CN101351326B - 长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于防止熔融树脂从浸渍模的导入孔漏出以及抑制其溢出量。本发明在入口板2上设有用于向浸渍室1连续供给连续增强纤维的纤维束4的多个导入孔7的浸渍模的特征在于，相对于上述入口板2的各导入孔7设有能分别开闭各导入孔的闸门5，在入口板2的导入孔的下侧设有闸门座6，通过使上述闸门5在与该闸门座6卡合的状态下上下移动来开闭导入孔7。
Description
技术领域
本发明涉及使增强纤维的纤维束浸渗热塑性树脂所形成的长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置及其制造方法。
背景技术
以往，在射出成形用途、挤出成形用途以及加压成形用途等中使用的长纤维增强热塑性树脂材料通过利用浸渍模使增强纤维的纤维束浸渗热塑性树脂来制造。作为该浸渍模已知有各种形式的浸渍模，其代表性的浸渍模的基本结构例如在专利文献1和专利文献2等中有揭示。如图7所示，上述浸渍模从设于上游侧入口板2上的导入孔7将纤维束4导入装有熔融热塑性树脂(以下有时称为熔融树脂)的浸渍模的浸渍室1中，使其通过由熔融树脂供给管9提供到浸渍室1的熔融树脂内并使该纤维束4浸渗熔融树脂，从设于浸渍模下游侧的出口板3上的拉拔孔8抽取。
上述浸渍模中，为了获得良好的生产率，通常在各入口板2和出口板3上沿横向按一定间隔分别并列设有多个(例如2～100个左右)导入孔7和拉拔孔8，将纤维束4穿过各导入孔并导入浸渍室1内，使其通过熔融树脂内，从而使多根纤维束4同时浸渗熔融树脂。此时，为使这些纤维束4充分浸渗熔融树脂并防止空气与纤维束4一起从导入孔7进入，向浸渍室1内供给对应于使用量的熔融树脂并使一定的内压作用于室内的熔融树脂，使熔融树脂从导入孔7与纤维束4的间隙略有溢出。
专利文献1：日本专利特开2003-305779号公报
专利文献2：日本专利特开平11-42639号公报
发明的揭示
但是，如上所述使用浸渍模制造长纤维增强热塑性树脂材料时，要导入或已经导入浸渍模中的纤维束的单丝在作业中被切断(所谓的单丝断裂)，被切断的单丝堵塞导入孔，或被切断的单丝从浸渍模内移动至拉拔孔并堵塞，因纤维束的拉伸阻力增加而易引起断裂，从而产生以下问题。
即，为了使熔融树脂对纤维束的浸渗性和树脂浸渗纤维束的拉拔性良好，并使熔融树脂从导入孔与纤维束的间隙略有溢出以防止空气与纤维束一起进入导入孔，在调节浸渍模的内压使其略微提高的同时调节熔融树脂的供给量。其结果是，当纤维束发生断裂时，由于熔融树脂从纤维束发生了断裂的导入孔漏出，因此每次必须中断作业进行修复，导致作业效率下降。
而且，当因纤维束断裂等而导致熔融树脂的使用量与供给量的平衡破坏时，由于浸渍模内的熔融树脂的内压分布改变，因此即使因导入孔使纤维束中熔融树脂浸渗不良，或某一特定导入孔的熔融树脂的溢出量增加也没有相应的解决方法，因而存在容易产生熔融树脂浪费或浸渗不均的问题。
本发明的目的在于提供即使发生纤维束的断裂也能随时防止熔融树脂从导入孔漏出而使浸渍模内的内压一直维持恒定的、能以良好的生产率制造熔融树脂对纤维束的浸渗性良好的长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置以及制造方法。
本发明是为了实现上述目的而完成的发明，提供以下的长纤维增强树脂材料的制造装置和制造方法。
即，本发明提供具备如下浸渍模的长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置，所述浸渍模具有在内部收纳熔融热塑性树脂的浸渍室、用于向上述浸渍室内供给熔融热塑性树脂的树脂供给通路、设于上述浸渍室的上游侧的入口板上并用于向上述浸渍室连续供给连续增强纤维的纤维束的多个导入孔以及设于上述浸渍室的下游侧的出口板上并用于向外部拉拔浸渗有熔融热塑性树脂的纤维束的多个拉拔孔，上述长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置的特征在于，相对于上述入口板的各导入孔在入口板的外侧设有能分别开闭各导入孔的闸门。
此外，本发明还提供从设于浸渍模的入口板上的多个导入孔向填充有熔融热塑性树脂的浸渍室导入连续增强纤维的纤维束，使其连续通过熔融热塑性树脂中并在该纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，从浸渍模的出口板的拉拔孔抽出浸渗有熔融热塑性树脂的纤维束的长纤维增强热塑性树脂材料的制造方法，所述长纤维增强热塑性树脂材料的制造方法的特征在于，在上述入口板的各导入孔设置能分别开闭的闸门，利用该闸门来控制从导入孔漏出或溢出的熔融热塑性树脂。
根据本发明，由于在设有增强纤维的纤维束导入孔的浸渍模的入口板上设有能分别开闭各导入孔的闸门，因此即使在作业中发生纤维束断裂也能利用闸门迅速关闭该导入孔而防止熔融树脂从导入孔漏出。因此，以往是每次中断作业，但若采用本发明，则通过关闭纤维束发生了断裂的导入孔即可继续作业，因此作业效率提高。
另外，由于能适当并均一地控制从各导入孔溢出的熔融树脂量，因而能使纤维束均一地浸渗熔融树脂，得到高品质的长纤维增强树脂材料。
此外，即使浸渍模内熔融树脂的内压分布发生改变，也可以利用闸门分别管理从导入孔与纤维束的间隙溢出的熔融树脂量，因而能使熔融树脂对纤维束的浸渗性良好且以良好的生产率制造高品质的长纤维增强树脂材料。
另外，本发明通过在闸门上附设闸门座，使闸门易于开闭，因而使作业性得以改善。
附图的简单说明
图1是本发明优选实施方式涉及的用于制造长纤维增强热塑性树脂材料的浸渍模的简单剖视图。
图2是图1的入口板的主视图。
图3是图1的导入孔部分的剖视图。
图4是理想闸门的立体图。
图5是理想闸门座的主视图。
图6是图1的浸渍模的局部左视图。
图7是现有浸渍模的简单剖视图。
符号说明
1：浸渍室 2：入口板 3：出口板
4：纤维束 5：闸门 6：闸门座
7：导入孔 8：拉拔孔 9：熔融树脂供给管
10：螺栓孔 11：螺栓孔 12：螺栓
13：螺栓 14：动配合长孔(日文：遊嵌長孔)
15：基部 16：脚部 17：下端 18：孔
19：凹部 20：下边部 21：孔空间
实施发明的最佳方式
作为本发明中使用的增强纤维，可以单独使用或并用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维等。其中，玻璃纤维因其特性和成本等方面的优点而被广泛使用，成为优选。这些增强纤维以单丝集束形成纤维束的方式来使用，作为上述单丝，平均直径优选为4～30μm，更优选为7～25μm。若单丝的平均直径不足4μm，则所得长纤维增强树脂材料的成本高，若超过30μm，则所得长纤维增强树脂材料的机械物性变差，因而不理想。
另外，本发明所使用的纤维束是由100～20000根左右的单丝集束形成的丝束。若进行集束的单丝不足100根，则生产率下降，若超过20000根，则由于纤维束变粗而使熔融树脂难以在单丝间均一浸渗。
作为本发明中用于形成在上述纤维束中浸渗的熔融热塑性树脂的热塑性树脂，无特殊限制，一般可以使用市售的热塑性树脂，但从浸渗性、成本和物性的观点出发，较适合的有聚烯烃类树脂、聚酰胺类树脂、聚酯类树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯硫醚树脂、聚苯乙烯类树脂，特别优选聚烯烃类树脂、聚酰胺类树脂、聚酯类树脂。
作为聚烯烃类树脂，例如优选聚丙烯、聚乙烯等。作为聚酰胺类树脂，例如优选尼龙6.6、尼龙6、尼龙12、MXD尼龙等。作为聚酯类树脂，例如优选聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等。上述树脂也可以与着色剂、改性剂、抗氧剂以及耐紫外线剂等添加剂或碳酸钙、滑石粉、云母等填充剂混合使用。
作为本发明中得到的长纤维增强树脂材料，例如可列举粗0.2～4.0mm、长3～50mm的丸状或针状物或线材状物、连续或非连续的带状或片状物。关于增强纤维的含有率，根据所得长纤维增强树脂材料的用途等而异，无特殊规定，但通常为15～80vol％。若增强纤维的含有率在上述范围内，则可获得长纤维增强树脂材料的高效增强效果，可由该长纤维增强树脂材料制得高强度的成形品。
下面，结合附图进一步详细说明本发明的最佳实施方式。附图是对本发明的理想长纤维增强树脂材料制造装置的浸渍模(以下称为本浸渍模)的例示，但本发明不限于此。另外，与图7的浸渍模相同的结构要素用同一符号来说明。
图1是简单表示该浸渍模的剖视图。如图1所示，该浸渍模的结构为：具备入口板2和出口板3，所述入口板2设于收纳来自熔融树脂供给管9的熔融树脂的浸渍室1的上游侧，并设有用于向浸渍室1导入连续增强纤维的纤维束4的导入孔7，所述出口板3设于浸渍室1的下游侧，并设有用于从浸渍室1抽出浸渗有熔融树脂的纤维束的取出口8，使从上述导入孔7导入浸渍室1的纤维束4通过浸渍室1的熔融树脂内，并使该纤维束4浸渗熔融树脂，将该纤维束4送至出口板3的拉拔孔8捋去多余熔融树脂，然后从浸渍模连续抽取。以上操作在设于浸渍模的入口板2上的所有导入孔连续进行。上述入口板2和出口板3指作为浸渍室1外壁的一部分而分别形成浸渍室1的上游侧和下游侧的侧壁的部分。
该浸渍模的上述结构与以往公知的浸渍模相同，入口板2具有导入孔7的任一种浸渍模均可采用本发明。该浸渍模由铁，镍、铬等各种金属镀敷过的铁，不锈钢等材料形成。因此，入口板2和出口板3也可用上述材料形成。在浸渍模的内部形成有中空的近似箱状的浸渍室1，从熔融树脂供给管9向该浸渍室1供给熔融树脂。浸渍室1的大小无特殊规定，大致纵向为10～200cm、横向为10～200cm、深1～50cm左右，因此入口板2和出口板3的宽为20～100cm、高为1～50cm左右。虽未图示，但在浸渍模中，可在浸渍室1内设置纤维束4的开纤装置(例如开纤棒)，或根据需要附设加热装置或保温装置。
如图2所示，该浸渍模的入口板2在高度方向的大致中央部分沿横向按规定的等间距并列设有多个导入孔7。在此，导入孔7的个数无特殊规定，通常从生产率和实用性等观点出发，优选10～100个左右，且其间距优选为5～50mm左右。作为导入孔7的形状，可列举椭圆形、矩形或圆形等。其中，图2所例示的椭圆形导入孔能将纤维束4在横向伸展的状态下导入浸渍室1，因此熔融树脂的浸渗性好。该椭圆形导入孔7(包括圆形)的横径约为1～45mm左右，纵径约为1～10mm左右。在浸渍室1的出口板3上，与导入孔7对应地设有与导入孔7个数相同的拉拔孔8。该拉拔孔8的形状一般为圆形，其孔径约为0.2～4mm左右，但也可以是椭圆形等其他形状。
对上述导入孔7的外侧(图1的左侧)的角部实施2R～4R的倒角处理，以减小导入时纤维束4的阻力，从而能顺利地导入纤维束4。为了顺利取出浸渗有熔融树脂的纤维束并防止断线或被切断的纤维引起的孔堵塞，对拉拔孔8在浸渍室侧的角部也同样进行上述倒角处理。最好对孔的全周进行上述倒角处理。
如图2所示，在该浸渍模的入口板2上，在导入孔7的上侧设有与各导入孔7对应的螺栓孔10。该螺栓孔10在用螺栓安装后述闸门时使用，因此优选设在通过导入孔7横向中心的垂线x上，以使闸门安装在导入孔7的正上方。另外，在导入孔7的下侧，设有用于安装闸门座(后述)的螺栓孔11。
图3是图1的入口板2的导入孔7部分的纵向剖视图(图6中A-A部分的截面部分)。如图3所示，本发明的特征在于，在上述入口板2的导入孔7上设置能分别开闭各导入孔7的闸门5。利用螺栓12将该闸门5安装在设于各导入孔7的上侧的上述螺栓孔10，通过在松开螺栓12的状态下上下移动闸门5即可开闭导入孔7。此外，在本发明的优选实施方式中，为了能顺利并可靠地进行该闸门5的开闭操作而设有闸门座6。如图3所示，本实施例中闸门座6设在导入孔7的下侧并用螺栓13固定。以下，根据附图对该闸门5及闸门座6进行说明。
如图4所示，闸门5是由基部15和在该基部15的下方延伸的脚部16构成的板状体，整体呈T字形。作为该闸门5的材质，可优选使用例如不锈钢、镀敷了镍或铬等各种金属的铁等与入口板2相同的材料。厚度无特殊规定，优选为1～10mm左右。若厚度不足1mm，则容易引起变形，因而有可能无法获得作为闸门的足够的作用。另一方面，若是超过10mm的较厚的闸门，则不仅因重量增加而使闸门的开闭操作性变差，而且在成本方面也不利。
在上述基部15的中央沿纵向形成有动配合长孔14。在该动配合长孔14中插入螺栓12并螺固于入口板2的上述螺孔10中，藉此将闸门5安装在入口板2外侧的导入孔7的上侧。在松开螺栓12的状态下该闸门5可在上述动配合长孔14的范围内沿上下方向移动，因此，使其沿入口板2的外表面移动至规定位置后固定，即可分别开闭导入孔7。也就是说，相对于各导入孔安装的闸门5通常在脚部16的下端17高于导入孔7的上升位置、即导入孔7处于打开状态的位置上利用螺栓12固定于入口板2，但当希望关闭特定导入孔7时，通过松开该闸门的螺栓12，使闸门5的脚部16下降至导入孔7的中间或最下方的位置并固定，藉此可用闸门5的脚部16将该导入孔7的局部或全部封闭。本发明中提及导入孔的开闭时不仅意味着上述完全关闭导入孔的情况，也意味着仅关闭其开口部分的一部分的情况。
在上述闸门5中，基部15的宽度(闸门5的宽度)a定为小于导入孔7的间隔宽度(间距)的尺寸。若a大于导入孔7的间隔宽度，则相邻闸门之间相互制约而导致无法将闸门5相对于入口板2的各导入孔进行设置，因此必须使a小于导入孔7的间隔宽度。
上述脚部16的尺寸和形状无特殊规定，但使闸门5下降时导入孔7能被脚部16完全封闭。如图4所示，在本实施例中，制成矩形脚部16，以与椭圆形导入孔7匹配，但并不限与此。在该闸门5中，优选脚部16的宽度b略大于导入孔7的横向宽度。若b大于导入孔7的横向宽度，则即使脚部16在横向上发生一些偏移，也能关闭横向上的导入孔7。另外，为了在闸门5充分下降后脚部16能封闭整个导入孔7，优选使脚部16的高度(长度)c大于导入孔7的纵向宽度。为了能将纤维束顺利地导入导入孔7，对脚部16的下端17的外侧角部进行倒角处理。
以上，对该浸渍模的理想闸门的一个例子进行了说明，但闸门5的形状和上下移动方法可以在导入孔7实现开闭调节之目的的范围内进行变更，不受限制。例如，虽未图示，但闸门5的形状除T字形外，只要能防止熔融树脂的漏出，可以适当采用例如矩形等形状。另外，若将基部15的上端向外侧弯折，或在基部15的上端预先设置把持用突片，则容易实现闸门5的上升和下降。本实施例中，使闸门5上下移动是通过在松开螺栓12的状态下抓住闸门5的一部分来进行的，但例如若将闸门5用螺纹棒悬持于入口板2，则可通过螺旋操作使闸门5上下移动至规定的位置而正确固定。
下面，对闸门座6进行说明。本发明的闸门5即使没有闸门座6也可以使用，但为了使闸门5的开闭变得容易，如图1和图2所示，优选设置闸门座6。如图5所示，闸门座6是在上端部具有凹部19的较长的矩形板状体，其横向宽度与入口板2的横向宽度大致相同。在该闸门座6上沿其长度方向设有多个孔18，通过在该孔18中插入螺栓13并固定于入口板2的上述螺栓孔11(参照图2)中，可将闸门座6安装在入口板2的导入孔7的下侧。籍此，如图3所示，在入口板2的外侧间隔导入孔7安装有闸门5和闸门座6。
在上述闸门座6中，凹部19能与入口板2上安装的各闸门5的脚部16嵌合。因此，凹部19以与闸门5的脚部16的间隔相同的间隔形成，且其形状尺寸优选与脚部16的形状实质上相同。具体而言，凹部19的宽度与脚部16的宽度b相同或略大。其结果是，若使闸门座6的凹部19与安装在导入孔7的上侧的闸门5的脚部16对应来安装，则如图5的点划线所示，闸门5在脚部16与闸门座6的凹部19嵌合的状态下受凹部19的引导而上下移动，因此不会产生横向偏移，能可靠地用其脚部16开闭导入孔7。为了易于导入纤维束4，凹部19中至少下边部20的外侧角部被实施倒角处理。另外，在本实施例中，用一块板状体形成闸门座6，但闸门座6也可以分割成数块。
结合图6更详细地说明上述安装于入口板2的闸门5与闸门座6之间的关系。图6是从左侧观察图3所见的局部侧视图，图中虽然只示出了1个闸门，但其他闸门也与此相同。图示为闸门5打开的状态。如图6所示，当闸门5和闸门座6在入口板2上固定后，入口板2的导入孔7进入该闸门座6的凹部19，使凹部19的下边部20与该导入孔7的最下部大致位于同一高度，并使闸门座6的上端略高于导入孔7的最上部。另一方面，在脚部16的前端与闸门座6的上述凹部19嵌合且下端17位于与导入孔7的最上部大致相同或略高的位置处，利用螺栓12将闸门5固定在入口板2。如上所述，在安装于入口板2的闸门5与闸门座6之间，形成由闸门座6的凹部19和闸门5的脚部16包围的孔空间21(参照图3)。该孔空间21与导入孔7连通形成纤维束4的导入通路，在常规作业时，可将纤维束4从该导入通路导入浸渍模。
下面，结合图6对利用闸门5开闭导入孔7的方法进行说明。本发明中，闸门5在发生了纤维束断裂的情况下或在希望抑制从导入孔7与纤维束的间隙溢出的熔融树脂量的情况下开闭。在前种情况下，为了防止熔融树脂从导入孔7漏出，将发生了纤维束断裂的导入孔7的闸门5的螺栓12松开，使闸门5下降直至脚部15的下端17与闸门座6的凹部19的下边部20抵接，在该位置将闸门5用螺栓12固定，从而利用闸门5的脚部15关闭导入孔7，防止熔融树脂漏出。
在后种情况下，也同样通过松开螺栓12使希望抑制熔融树脂溢出量的导入孔7的闸门5下降至规定位置后固定。籍此，导入孔7的上部分被闸门5的脚部16封闭，因而可以抑制熔融树脂从导入孔7的上部分的与纤维束的间隙溢出，调节其溢出量。
如上所述，根据本发明，能利用闸门对因纤维束断裂而发生了熔融树脂漏出的导入孔或因浸渍室内熔融树脂的内压分布改变而从导入孔溢出的树脂量增加的导入孔分别进行开闭调节。籍此，即使在一部分导入孔发生了纤维束断裂，也可以通过关闭发生了纤维束断裂的导入孔而立即防止树脂漏出，因此可以继续作业而不必像以往那样中断作业，使作业效率提高。而且，由于能适当并均一地控制从各导入孔溢出的熔融树脂量，因而能使纤维束均一地浸渗熔融树脂而得到高品质的长纤维增强热塑性树脂材料。
此外，虽然仅利用闸门也可以开闭导入孔，但如本实施例那样通过在闸门上附设闸门座，不仅使闸门的开闭作业变得容易，还能迅速进行闸门的开闭，因此作业性高。
产业上利用的可能性
本发明由于能利用闸门分别开闭导入孔来防止熔融树脂从导入孔漏出以及使溢出量实现适量化，因此可以良好的生产率制造高品质的长纤维增强热塑性树脂材料。
在此引用2005年12月27日提出申请的日本专利申请2005-375625号说明书、权利要求书、附图以及摘要的全部内容作为本发明说明书的揭示。
Claims (5)
1.长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置，它是具备浸渍模的长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置，所述浸渍模具有在内部收纳熔融热塑性树脂的浸渍室、用于向所述浸渍室内供给熔融热塑性树脂的树脂供给通路、设于所述浸渍室的上游侧的入口板上并用于向所述浸渍室连续供给连续增强纤维的纤维束的多个导入孔以及设于所述浸渍室的下游侧的出口板上并用于将浸渗有熔融热塑性树脂的纤维束向外部拉拔的多个拉拔孔，其特征在于，相对于所述入口板的各导入孔在入口板的外侧设有能分别开闭各导入孔的闸门。
2.如权利要求1所述的长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置，其中，所述闸门设在入口板的导入孔的上侧，通过使该闸门能相对于导入孔沿上下方向移动来开闭导入孔。
3.如权利要求2所述的长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置，其中，在所述入口板的导入孔的下侧设有闸门座，通过使所述闸门在与该闸门座卡合的状态下上下移动来进行导入孔的开闭。
4.如权利要求3所述的长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置，其中，所述闸门由具有动配合长孔的基部和在该基部的下方延伸的脚部构成，利用贯穿所述动配合长孔的螺栓在安装于入口板上的所述螺栓松开的状态下沿上下方向移动，所述闸门座被固定在入口板上使导入孔位于设在所述闸门座的上端部的凹部，通过使闸门的脚部与所述凹部嵌合并上下移动而利用该脚部开闭导入孔。
5.根据权利要求1的制造装置制造长纤维增强热塑性树脂材料的制造方法，它是从设于浸渍模的入口板上的多个导入孔向填充有熔融热塑性树脂的浸渍室导入连续增强纤维的纤维束，使其连续通过熔融热塑性树脂中并在该纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，将浸渗有熔融热塑性树脂的纤维束从浸渍模的出口板的拉拔孔抽出的长纤维增强热塑性树脂材料的制造方法，其特征在于，在所述入口板的各导入孔设置能分别开闭的闸门，利用该闸门来控制从导入孔漏出或溢出的熔融热塑性树脂。
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