方法が提案
されている。

あらかじめ、繊維束に樹脂粉末を付着させ、その後
加熱溶融させる方法（特公昭52−3985号など）。

ロービングをダイ内に引き込み、溶融樹脂を含浸さ
せた後、引き抜く方法（特公昭52−10140号、同64−784
8号など）。

ダイ内部で繊維束に溶融樹脂を含浸させる際、繊維
束の側面を押圧しながら含浸する方法（特開平１−1784
11号）。

繊維束を複数の供給口からダイ内部に供給し、溶融
樹脂を含浸させる方法（USP Re.32772号）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した〜の方法には次のような
解決すべき課題がある。

すなわち、の方法は、製造工程が非常に大掛りとな
って、製造コストが大幅に高くなるため実用化すること
が困難であった。

の方法は、熱可塑性樹脂の溶融粘度が高いため、熱硬
化性樹脂のように繊維束中に樹脂がうまく含浸せず、繊
維の開繊，分散が十分行なわれないという問題があっ
た。

の方法は、繊維束の側面を単にロッド等に押し付け
るだけなので、繊維束にかかるテンションが不十分であ
った。このため、開繊，分散が十分でなく、特に引き出
し速度を高めたときにこの現象が顕著であり、生産性の
向上の観点からすると問題があった。

の方法は、繊維束の供給口が異なるため、供給位置
により溶融樹脂の含浸程度が異なり、製品の品質にばら
つきを生じるという問題があった。

本発明の繊維強化樹脂形成材料と製造装置は、上記課
題にかんがみてなされたもので、繊維の開繊，分散を十
分行ないながら溶融状態の熱可塑性樹脂を含浸させるこ
とにより、機械的強度が高く耐熱性に優れた繊維強化樹
脂成形材料の製造を確実に実施できるようにすることを
目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の繊維強化樹脂成形
材料の製造装置は、溶融した熱可塑性樹脂中に繊維束を
連続的に通過させ、繊維束に溶融樹脂を含浸させた後、
ダイスより引き出し、樹脂を硬化させることによって繊
維強化樹脂成形材料を製造する方法において、前記繊維
束に溶融樹脂を含浸させる際に、繊維束を、ロッドの中
心を通る直線に対し少なくとも一側が所定の角度だけ傾
斜した状態でロッドに巻き掛けるようにしている。そし
て、好ましくは繊維束を、ロッドの中心を通る直線に対
し少なくとも一側が10度以上の傾斜角を有した状態でロ
ッドに巻き掛けるようにしている。また、必要に応じて
繊維束が波形を形成するよう、該繊維束を複数のロッド
に接触させるようにしている。

また、本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造装置は、
繊維束が通過するダイと、このダイ内部に熱可塑性溶融
樹脂を供給する溶融樹脂供給部と、前記ダイ内部に設け
られ、繊維束を、ロッドの中心を通る直線に対し少なく
とも一側が所定の角度だけ傾斜した状態でロッドに巻き
掛けるロッドと、溶融樹脂を含浸した繊維束をダイより
引き出す引出し手段とを備えた構成としてある。そし
て、必要に応じロッドを、繊維束の引出し方向に直線状
に配置した構成してある。

以下、本発明の装置例を図面にもとづいて詳細に説明
する。

第１図は、装置全体の平面図であり、10はダイ、20は
ダイ10へ熱可塑性溶融樹脂を供給する押出機、30は繊維
束Ｆのロール、40はダイ10に引き込まれる繊維束Ｆに一
定の張力を与えるテンションロール群、50はダイ10から
引き出された溶融樹脂含浸繊維束の冷却手段、60は繊維
束の引き出しロール、70は引き出された繊維束をカット
するペレタイザである。

本装置は、三本のそれぞれ独立した繊維束Ｆに、溶融
樹脂を同時に含浸させる例を示している。

第２図は、第１図のＩ−Ｉ断面でありダイの縦断面を
示している。ダイ10は予熱部11と含浸部13からなってい
る。予熱部11は繊維束Ｆへの溶融樹脂含浸に先立って繊
維束Ｆを予熱しておくための予熱領域を形成しており、
外周部には、ヒータ12が設けてある。この予熱部11の長
さは、繊維束Ｆと溶融樹脂の親和性が良くなるように通
過速度に応じて適宜決定する。なお、ヒータ12の加熱温
度を調整することによっても、繊維束の通過速度に適し
た予熱状態とできる。

含浸部13は、繊維束Ｆに溶融した熱可塑性樹脂を含浸
させるための領域である。この含浸部13の入口側は予熱
部11の出口側と連結している。また、含浸部13の入口側
は熱可塑性樹脂を溶融して押し出す押出機20と接続して
いる。

すなわち、含浸部13の入口側は一種のマニホールドを
形成している。一方、含浸部13の出口側は錐状になって
おり、溶融樹脂を含浸した繊維束Ｆを収束し所定の線径
となるようにしてある。

なお、予熱部11の出口と含浸部13の入口の関係は、必
ずしも直線状である必要はなく、繊維束Ｆが折れない状
態であれば角度をもたせてもよい。

この含浸部13には、繊維束Ｆを開繊しかつ分散させる
ためのロッド14（14a,・・14e）が、繊維束Ｆの進行方
向と交差した状態で該進行方向に複数本配置してある。
繊維束Ｆは、これらロッド14に、じくざぐ状に巻き掛け
てある。詳述すれば、繊維束Ｆは、第３図で示すよう
に、隣接するロッド14の中心軸ｃ間を結ぶ直線Ｈに対
し、少なくとも一側が所定の角度αだけ、例えば10度以
上、好ましくは20度以上傾斜した状態でロッド14にじく
ざぐ状に巻き掛けてある。

このようにすると、繊維束Ｆに比較的大きな張力がか
かり、繊維束Ｆの開繊，分散を効率的に行なうことがで
きる。特に、繊維束Ｆの引き出しを高速で行なう場合に
効果的である。

ロッド14は、一本以上あればよいが、繊維束Ｆの引き
出しを高速で行なう場合には複数本（三本以上）とする
ことが好ましい。

また、ロッド14の断面形状は、円形，楕円形あるいは
多角形状のものでもよく，その太さ（径）も繊維束Ｆの
材質、量等種々の要素を考慮して決定することができ
る。

ロッド14の配置は、繊維束Ｆの進行方向に直線状に配
置するほか、ロッド14への繊維束Ｆの巻掛け角度が所定
角度以上となるのであればどのような態様であってもよ
く、例えば千鳥状に配置したり、鉤形状に配置したりし
てもよい。

これらロッド14（14A,…,14e）を内蔵する含浸部13の
広さは、繊維束Ｆが隣接する繊維束と干渉せず、しかも
十分開繊でき溶融樹脂が確実に含浸する広さであればよ
い。

次に、上述の実施例装置を用いて行なう繊維強化樹脂
成形材料の製造方法について説明する。

本方法に使用される繊維束の種類としては、ガラス繊
維，炭素繊維，炭化珪素繊維などの無機繊維、金属繊
維、有機繊維などがある。また、繊維束の断面積は４×
10^-3〜4mm²、開繊性からすると0.1〜1mm²とすることが
好ましい。

さらに、この繊維束を構成する個々の繊維の直径は１
〜100μ、柔軟性からすると３〜50μとすることが好ま
しく、これら繊維の束を構成する本数は10〜10000本、
開繊性からすると100〜5000本とすることが好ましい。

このような繊維束Ｆは、引出しロール60に引き取られ
ることにより、ロール30からテンションロール群40、ダ
イ10、冷却手段50を通過してペレタイザに供給される。

すなわち、繊維束Ｆは、テンションロール群40で一定
の張力を与えられた状態でダイ10の予熱部11に引き込ま
れ、ここでヒータ12によりい予め加熱される。次いで、
繊維束Ｆはダイ10の含浸部13に引き込まれ、ロッド14に
所定の角度で巻き掛けられ張力を与えられる。これによ
り、繊維束Ｆは開繊と分散を行ない、繊維と繊維の間に
溶融した熱可塑性樹脂を浸み込ませる。

押出機20において溶融され、含浸部13に供給される熱
可塑性樹脂の種類は、特に制限されず、成形材料の用途
等に応じ、種々のものを用いることができる。また、含
浸部13に供給される溶融熱可塑性樹脂の温度と圧力は、
樹脂が繊維束中に十分含浸でき、しかも樹脂の劣化と漏
洩を生じない範囲とする。

開繊，分散し溶融樹脂を束中に十分含浸しない繊維束
Ｆは、ダイ10の出力において再び収束されダイ10の外に
引き出される。引き出された繊維束Ｆは、冷却手段50で
冷却された後ペレタイザ60に送られ、このペレタイザ60
において細かく切断されペレット化される。

［実施例と比較例］ 実施例１ ・ダイス:50mφ押出機の先端に取り付け、含浸部に四本
のロッドを直線状に配置。

・繊維束：アミノミランで表面処理された繊維径13μの
ガラス繊維を170本束ねたガラスロービング。

・予熱温度:200℃ ・熱可塑性樹脂：ポリプロピレンと酸変性ポリプロピレ
ン（１重量部）をブレンドして溶融。

・溶融温度:240℃ ・ロッド：四本 6mm（直径）×3mm（長さ） ・傾斜角度:25度 上記条件下において、テンションロール群で繊維束の
量を調整しつつダイ内に送り込み含浸を行ない、冷却後
ペレタイダで長さ15mmのペレットを得た。

実施例２ 熱可塑性樹脂をスチレン−無水マレイン酸共重合体と
した以外は、実施例１と同様にしてペレットを得た。

実施例３ 熱可塑性樹脂をポリカーボネートとし、溶融温度を30
0℃とした以外は、実施例１と同様にしてペレットを得
た。

実施例４ ダイの含浸部におけるロッドの配置を，第４図に示す
ようにした以外は、実施例１と同様にしてペレットを得
た。

実施例５ 熱可塑性樹脂をスチレン−無水マレイン酸共重合体と
した以外は、実施例４と同様にしてペレットを得た。

実施例６ 熱可塑性樹脂をポリカーボネートとした以外は、実施
例４と同様にしてペレットを得た。

比較例１ 二軸混練機（TEM−35）を用い、ポリプロピレンと酸
変性ポリプロピレンをブレドンした後定量供給機にて、
ボッパーロへ定量供給した。また、アミノシラン処理さ
れたガラス繊維（チョップストラッド）を定量供給機
で、樹脂が溶融した後のサイドフィード口へ供給し、混
練を実施し、ペレットを得た。

比較例２ 樹脂として、スチレン−マレイン酸共重合体を用いた
以外は、比較例１と同じ条件でペレットを得た。

比較例３ 樹脂として、ポリカーボネートを用いた以外は、比較
例１と同じ条件でペレットを得た。

比較例４ ロッドを除いたダイを用いた以外は、実施例１と同様
にしてペレットを得た。

比較例５ ダイの含浸部におけるロッドの配置を第５図に示すよ
うにした以外は、実施例１と同様にしてペレットを得
た。

実施例１〜６、比較例１〜５で得られたペレットを用
い、射出成形機（東芝IS−90B）にて、テストピースを
作成し、その物性を評価した。

結果を第１表に示す。

実施例１、実施例４及び比較例４、比較例５におい
て、繊維束（ガラスロービング）の引抜き速度（生産
量）を変えて、ロービングの開繊度（樹脂の含浸度）及
び得られたペレットでの射出成形品中の繊維の分散状況
を比較した。

ポリプロ（40wt％）／ガラスロービング（60wt％）で
実施した。

この結果を第２表に示す。

次に実施例１及び比較例５のストランド中の繊維の開
繊度及び分散度の状態を第６図及び第７図に示す。

実施例７ ガラス繊維束の代わりに、繊維径８μのステンレス繊
維950本の繊維束を用いた以外は、実施例１と同様にし
てペレットを得た。

比較例６ ガラス繊維束の代わりに、繊維径８μのステンレス繊
維束を用いた以外は、比較例４と同様にしてペレットを
得た。

比較例７ ガラス繊維束の代わりに、繊維径８μｍのステンレス
繊維束を用いた以外は、比較例５と同様にしてペレット
を得た。

比較例８ ガラスのチョップストライドの代わりに、繊維径８
μ，長さ6mmのステンレス繊維のカット品を用いた以外
は、比較例１と同様にしてペレットを得た。

それぞれ得られたペレットを用い射出成形により、14
0mm×140mm×3mmの角板を成形し、その外観をチェック
するとともに、その角板を用いて、体積固有抵抗値を測
定した。

その結果を第３表及び第８図のグラフに示す。

［発明の効果］ 以上のように本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造装
置によれば、繊維束中に熱可塑性溶融樹脂を十分含浸さ
せることができ、機械的強度が高く耐熱性に優れた繊維
強化樹脂成形材料を生産性よく得ることができる。

また、本発明の製造装置によれば、上記繊維強化樹脂
成形材料の製造方法を確実に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例の全体図、第２図はダイ
の拡大断面図、第３図は繊維束をロッドに巻き掛けたと
きの拡大図、第４図はダイの他の実施例における拡大断
面図、第５図はダイの従来例における拡大断面図、第６
図は本発明方法によって製造した成形材料の強化繊維分
散状態を示す拡大写真模写図、第７図は従来方法によっ
て製造した成形材料の強化繊維分散状態を示す拡大写真
模写図第８図は強化繊維の含有量と体積固有抵抗値との
関係を示す図である。 10:ダイ、20:押出機 11:予熱部、12:ヒータ 13:合浸部、14:ロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西本 敬 神奈川県相模原市宮下１丁目２番27号 大日本硝子工業株式会社内 (72)発明者 二川 稔 神奈川県相模原市宮下１丁目２番27号 大日本硝子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−229534（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−229535（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−251228（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−255838（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 70/14 B29C 70/50

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維束が通過するダイと、 このダイ内部に熱可塑性溶融樹脂を供給する溶融樹脂供
   給部と、 前記ダイ内部に、前記繊維束の進行方向と交差した状態
   で該進行方向に複数本配置されたロッドと、 溶融樹脂を含浸した繊維束をダイより引き出す引出し手
   段とを備えるとともに、 前記複数の各ロッドに対して前記繊維束を、隣接するロ
   ッドの中心軸を結ぶ直線に対し少なくとも一側を10度以
   上傾斜した状態でじぐざぐ状に巻き掛けた ことを特徴とする繊維強化樹脂成形材料の製造装置。