CN101631659A - 由长纤维强化的热塑性树脂粒料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供在注射成型品中强化用纤维束的分散性良好，能够满足注射成型品的外观要求，并且充分显示增强效果而满足注射成型品的机械强度要求的由长纤维强化的热塑性树脂粒料及其制备方法。本发明的粒料如下：在超长的强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂的同时，将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断造粒而制备的由长纤维强化的热塑性树脂粒料，其中，在与粒料纵向垂直方向上的粒料截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％－20％，P＝L/d(L：棒状组合物每旋转一圈在棒状组合物的纵向上的加捻的增加长度，d：与棒状组合物的截面面积相当的圆的直径)所表示的捻距P为2.5－36(m/rev·m)。

Description

由长纤维强化的热塑性树脂粒料及其制造方法

技术领域

本发明涉及由长纤维强化的热塑性树脂粒料及其制造方法。更详细而言，涉及在超长的强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂的同时，将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出(引き取る，drawing out)，将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断造粒而制备的由长纤维强化的热塑性树脂粒料及其制造方法。

背景技术

在作为现有技术的日本专利第3114311号公报(专利文献1)中公开了以下技术：在将超长的强化用纤维束浸渍于熔融热塑性树脂的同时，一边对该树脂浸渍强化用纤维束通过加捻辊(燃りロ一ラ)进行加捻，一边将浸渗了树脂的强化纤维束通过该加捻辊抽出，从而得到由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的由长纤维强化的树脂股线(ストランドstrand)(棒状组合物)；同时，将该由长纤维强化的树脂股线切断造粒成规定长度，得到由长纤维强化的热塑性树脂粒料。

更详细而言，将超长的强化用纤维束浸渍于热塑性树脂的熔融树脂浴中，使纤维束内浸渗熔融树脂，进一步通过赋形用的模具将其导出到上述熔融树脂浴之外，然后利用以相对于该导出方向的倾斜方向旋转的加捻辊，使浸渗了树脂的强化用纤维束在捻向(ねじれ方向，twist direction)上旋转，一边将该浸渗了树脂的强化用纤维束通过这些进行加捻，一边将该纤维束抽出，将由该加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的由长纤维强化的树脂股线(棒状组合物(ロツドrod))切断造粒成规定长度(例如约3-10mm)。而且，使用这样制备的由长纤维强化的热塑性树脂粒料的注射成型品适用于例如汽车内装部件(控制箱、仪表板等)、汽车外装部件(保险杠、挡泥板等)、电子设备部件(笔记本电脑、手机等)的外壳等。

上述的现有技术中，由于抽出由长纤维强化的树脂股线(棒状组合物)，同时对该股线赋予旋转力而加捻而制备由长纤维强化的树脂股线，因此在由长纤维强化的树脂股线表面上形成树脂层。认为其结果为，构成强化用纤维束的强化纤维的断裂、起毛变少，而且该树脂层在所述纤维束与模具之间发挥润滑作用，用较小的拉拔力(牵引力)就能稳定运转。

但是，在上述现有技术中，根据体积填充率V_f的值来看，由于加捻使强化用纤维束产生向粒料截面中心部扭拧的状态，其结果使粒料的外周表面树脂层变厚，所述体积填充率为：在与粒料纵向垂直的方向上的粒料截面的截面积中，强化用纤维束的截面积的比率。因此，如果使用这种由长纤维强化的热塑性树脂粒料进行注射成型，则在注射成型机内将该粒料加热熔融时，由于外周表面树脂层较厚而导致向存在于该粒料中心部的强化用纤维束的热传导恶化。结果，存在以下问题：强化用纤维束在注射成型品中的分散差，注射成型品的外观、其强度等机械特性降低。

[专利文献1]日本专利第3114311号说明书(第1页，图1)

发明内容

本发明的目的在于提供由长纤维强化的热塑性树脂粒料及其制造方法，所述粒料是将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断造粒成规定长度而得到的由长纤维强化的热塑性树脂粒料，其中，通过使所述粒料外周表面树脂层具有适当的厚度，从而能使强化用纤维束在注射成型品中的分散性良好，能满足注射成型品的外观要求，并且充分显示增强效果而满足注射成型品的机械强度要求。

为了解决上述技术问题，本发明中描述了以下的技术方案。

本发明涉及由长纤维强化的热塑性树脂粒料，该粒料通过将棒状组合物切断而得到，其特征在于，所述棒状组合物是对浸渗了树脂的强化用纤维束加捻而形成的组合物，所述纤维束具有超长的强化用纤维束和浸渗在该强化用纤维束中的熔融热塑性树脂，所述强化用纤维束是直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，在与粒料纵向垂直方向上的粒料截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％，P＝L/d(L：棒状组合物每旋转一圈在棒状组合物的纵向上的加捻的增加长度，d：与棒状组合物的截面面积相当的圆的直径)所表示的捻距(ねじれピツチtwist pitch)P为2.5-36(m/rev·m)。

另外，“面积相当的圆的直径”在棒状组合物的截面积为圆形时，用来表示其截面直径尺寸；当棒状组合物的截面形状不是圆形时，用来表示具有其截面积的假想圆的直径尺寸。

本发明涉及由长纤维强化的热塑性树脂粒料，该粒料通过将棒状组合物切断而得到，其特征在于，所述棒状组合物是对浸渗了树脂的强化用纤维束加捻而形成的组合物，所述纤维束具有超长的强化用纤维束和浸渗在该强化用纤维束中的熔融热塑性树脂，所述强化用纤维束是直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，在与粒料纵向垂直方向上的粒料截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％；在所述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，比率A_f为(1.8V_f-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％，在所述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，比率A_f为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，所述A_f为在所述粒料截面中，相对于该截面的面积，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线内侧的面积所占之比率。

本发明涉及由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法，该方法如下：在超长的强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂的同时，将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断造粒成规定长度而形成由长纤维强化的热塑性树脂粒料，其特征在于，所述强化用纤维束使用直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，设定该单丝纤维的根数，在强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，以使在与棒状组合物纵向垂直方向上的棒状组合物截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％；同时，设定捻回角，以使P＝L/d(L：棒状组合物每旋转一圈在棒状组合物的纵向上的加捻的增加长度，d：与棒状组合物的截面面积相当的圆的直径)所表示的捻距P为2.5-36(m/rev·m)，并且将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出。

本发明提供由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法，该方法如下：在超长的强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂的同时，将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断造粒成规定长度而形成由长纤维强化的热塑性树脂粒料，其特征在于，所述强化用纤维束使用直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，并且设定该单丝纤维的根数，在强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，以使在与棒状组合物纵向垂直方向上的棒状组合物截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％；同时，设定捻回角，以使当所述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，比率A_f为(1.8V_f-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％；当所述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，比率A_f为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，并且将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，所述比率A_f为：在所述棒状组合物截面中，相对于该截面的面积，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线内侧的面积所占之比率。

附图说明

[图1]图1是表示用于制造本发明的由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造装置的一个实例的结构说明图。

[图2]图2是图1中加捻机的说明图。

[图3]图3是用于说明由于图2所示的加捻辊而产生的捻回角的图。

[图4]图4是由长纤维强化的热塑性树脂粒料的模式图。

[图5]图5是用于说明强化用纤维束的体积填充率V_f的图。

[图6]图6是用于说明表示强化用纤维束的分散状态的比率A_f的图。

[图7]图7是用于说明比率A_f的图。

[图8]图8是用于说明导出比率A_f的下限值的方式的图。

实施发明的最佳方式

以下对本发明进行说明。

图1是表示用于制造本发明的由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造装置的一个实例的结构说明图。

如图1所示，为了对由各筒管5导出的单丝纤维(粗纱)1所构成强化用纤维束2(粗纱束)进行预热处理，将其导入到具备上下配置的一对加热用辊8A、8B的预热用加热装置7中。将强化用纤维束2通过多个导丝杆6施加反张力(バツクテンシヨンback tension)，同时将其通过在所述一对加热用辊8A、8B中交替多次卷绕，从而与受热的加热用辊8A、8B紧密接触，藉由接触加热而升温。

在紧接着该预热用加热装置7的下游侧设置有：内置螺杆10的挤出机9和浸渍头(含浸ヘツド)(熔融树脂浴容器)11，所述浸渍头11从该挤出机9连续供应熔融树脂(熔融的热塑性树脂)3，而且导引经所述预热用加热装置7升温的强化用纤维束2。在该浸渍头11的内部设置有多个浸渍辊12，该浸渍辊12用于使熔融树脂3浸渗在连续导入的强化用纤维束2中。在这些浸渍辊12与后述加捻机15之间，对浸渗有熔融树脂3的强化纤维束2进行加捻，形成由浸渗了树脂的强化用纤维束构成的由长纤维强化的树脂股线(棒状组合物)4。在浸渍头11的出口处安装有模具13，该模具13对从浸渍头11抽出的高温由长纤维强化的树脂股线(棒状组合物)4进行赋形(赋型)。

在安装有上述模具13的浸渍头11的下游侧设置有，在冷却水中冷却来自浸渍头11的高温由长纤维强化的树脂股线4的冷却装置14。另外，在紧接着该冷却装置14的下游侧设置有加捻机15，该加捻机15具有对浸渗了树脂的强化用纤维束进行加捻的功能，而且具有将来自上游侧的由长纤维强化的树脂股线4抽出的功能。进一步，在加捻机15的下游侧设置有将由长纤维强化的树脂股线4切断造粒成规定长度的造粒机17。

图2是图1中加捻机的说明图，图3是用于说明由于图2所示的加捻辊而产生的捻回角的图。

加捻机15由一对加捻辊16A、16B构成，所述加捻辊16A、16B保持各自的旋转轴线在平行的平面(水平面)上，而且被相向地设置为在所述旋转轴线交叉的状态下夹持来自上游侧的由长纤维强化的树脂股线4。即，图2中上一侧的加捻辊16A的旋转轴线和下一侧的加捻辊16B的旋转轴线，并未被设定在与由长纤维强化的树脂股线4的抽出方向(移动方向)正交的方向上，而是被设定在如下方向上：在平面视角中，在相对于抽出方向的互相相反的方向上、并形成相同的角度，从而偏离规定角度。

而且，如图3所示，在平面视角中，和加捻辊16A(16B)的旋转轴线a正交的线与由长纤维强化的树脂股线4的抽出方向(移动方向)所形成的角度被定义为捻回角θ。另外，金属制加捻辊16A、16B在辊的整个表面(辊外周面)上通过压花加工形成有微小凹凸。

在这种结构的制造装置中，首先，将强化用纤维束2导入到一对加热用辊8A、8B中，通过在该加热用辊8A、8B中交替多次卷绕，藉由接触加热而升温，并在升温的状态下导入到浸渍头11内。强化用纤维束2在通过各浸渍辊12的过程中经受树脂浸渗，从而形成浸渗了树脂的强化用纤维束，所述浸渍辊12位于充满由挤出机9供应的高温熔融树脂3的浸渍头11内。而且，该浸渗了树脂的强化用纤维束，通过加捻辊16A、16B的加捻操作，以浸渍头11内下游侧的浸渍辊12作为出发点使加捻产生、成长。这样，在强化用纤维束2中浸渗从挤出机9供应的熔融树脂3，同时对该浸渗了树脂的强化用纤维束加捻，并将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束(来自浸渍头11)构成的由长纤维强化的树脂股线4连续地抽出。

然后，来自浸渍头11并通过模具13连续地抽出的高温由长纤维强化的树脂股线4通过冷却装置14冷却固化，并导入到加捻辊16A、16B。对于来自冷却装置14的实施过冷却处理的由长纤维强化的树脂股线4，利用设定有规定的捻回角θ的加捻辊16A、16B进行加捻操作和抽出操作。而且，将被导入到加捻机15的下游侧的截面为圆形的由长纤维强化的树脂股线(棒状组合物)4，通过造粒机17切成规定长度而形成由长纤维强化的热塑性树脂粒料(以下，有时也简称为长纤维粒料)(参照图4)。

以下更详细地说明本发明。如上所述，加捻辊(16A、16B)对浸渗了树脂的强化用纤维束加捻，并且将该加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束，即由长纤维强化的树脂股线(以下有时也简称为长纤维股线)抽出。若将该加捻辊的旋转数记为N(rpm)、将该辊直径记为D(m)、捻回角记为θ(°)，则由图2和图3可知，长纤维股线的抽出速度V(m/min)由式(1)表示。另一方面，长纤维股线的旋转方向速度v(m/min)由式(2)表示。而且，若将作为与长纤维股线截面面积相当的圆的直径而定义的长纤维股线直径记为d(m)，则长纤维股线的旋转数n(rpm)可由式(3)求得。

V＝πDN cosθ…(1)

v＝πDN sinθ…(2)

$n=\frac{v}{\mathrm{\πd}}=\frac{\mathrm{\π}\mathrm{DN}\sin \mathrm{\θ}}{\mathrm{\πd}}=\frac{\mathrm{DN}\sin \mathrm{\θ}}{d}\·\·\·\left(3\right)$

由以上的结果可以得出，每米长纤维股线的捻数X可用将长纤维股线的旋转数n除以长纤维股线的抽出速度V的式(4)求得。由式(4)可知，上述捻数X(rev/m)由长纤维股线直径d和捻回角θ决定。

$X=\frac{n}{V}=\frac{1}{\mathrm{\π}\mathrm{DN}\cos \mathrm{\θ}}\×\frac{\mathrm{DN}\sin \mathrm{\θ}}{d}=\frac{\tan \mathrm{\θ}}{\mathrm{\πd}}\·\·\·\left(4\right)$

另外，此时的加捻单位长度(加捻一周的长纤维股线长度)L(m/rev)由式(5)表示。而且，与长纤维股线直径d无相关的捻距P(m/rev·m)由式(6)表示。另外，通过式(4)、(6)得出，捻数X与捻距P的关系由式(7)表示。

$L=\frac{1}{X}=\frac{\mathrm{\πd}}{\tan \mathrm{\θ}}\·\·\·\left(5\right)$

$P=\frac{L}{d}=\frac{\mathrm{\π}}{\tan \mathrm{\θ}}\·\·\·\left(6\right)$

$X=\frac{1}{\mathrm{Pd}}\·\·\·\left(7\right)$

另一方面，强化用纤维束的体积填充率V_f(％)，如图5所示，取决于长纤维股线直径d(与长纤维股线的截面面积相当的圆的直径)和被导入的单丝纤维(粗纱)的根数。即，强化用纤维束的体积填充率V_f为：在与长纤维股线纵向(粒料纵向)垂直方向上的股线截面(粒料截面)的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率。如图5所示，若将单丝纤维(粗纱)的直径记为d_f、将根数记为m，则强化用纤维束占有的截面积的计算值S_fcalc(m²)可由式(8)算出。另外，长纤维股线(长纤维粒料)的截面积Ss(m²)可由式(9)算出。而且，如式(10)所示，强化用纤维束的体积填充率V_f可由上述截面积S_fcalc与上述截面积S_s的比率算出。

$S_{f_{\mathrm{cal\; c}}}=\frac{\mathrm{\π}}{4}{d_f}^2\×m\·\·\·\left(8\right)$

$S_s=\frac{\mathrm{\π}}{4}{d}^2\·\·\·\left(9\right)$

$V_f=\frac{S_{f_{\mathrm{calc}}}}{S_s}\×100\·\·\·\left(10\right)$

强化用纤维束的重量含量W_f(％)可如下算出：将构成长纤维股线(长纤维粒料)的热塑性树脂的比重、和该强化用纤维束的比重乘以它们各自占有的体积含量而得到重量比率，将所述W_f(％)作为强化用纤维束相对于长纤维股线的重量的比率而算出。由这种关系可以得出，在特定的热塑性树脂和强化用纤维束的组合中，如果确定单丝纤维(粗纱)的根数、设定强化用纤维束的体积填充率V_f，则自然可以确定长纤维股线直径(＝长纤维粒料材直径)d。而且，如果与长纤维股线直径d同时设定捻回角θ，则可由式(4)确定捻数X，并确定捻距P。

因此，设定强化用纤维束内的纤维根数，进行调节以使强化用纤维束的体积填充率V_f满足特定的范围，并在强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂；同时，设定(调节)捻回角θ以使捻距P在特定的范围内，将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将得到的长纤维股线切成规定长度，从而可以获得形成有适当厚度的外周表面树脂层的长纤维粒料。

这时，强化用纤维束的体积填充率V_f优选为70％-20％。当体积填充率V_f不足20％时，强化效果不充分而不能满足注射成型品的机械强度；另一方面，如果体积填充率V_f超过70％而使强化用纤维束变得过多时，熔融热塑性树脂难以浸渗到强化用纤维束内，从而不能进行长纤维股线的抽出操作。另外，作为所用的单丝纤维(粗纱)，从强度、易操作性等观点出发，优选直径为4-30μm的单丝纤维。

将强化用纤维束的体积填充率V_f设定在特定范围内时，为了使长纤维股线(长纤维粒料)的外周表面树脂层具有适当的厚度，随着体积填充率V_f变大，减小捻距P且增加捻数X，从而可以使外周表面树脂层的厚度不会变薄；相反，随着体积填充率V_f变小，增大捻距P变大且减少捻数X，从而可以使外周表面树脂层的厚度不会变得过厚。这时，捻距P，如式(6)所示，可以通过捻回角θ进行调节。随着减小捻回角θ，则捻距P变大且捻数X减少；相反，随着增大捻回角θ，则捻距P变小且捻数X增加。

而且，体积填充率V_f为70％-20％时，优选捻距P为2.5-36(m/rev·m)；更优选的是，体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，捻距P为2.5(m/rev·m)≤P＜6.0(m/rev·m)；体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，捻距P为6.0(m/rev·m)≤P≤36(m/rev·m)。

体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，如果捻距P不足2.5(m/rev·m)；或者，体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，如果捻距P不足6.0(m/rev·m)，那么在过度加捻的状态(强化用纤维束向粒料截面中央部过度聚集的状态)下，长纤维粒料的外周表面树脂层的厚度过大，因而在注射成型品中强化用纤维束的分散性差，不能满足注射成型品的外观要求，而且不能充分显现强化效果而满足注射成型品的机械强度。

另一方面，体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，如果捻距P为6.0(m/rev·m)以上；或者，体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，如果捻距P超过36(m/rev·m)，那么在加捻不充分的状态下(强化用纤维束向粒料截面周边部过度分散的状态)，长纤维粒料的外周表面树脂层的厚度过薄，在制造长纤维股线时，由于单丝纤维的折损、起毛而容易引起长纤维股线的断裂。

这样，使用直径为4-30μm的单丝纤维(粗纱)的纤维束作为强化用纤维束，设定该单丝纤维的根数，在强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，以使强化用纤维束的体积填充率V_f为70％-20％；同时，设定捻回角，以使捻距P为2.5-36(m/rev·m)，更优选在70％≥V_f＞50％时，捻距P为2.5(m/rev·m)≤P＜6.0(m/rev·m)，在50％≥V_f≥20％时，捻距P为6.0(m/rev·m)≤P≤36(m/rev·m)，将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将所得的长纤维股线切断成规定长度，从而可以得到形成有适当厚度的外周表面树脂层的长纤维粒料。

表1表示捻回角θ、捻距P、长纤维股线直径d和捻数X的具体数值的实例。

[表1]

另外，发明人等发现了表示长纤维粒料截面(长纤维股线截面)中强化用纤维束的分散状态的指标，即比率A_f；使比率A_f满足规定的范围，所述比率A_f与强化用纤维束的体积填充率V_f相对应且表示强化用纤维束的分散状态。由此，即使强化用纤维束的特性不同、制造装置的特性存在差异等，仍然可以更加可靠地获得形成有适当厚度的外周表面树脂层的长纤维粒料。

即，如图6、图7所示，表示强化用纤维束的分散状态的比率A_f(％)是：相对于长纤维粒料截面(长纤维股线截面)的面积S_S(m²)，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线b内侧的面积S_freal(m²)所占之比率(％)。

A_f＝(S_freal/S_S)×100...(11)

比率A_f取决于相对于某长纤维粒料截面(长纤维股线截面)的值所用的单丝纤维的数目，即取决于体积填充率V_f，同时也随捻距P而发生变化。即，体积填充率V_f变得越大，则比率A_f有变大的趋势；捻距P变得越大(捻数变得越少)，则使强化用纤维束集束的捻回力变小，因而比率A_f变大。

因此，在体积填充率V_f为70％≥Vf＞50％时，上述比率A_f优选为(1.8V_f-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％；在体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，该比率A_f优选为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％。

即，在体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，如果比率A_f的下限值低于(1.8V_f-0.01V_f ²)％；或者，在体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，如果比率A_f的下限值低于(2.3V_f-0.02V_f ²)％，则形成强化用纤维束向粒料截面中央部过度聚集的状态，长纤维粒料的外周表面树脂层的厚度过大，因而在注射成型品中强化用纤维束的分散性差，不能满足注射成型品的外观要求，而且不能充分显现强化效果而满足注射成型品的机械强度。

另一方面，在体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，如果比率A_f超过其上限值95；或者，在体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，如果比率A_f超过其上限值95，则形成强化用纤维束向粒料截面周边部过度分散的状态，长纤维粒料的外周表面树脂层的厚度过薄，导致在制造长纤维股线时，由于单丝纤维的折损、起毛而容易引起长纤维股线的断裂。

这里，就比率A_f而言，70％≥V_f＞50％时的下限值：(1.8V_f-0.01V_f ²)％、以及50％≥V_f≥20％时的下限值：(2.3V_f-0.02V_f ²)％，由以下步骤推导得出。

即，(i)对于体积填充率V_f为70％-20％时，分别改变捻距P而得到的各长纤维粒料，基于对所述粒料截面的SEM观察，利用图像处理装置测定长纤维粒料的截面积S_s、以及该粒料截面中上述假想线b内侧的上述面积S_freal，由上述的式(11)求出比率A_f。(ii)对于上述各长纤维粒料，算出(A_f/V_f)的值。(A_f/V_f)的值表示：对应于设定的所述体积填充率V_f，强化用纤维束的分散状态。(iii)50％≥V_f≥20％时，求出能获得良好的注射成型品的(A_f/V_f)值的下限，由这些值制作经验式(回归式)(参照图8)，由(A_f/V_f)＝-0.02V_f+2.3的关系，得出比率A_f的下限值＝(2.3V_f-0.02V_f ²)％。(iv)而，70％≥V_f＞50％时，求出能获得良好的注射成型品的(A_f/V_f)值的下限，由这些值制作经验式(回归式)(参照图8)，由(A_f/V_f)＝-0.01V_f+1.8的关系，得出比率A_f的下限值＝(1.8V_f-0.01V_f ²)％。

这样，使用直径为4-30μm的单丝纤维(粗纱)的纤维束作为强化用纤维束，设定该单丝纤维的根数，在强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂以使强化用纤维束的体积填充率V_f为70％-20％；同时，设定捻回角，以使比率A_f在70％≥V_f＞50％时为(1.8Vf-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％、在50％≥V_f≥20％时为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，所述比率A_f表示强化用纤维束的分散状态，并且将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将所得的长纤维股线切断成规定长度，从而可以得到形成有适当厚度的外周表面树脂层的长纤维粒料。

另外，上述的具体实施方式中主要包括具有以下构成的发明。

本发明涉及由长纤维强化的热塑性树脂粒料，该粒料通过将棒状组合物切断而得到，其特征在于，所述棒状组合物是对浸渗了树脂的强化用纤维束加捻而形成的组合物，所述纤维束具有超长的强化用纤维束和浸渗在该强化用纤维束中的熔融热塑性树脂，所述强化用纤维束是直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，在与粒料纵向垂直方向上的粒料截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％，P＝L/d(L：棒状组合物每旋转一圈在棒状组合物的纵向上的加捻的增加长度，d：与棒状组合物的截面面积相当的圆的直径)所表示的捻距P为2.5-36(m/rev·m)。

另外，“面积相当的圆的直径”在棒状组合物的截面积为圆形时，用来表示其截面直径尺寸；当棒状组合物的截面形状不是圆形时，用来表示具有其截面积的假想圆的直径尺寸。

在上述由长纤维强化的热塑性树脂粒料中，上述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，上述捻距P优选为2.5(m/rev·m)≤P＜6.0(m/rev·m)；上述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，上述捻距P优选为6.0(m/rev·m)≤P≤36(m/rev·m)。

在上述由长纤维强化的热塑性树脂粒料中，当上述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，比率A_f优选为(1.8V_f-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％；当上述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，所述比率A_f优选为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，所述比率A_f为：相对于上述粒料截面的面积，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线内侧的面积所占之比率。

本发明涉及由长纤维强化的热塑性树脂粒料，该粒料通过将棒状组合物切断而得到，其特征在于，所述棒状组合物是对浸渗了树脂的强化用纤维束加捻而形成的组合物，所述纤维束具有超长的强化用纤维束和浸渗在该强化用纤维束中的熔融热塑性树脂，所述强化用纤维束是直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，在与粒料纵向垂直方向上的粒料截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％；当所述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，比率A_f为(1.8V_f-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％；当所述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，比率A_f为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，所述比率A_f为：在所述粒料截面中，相对于该截面的面积，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线内侧的面积所占之比率。

本发明涉及由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法，该方法如下：在超长的强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂的同时，将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断成规定长度而形成由长纤维强化的热塑性树脂粒料，其特征在于，所述强化用纤维束使用直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，并且设定该单丝纤维的根数，在强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，以使在与棒状组合物纵向垂直方向上的棒状组合物截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％；同时，设定捻回角，以使P＝L/d(L：棒状组合物每旋转一圈在棒状组合物的纵向上的加捻的增加长度，d：与棒状组合物的截面面积相当的圆的直径)所表示的捻距P为2.5-36(m/rev·m)，并且将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出。

在上述由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法中，优选设定上述捻回角，以使当上述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，上述捻距P为2.5(m/rev·m)≤P＜6.0(m/rev·m)；当上述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，上述捻距P为6.0(m/rev·m)≤P≤36(m/rev·m)。

在上述由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法中，优选设定上述捻回角，以使当上述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，比率A_f为(1.8V_f-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％；当上述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，比率A_f为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，所述比率A_f为：在所述棒状组合物的截面中，相对于上述截面的面积，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线内侧的面积所占之比率。

本发明涉及由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法，该方法如下：在超长的强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂的同时，将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断成规定长度而形成由长纤维强化的热塑性树脂粒料，其特征在于，所述强化用纤维束使用直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，并且设定该单丝纤维的根数，在强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，以使在与棒状组合物纵向垂直方向上的棒状组合物截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％；同时，设定捻回角，以使当上述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，比率A_f为(1.8V_f-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％；在上述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，比率A_f为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，并且将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，所述比率A_f为：在所述棒状组合物截面中，相对于该截面的面积，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线内侧的面积所占之比率。

<实施例>

使用图1所示制造装置，使用聚丙烯(比重：0.9g/cm³)作为热塑性树脂，使用玻璃纤维的单丝纤维(比重：2.5g/cm³、纤维直径df：17μm)，制造长纤维股线，将其切断制造直径3.0mm×长度6mm的长纤维粒料。

用SEM(扫描电子显微镜)观察所得长纤维粒料的截面，观察粒料截面中玻璃纤维束的分布状态(外周表面树脂层的厚度程度)，同时测定表示强化用纤维束的分散状态的上述比率A_f(％)。另外，在后述的表2中，粒料截面中玻璃纤维束(强化用纤维束)的分布状态的评价如下：将外周表面树脂层的厚度合适的粒料(比率A_f满足本发明规定的范围的粒料)记为○，将外周表面树脂层的厚度未在合适范围内的粒料记为×。

另外，使用所得的长纤维粒料作为成型原料，使用合模力为100吨的注射成型机(40mmφ的全螺纹型螺杆)，注射成型为长方形(长200mm×宽15mm×厚2mm)的试验片。另外，将实施例、比较例的各粒料用树脂粒料材适当稀释后使用，以使注射成型品(长方形试验片)中的纤维含量为20％。

而且，用目视观察注射成型品(长方形试验片)的表面状态，考察在成型品表面上是否存在未分散的玻璃纤维束。另外，在后述的表2中，注射成型品的表面状态的评价如下：将不存在未分散的玻璃纤维束的良好的状态记为○，将存在未分散的玻璃纤维束的状态记为×。

实施例1中采用以下制造方法：在强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，以使上述体积填充率V_f为70％-20％；同时，设定捻回角，以使上述捻距P为2.5-36(m/rev·m)；将浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出。实施例1中，根据上述制造方法，制备得到粒料直径为3.0mm、体积填充率V_f为42.2％、捻距P为5.44m/rev·m的长纤维粒料。所得的该长纤维粒料的比率A_f为64％。

实施例2-5中采用以下制造方法：设定捻回角，以使当上述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，上述捻距P为2.5(m/rev·m)≤P＜6.0(m/rev·m)；当上述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，上述捻距P为6.0(m/rev·m)≤P≤36(m/rev·m)。

实施例2中，根据上述制造方法，制备得到粒料直径为3.0mm、体积填充率V_f为42.2％、捻距P为8.62m/rev·m的长纤维粒料。所得的该长纤维粒料的比率A_f为75％。实施例3中，根据上述制造方法，制备得到粒料直径为3.0mm、体积填充率V_f为42.2％、捻距P为17.82m/rev·m的长纤维粒料。所得的该长纤维粒料的比率A_f为89％。

另外，实施例4中，根据上述制造方法，制备得到粒料直径为3.0mm、体积填充率V_f为59.0％、捻距P为3.72m/rev·m的长纤维粒料。所得的该长纤维粒料的比率A_f为74％。实施例5中，根据上述制造方法，制备得到粒料直径为3.0mm、体积填充率V_f为29.7％、捻距P为17.82m/rev·m的长纤维粒料。所得的该长纤维粒料的比率A_f为81％。

对于实施例1-5，粒料截面中玻璃纤维束的分布状态(外周表面树脂层的厚度程度)的观察结果、以及注射成型品(长方形试验片)的表面状态的观察结果如表2所示。

[表2]

分类	粒料直径(股线直径)d(mm)	体积填充率Vf(％)	捻距P(m/rev·m)	捻回角(°)	比率Af(％)	粒料截面分布状态纤维	注射成型品表面状态
								实施例1	3.0	42.2	5.44	30	64	○	○
实施例2	3.0	42.2	8.63	20	75	○	○
								实施例3	3.0	42.2	17.82	10	89	○	○
实施例4	3.0	59.0	3.74	40	74	○	○
								实施例5	3.0	29.7	17.82	10	81	○	○
比较例1	3.0	59.0	2.20	55	70	×	×
								比较例2	3.0	59.0	35.91	5	99	×	×
比较例3	3.0	15.0	35.91	5	-	×	×
								比较例4	3.0	75.0	5.44	30	-	-	-

由表2可知，实施例1-5均获得优异的结果。

另一方面，比较例1与实施例4相比，捻距P低于本发明规定的下限值(2.5m/rev·m)。因此，比较例1的长纤维粒料处于过度加捻的状态(强化用纤维束向粒料截面中央部过度聚集的状态)，其外周表面树脂层的厚度过厚。因此，在注射成型时难以塑化，故在成型品表面残存有未分散的玻璃纤维束。而且，比较例1的长纤维粒料的比率A_f为70％，低于本发明规定的比率A_f的下限值71.4％。

另外，比较例2与实施例4相比，捻距P超过本发明规定的上限值(小于6.0m/rev·m)。因此，比较例2的长纤维粒料处于加捻不足的状态(强化用纤维束向粒料截面周边部过度分散的状态)，其外周表面树脂层的厚度过薄。因此，在制造长纤维股线时，发生由单丝纤维的折损、起毛而导致的长纤维股线的断裂。而且，比较例2的长纤维粒料的比率A_f为99％，超过本发明规定的比率A_f的上限值95％。

此外，比较例3中，体积填充率V_f低于本发明规定的下限值(20％)。因此，对于比较例3的长纤维粒料，由强化用纤维产生的强化效果不充分，不能满足注射成型品的机械强度。另外，所述比较例3中，在制造长纤维股线时，没有发生由单丝纤维的折损、起毛而导致的长纤维股线的断裂。

此外，比较例4中，体积填充率Vf超过本发明规定的上限值(70％)。因此，在比较例4中，在制造长纤维粒料时，强化用纤维束过多，熔融热塑性树脂难以浸渗到强化用纤维束中，抽出阻力增大而产生强化用纤维束的断裂，不能进行长纤维股线的抽出操作。

产业上的可利用性

本发明的由长纤维强化的热塑性树脂粒料是将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断造粒而制备的由长纤维强化的热塑性树脂粒料；在该热塑性树脂中，存在有经加捻、且在粒料纵向(粒料纵向)上连续的强化用纤维束而形成树脂粒料，其中，粒料的外周表面树脂层具有合适的厚度。因此，能使强化用纤维束在注射成型品中的分散性良好，可以满足注射成型品的外观要求，并充分显示强化效果而满足注射成型品的机械强度要求。另外，根据本发明的由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法，在超长的强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，同时将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断成规定长度来制造由长纤维强化的热塑性树脂粒料，在此时，可以得到如下由长纤维强化的热塑性树脂粒料：在热塑性树脂中存在经加捻、且在粒料纵向上连续的强化用纤维束，形成了合适厚度的表面树脂层的粒料。

Claims (8)

1.由长纤维强化的热塑性树脂粒料，该粒料通过将棒状组合物切断而得到，其特征在于，所述棒状组合物是对浸渗了树脂的强化用纤维束加捻而形成的组合物，所述纤维束具有超长的强化用纤维束和浸渗在该强化用纤维束中的熔融热塑性树脂，所述强化用纤维束是直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，在与粒料纵向垂直方向上的粒料截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％，P＝L/d所表示的捻距P为2.5-36(m/rev·m)，L：棒状组合物每旋转一圈在棒状组合物的纵向上的加捻的增加长度，d：与棒状组合物的截面面积相当的圆的直径。

2.权利要求1的由长纤维强化的热塑性树脂粒料，其特征在于，

所述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，所述捻距P为2.5(m/rev·m)≤P＜6.0(m/rev·m)；

所述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，所述捻距P为6.0(m/rev·m)≤P≤36(m/rev·m)。

3.权利要求1或2的由长纤维强化的热塑性树脂粒料，其特征在于，当所述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，比率A_f为(1.8V_f-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％；当所述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，比率A_f为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，所述比率A_f为：相对于所述粒料截面的面积，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线内侧的面积所占之比率。

4.由长纤维强化的热塑性树脂粒料，该粒料通过将棒状组合物切断而得到，其特征在于，所述棒状组合物是对浸渗了树脂的强化用纤维束加捻而形成的组合物，所述纤维束具有超长的强化用纤维束和浸渗在该强化用纤维束中的熔融热塑性树脂，所述强化用纤维束是直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，在与粒料纵向垂直方向上的粒料截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％；在所述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，比率A_f为(1.8V_f-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％；在所述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，比率A_f为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，所述比率A_f为：在所述粒料截面中，相对于该截面的面积，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线内侧的面积所占之比率。

5.由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法，该方法如下：在超长的强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂的同时，将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断成规定长度而形成由长纤维强化的热塑性树脂粒料，其特征在于，所述强化用纤维束使用直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，并且设定该单丝纤维的根数，在强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，以使在与棒状组合物纵向垂直方向上的棒状组合物截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％；同时，设定捻回角，以使P＝L/d所表示的捻距P为2.5-36(m/rev·m)，并且将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，L：棒状组合物每旋转一圈在棒状组合物的纵向上的加捻的增加长度，d：与棒状组合物的截面面积相当的圆的直径。

6.权利要求5的由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法，其特征在于，

设定所述捻回角，以使当所述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，所述捻距P为2.5(m/rev·m)≤P＜6.0(m/rev·m)；

当所述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，所述捻距P为6.0(m/rev·m)≤P≤36(m/rev·m)。

7.权利要求5或6的由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法，其特征在于，设定所述捻回角，以使当所述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，比率A_f为(1.8V_f-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％；当所述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，所述比率为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，所述比率A_f为：在所述棒状组合物截面中，相对于该截面的面积，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线内侧的面积所占之比率。

8.由长纤维强化的热塑性树脂粒料的制造方法，该方法如下：在超长的强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂的同时，将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，将由加捻后浸渗了树脂的强化用纤维束构成的棒状组合物切断成规定长度而形成由长纤维强化的热塑性树脂粒料，其特征在于，所述强化用纤维束使用直径为4-30μm的单丝纤维的纤维束，并且设定该单丝纤维的根数，在强化用纤维束中浸渗熔融热塑性树脂，以使在与棒状组合物纵向垂直方向上的棒状组合物截面的截面积中强化用纤维束的截面积所占之比率，即体积填充率V_f为70％-20％；同时，设定捻回角，以使当所述体积填充率V_f为70％≥V_f＞50％时，比率A_f为(1.8Vf-0.01V_f ²)％≤A_f≤95％；当所述体积填充率V_f为50％≥V_f≥20％时，比率A_f为(2.3V_f-0.02V_f ²)％≤A_f≤95％，并且将该浸渗了树脂的强化用纤维束一边加捻，一边抽出，所述比率A_f为：在所述棒状组合物截面中，相对于该截面的面积，该截面中包围强化用纤维束最外周部分的假想线内侧的面积所占之比率。

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