CN102596526A - 强化用纤维束的连接方法、长纤维强化热塑性树脂颗粒的制造方法及卷绕体 - Google Patents

强化用纤维束的连接方法、长纤维强化热塑性树脂颗粒的制造方法及卷绕体 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种强化用纤维束的连接方法，对先行的卷绕体的强化用纤维束的末端部和从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部吹出加压空气，使双方的强化用纤维束松散并相互缠绕而进行连接，其中，经过准备工序后将双方的强化用纤维束连接，在该准备工序中将从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部和先行的卷绕体的强化用纤维束的末端部含有的集束剂的量调整成0wt％以上且4wt％以下。由此，在制造长纤维强化热塑性树脂颗粒时等，使作为其原料的强化用纤维束具备必要的连接强度，能够防止断裂引起的中断，由此来提高长纤维强化热塑性树脂颗粒等的制造效率。

Description

强化用纤维束的连接方法、长纤维强化热塑性树脂颗粒的制造方法及卷绕体
技术领域
本发明涉及在制造长纤维强化热塑性树脂颗粒时等用于将作为其原料的强化用纤维束连接的方法、采用了该连接方法的长纤维强化热塑性树脂颗粒的制造方法及卷绕体。
背景技术
为了制造作为注射成形的原料等所使用的长纤维强化热塑性树脂颗粒，已知有如下的方法。
即，将以卷绕于线轴的状态所提供的强化用纤维束连续拉出，并使其通过积存有熔融树脂的含浸模，从该含浸模的模嘴作为长纤维强化树脂线束而取出，然后，对该长纤维强化树脂线束进行冷却、搓捻之后，切断成规定长度而进行颗粒化的方法(例如，参照专利文献1等)。
强化用纤维束是将玻璃纤维等长纤维(单纤维)集合2000～3000根而形成外径1～2mm左右的束，并通过涂敷聚丙烯(PP)系等集束剂来进行保形。在此，为了防止长纤维发生松散而维持集束状态，而且为了像绳那样产生柔软的挠性，而需要集束剂。
然而，强化用纤维束由于像上述那样以卷绕于线轴的状态(以下，称为卷绕体)提供，因此各个卷绕体分别具有前端部和末端部。因此，在连续制造长纤维强化热塑性树脂颗粒的情况下，每当更换卷绕体时，需要将结束送出强化用纤维束的卷绕体(以下称为“先行的卷绕体”)的强化用纤维束的末端部和卷绕有强化用纤维束的新卷绕体的强化用纤维束的前端部连接。
在连接强化用纤维束时，将末端部和前端部这两者向空气接合器(吹出加压空气的装置)装填，通过加压空气使纤维束按照长纤维单位松散，通过使松散的长纤维彼此相互缠绕来进行连接。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2009-83420号公报
如上所述，向强化用纤维束涂敷集束剂，但该集束剂在涂敷前为乳剂状态，本来就含有水分。因此，在将强化用纤维束卷绕于线轴而形成了卷绕体后，进行使该卷绕体整体干燥而除去多余的水分的干燥作业。然而，在进行此种干燥作业时，在卷绕体的外周面侧，水分蒸发的状况持续，从而引起从卷绕体的中心侧朝向外周面侧的水分的移动(浸透)。
此时，集束剂也与水分一起移动，但在卷绕体的外周面侧蒸发的仅为水分，其结果是，在干燥结束时，在卷绕体的外周面侧发生集束剂的残留量浓度升高的浓化现象(迁移)。
例如，在对集束剂的含量标记为0.6wt％的卷绕体进行实际测量时，存在有如下的情况，即，在卷绕体的靠近中心部卷绕的强化用纤维束中，大致为标记那样的集束剂含量，但在卷绕体的靠近外周卷绕的强化用纤维束中，集束剂含量达到6wt％以上。
在此种集束剂含量多的强化用纤维束中，存在表面的摩擦过小的倾向。而且，即使利用空气接合器对集束剂含量多的强化用纤维束吹出加压空气，强化用纤维束也不易充分松散。当然，使用空气接合器连接时的连接强度(拉伸强度)容易减弱，在制造长纤维强化热塑性树脂颗粒时，因含浸模的模嘴等而强化用纤维束的连接部位发生断裂或长纤维强化树脂线束的对应部位发生断裂的概率升高，从而存在生产效率显著下降这样的问题。
发明内容
本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于提供一种在制造长纤维强化热塑性树脂颗粒时等，使作为其原料的强化用纤维束具备所需的连接强度，能够防止断裂引起的中断，由此能够提高长纤维强化热塑性树脂颗粒等的制造效率的强化用纤维束的连接方法。
另外，本发明的目的在于提供一种采用了该强化用纤维束的连接方法的长纤维强化热塑性树脂颗粒的制造方法。
此外，本发明的目的在于提供一种连接强度(拉伸强度)不会下降而能够使用空气接合器进行连接的卷绕体。
为了实现所述目的，本发明采用如下的方法。
即，本发明的强化用纤维束的连接方法对先行的卷绕体的强化用纤维束的末端部和从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部吹送加压空气，使双方的强化用纤维束松散并相互缠绕而进行连接，其特征在于，经过准备工序后，将双方的强化用纤维束连接，其中该准备工序将从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部和先行的卷绕体的强化用纤维束的末端部含有的集束剂的量调整成0wt％以上且4wt％以下。
由此，在制造长纤维强化热塑性树脂颗粒时等，可以使强化用纤维束的连接部分具备必要的连接强度。因此，在制造长纤维强化热塑性树脂颗粒时等，能够防止强化用纤维束断裂引起的中断，从而能够提高长纤维强化热塑性树脂颗粒等的制造效率。
需要说明的是，从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部及先行的卷绕体的末端部含有的集束剂的量超过4wt％时，松散的状态的长纤维(单纤维)相互之间容易引起过大的滑动。而且，当集束剂的量超过4wt％时，强化纤维束不易松散，而缠绕不充分，可能无法得到必要的连接强度(拉伸强度)。因此，在本发明的连接方法中，利用准备工序将集束剂减少为4wt％以下，最少的情况是将集束剂的量减少为几乎无法再检测出集束剂为止。
所述准备工序可以采用通过对从卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部及/或卷绕体的强化用纤维束的末端部进行加热来除去集束剂的方法、在从卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部及/或卷绕体的强化用纤维束的末端部涂敷溶剂或含浸溶剂的方法、通过对从卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部及/或卷绕体的强化用纤维束的末端部进行研磨来削落纤维束表面的集束剂的方法等。
另一方面，本发明的长纤维强化热塑性树脂颗粒的制造方法的特征在于，对先行的卷绕体的强化用纤维束的末端部和从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部吹送加压空气，使双方的强化用纤维束松散并相互缠绕而进行连接时，经过将从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部和先行的卷绕体的强化用纤维束的末端部含有的集束剂的量调整成0wt％以上且4wt％以下的准备工序之后，将双方的强化用纤维束连接，将该强化用纤维束连续拉出并使其含浸熔融树脂，从而形成长纤维强化树脂线束，对该长纤维强化树脂线束进行颗粒化。
此外，本发明的卷绕体将涂敷有集束剂的强化用纤维束卷绕而成，其特征在于，所述强化用纤维束的前端部和末端部这双方含有的集束剂的含量被调整成0wt％以上且4wt％以下。
[发明效果]
根据本发明的强化用纤维束的连接方法、长纤维强化热塑性树脂颗粒的制造方法及卷绕体，在制造长纤维强化热塑性树脂颗粒时等，使强化用纤维束的连接部分具备必要的连接强度，能够防止断裂引起的中断，由此能够提高长纤维强化热塑性树脂颗粒的制造效率。
附图说明
图1是示意性地表示强化用纤维束的连接方法的侧视图。
图2是示意性地表示长纤维强化热塑性树脂颗粒的制造工序的侧视图。
图3是示意性地表示使用了加热装置的准备工序的图。
具体实施方式
以下，基于附图，说明本发明的实施方式。
图2示意性地表示长纤维强化热塑性树脂颗粒15的制造工序。
在该制造工序中，首先，从一个或多个卷绕体1(在图例中为三个)连续地拉出强化用纤维束2，并使该强化用纤维束2通过积存有熔融树脂3的含浸模4。然后，使在该含浸模4内含浸了熔融树脂3的强化用纤维束2通过含浸模4的模嘴5，取出作为具有规定截面直径(粗细)的长纤维强化树脂线束6。
长纤维强化树脂线束6然后穿过水槽10进行冷却，利用搓捻辊装置11进行搓捻，然后利用造粒机12切断成规定长度。由此，制造出长纤维强化热塑性树脂颗粒15。
卷绕体1以强化用纤维束2卷绕于线轴17的状态来提供。卷绕体1的强化用纤维束2包括从卷绕体1开始卷出时的前端部2b和结束卷出时(消耗结束时)的末端部2a(参照图1)。前端部2b及末端部2a是从强化用纤维束2的两端分别到300mm～2000mm左右的长度的部分，该前端部2b配备在卷绕体1的内周侧，而且末端部2a配备在外周侧。
然而，连续制造长纤维强化热塑性树脂颗粒15时，需要将卷绕体1从强化用纤维束2的剩余量减少的卷绕体(消耗的卷绕体)更换成新卷绕体1，需要将先行的卷绕体的强化用纤维束2的末端部2a与新卷绕体1的从内周侧卷出的强化用纤维束2的前端部2b以300mm～2000mm、优选300mm～1000mm的长度进行连接。
如图1示意所示，该强化用纤维束2的末端部与前端部的连接如下进行，即，将先行的卷绕体的强化用纤维束2的末端部2a和从新卷绕体1卷出的强化用纤维束2的前端部2b向空气接合器20装填等，向这双方(2a、2b)吹出加压空气(例如，6kg/em2)，在使双方的强化用纤维束2松散后，相互缠绕进行连接。
然而，如后述那样在强化用纤维束2上涂敷有集束剂，该集束剂在从新卷绕体1卷出的强化用纤维束2的前端部2b发生浓化，而集束剂的含量变得非常多。如此，即使将含有较多集束剂的前端部2b和先行的卷绕体1的末端部2a向空气接合器20装填而吹出加压空气，也不能充分地使强化用纤维束2松散。而且，在集束剂含量多的强化用纤维束中，表面的摩擦减小。从此种理由出发，在末端部2a与前端部2b的连接部分上无法得到充分的连接强度，从含浸模4的模嘴5取出长纤维强化树脂线束6时，在含浸模4内可能会发生强化用纤维束2的连接部位的断裂，或在模嘴5的下游侧可能会发生长纤维强化树脂线束6的对应部位的断裂。
因此，在本发明中，预先进行准备工序，该准备工序对于卷绕体1的强化用纤维束2，将从强化用纤维束2的两端分别到300mm～2000mm、优选300mm～1000mm的前端部2b及末端部2a所含有的集束剂的量调整成0wt％以上且4wt％以下。若使用如此将强化用纤维束2的前端部2b和末端部2a这双方含有的集束剂的含量调整为0wt％以上且4wt％以下的卷绕体1，则连接强度(拉伸强度)不会下降而能够使用空气接合器进行连接。
接下来，说明该集束剂及准备工序。
集束剂例如包含聚丙烯系、尼龙系、丙烯酸系或聚氨酯系等有机系粘接剂，使用界面活性剂等使该粘接剂悬浮在水中而进行乳剂化。这些集束剂使用含浸或涂敷等方法对聚齐的强化用纤维进行涂敷，以强化用纤维不会松散的方式进行限制。
然而，刚涂敷之后的集束剂含有水分，在这样的状态下无法对强化用纤维发挥限制力。因而，集束剂为了对强化用纤维发挥限制力而需要进行干燥。因此，将涂敷有集束剂的强化用纤维束卷绕作为卷绕体1之后，向对卷绕体1整体进行干燥的干燥作业转移。
在该干燥作业中，在卷绕体1的外周面侧，水分蒸发，为了弥补因蒸发所损失的水分而引起从卷绕体1的中心侧朝向外周面侧的水分的移动(浸透)。此时，集束剂也与水分一起移动。然而，在卷绕体1的外周面侧，由于仅水分蒸发，因此仅残留有与水分一起移动的集束剂而集束剂的含量升高。其结果是，在干燥结束时，在卷绕体的外周面侧会发生集束剂的残留量浓度升高的浓化现象(迁移)。为了对如此浓化的集束剂的含量进行调整，而进行如下的准备工序。
如图3所示，利用加热装置7(在本实施方式中为罩形加热器7)对从卷绕体1卷出的强化用纤维束2的前端部2b及先行的卷绕体1的末端部2a进行加热，而除去集束剂，由此来进行准备工序。在集束剂中使用的聚丙烯系等有机系粘接剂因加热而发生热分解，因此仅通过加热就能够除去多余的粘接剂，而将集束剂的含量调整成0wt％以上且4wt％以下。
罩形加热器7形成为包围被加热物那样的环形或筒形等，能够使用控制器8将被加热物保持为恒定温度或设定成规定的升温速度。但是，作为加热装置并未限定为罩形加热器，而且加热装置也可以使用不能进行温度调整的装置。例如可以是使用燃烧器等进行加热那样的加热装置。
在本第一实施方式中，采用了将罩形加热器7内以规定温度(例如400℃)加热成恒定，将强化用纤维束2的末端部2a和前端部2b在该罩形加热器7内装填10～240秒的方法。
然而，对强化用纤维束2的前端部2b进行加热时的加热温度或加热时间进行如下的实验来求出。
即，准备多个卷绕体1，从多个卷绕体1卷出强化用纤维束2的前端部2b，将这些前端部2b向设置在空气气氛中的罩形加热器7装填来进行加热。
然后，每当经过规定时间时从罩形加热器7取出一根或多根强化用纤维束2，测定各自的集束剂的含量和连接强度。
需要说明的是，所有的卷绕体1具备的强化用纤维束2都将2000～3000根玻璃纤维形成外径1～2mm左右的束，并涂敷由聚丙烯形成的集束剂。在标记上都将集束剂的含量形成为0.6wt％，但在加热前的阶段测定时，前端部2b的集束剂含量大约为6wt％。
集束剂的含量作为由TGA(热重量分析)所测定的重量减少量。测定机使用RIGAKU制的Thermo Plus[型号：TG8120]，根据在空气气氛中以升温速度10℃/min从室温加热至800℃时检测出的物质的量，来计算集束剂的含量。
连接强度的测定使用インストロン制的拉伸试验机[型号：5582]，将连接部分的两端分别固定在相互以300mm的间隔保持的卡盘部上，仅使一方的卡盘部以100mm/min的试验速度以从另一方的卡盘部离开的方式移动，此时产生的力作为连接强度。需要说明的是，连接强度的测定每次在相同的条件下以再现数3来实施，测定结果由平均值表示。
表1表示对于罩形加热器的加热时间、强化用纤维束2的连接强度、集束剂的含量、及长纤维强化热塑性树脂颗粒15的制造时的强化用纤维束2是否发生断裂，研究了它们的相关性的结果。
[表1]
Figure BDA00001598836000071
从该表1可知，作为强化用纤维束2的连接强度(拉伸强度)，为了不引起断裂而需要为80N以上。而且可知，为了使强化用纤维束2的连接强度为80N以上，而需要使集束剂的量为4wt％以下。作为补充，可知在使加热温度为400℃时，优选使加热时间比40秒长，更优选超过80秒进行加热。
作为上述的结果，决定了对强化用纤维束2的前端部2b及末端部2a进行加热时的加热温度和加热时间。
根据以上详细说明可知，对于从卷绕体1卷出的强化用纤维束2的前端部2b，若利用在连接作业前进行的准备工序将集束剂含量调整成0wt％以上且4wt％以下，则之后在对该前端部2b和先行的卷绕体的强化用纤维束2的末端部2a进行连接时，松散的状态的长纤维(单纤维)相互强力地缠绕，能得到必要充分的连接强度。
因此，在制造长纤维强化热塑性树脂颗粒15时等，强化用纤维束2的连接部位不会发生断裂，能够防止断裂引起的中断。其结果是，能够提高长纤维强化热塑性树脂颗粒15的制造效率。
需要说明的是，本发明并未限定为上述实施方式，而根据实施方式能够适当变更。
例如，强化用纤维束2的长纤维除了玻璃纤维之外，还可以使用碳纤维、尼龙、芳香族聚酰胺等。
作为准备工序，有如下的方法，即，对于从卷绕体1卷出的强化用纤维束2的前端部2b，例如涂敷或含浸丙酮等溶剂，使集束剂溶解于溶剂而使集束剂的量成为4wt％以下。使用该溶剂的准备工序，在集束剂含有的有机系粘接剂使用高熔点的物质时有效性特别高。这种情况下，集束剂使用上述的PP系的树脂时，作为溶剂，可以使用对PP显示可溶性的丙酮以外的无极性溶剂、例如MEK、苯、甲苯等无极性溶剂。而且，涂敷或含浸溶剂而进行处理的条件(时间、浓度等)根据作为集束剂所使用的树脂的种类或浓度进行变化，因此不能一概而论，不过，例如若是使用上述的PP系的树脂时，则可以浸渍在丙酮中。
另外，作为其他的准备工序，有通过对从卷绕体1卷出的强化用纤维束2的前端部2b进行研磨而削落纤维束表面的集束剂的方法。根据集束剂含有的有机系粘接剂的不同，即便使用抹布等来擦去集束剂，也能够降低集束剂的含量。需要说明的是，在集束剂牢固地固定于强化用纤维束2时，例如可以与上述使用了加热或溶剂的集束剂的除去并用，或使用比抹布等削落集束剂的力强的研磨纸等。
详细地而且参照特定的实施方式说明了本发明，但不脱离本发明的精神和范围而能够施加各种变更或修正的情况对于本领域技术人员来说不言自明。
本申请基于2009年11月6日提出申请的日本专利出愿(特愿2009-255045)，并将其内容作为参照而包含于此。
[产业上的可利用性]
本发明在由纤维强化树脂形成的各种成形品的成形材料的制造中有用。
符号的説明
1  卷绕体
2  强化用纤维束
2a  末端部
2b  前端部
3  熔融树脂
4  含浸模
5  模嘴
6  长纤维强化树脂线束
7  罩形加热器
8  控制器
10  水槽
11  搓捻辊装置
12  造粒机
15  长纤维强化热塑性树脂颗粒

Claims (6)

1.一种强化用纤维束的连接方法，对先行的卷绕体的强化用纤维束的末端部和从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部吹送加压空气，使双方的强化用纤维束松散并相互缠绕而进行连接，其特征在于，
经过准备工序后将双方的强化用纤维束连接，其中，在该准备工序中，将从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部和先行的卷绕体的强化用纤维束的末端部所含有的集束剂的量调整成0wt％以上且4wt％以下。
2.根据权利要求1所述的强化用纤维束的连接方法，其特征在于，
在所述准备工序中，通过对从卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部及/或卷绕体的强化用纤维束的末端部进行加热来除去集束剂。
3.根据权利要求1所述的强化用纤维束的连接方法，其特征在于，
在所述准备工序中，通过在从卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部及/或卷绕体的强化用纤维束的末端部涂敷溶剂或含浸溶剂来洗脱出集束剂。
4.根据权利要求1所述的强化用纤维束的连接方法，其特征在于，
在所述准备工序中，通过对从卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部及/或卷绕体的强化用纤维束的末端部进行研磨来削落纤维束表面的集束剂。
5.一种长纤维强化热塑性树脂颗粒的制造方法，其特征在于，
在对先行的强化用纤维束的末端部和从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部吹送加压空气而使双方的强化用纤维束松散并相互缠绕进行连接时，经过将从新卷绕体卷出的强化用纤维束的前端部和先行的卷绕体的强化用纤维束的末端部所含有的集束剂的量调整成0wt％以上且4wt％以下的准备工序之后，将双方的强化用纤维束连接，通过将该强化用纤维束连续拉出并使其含浸熔融树脂而形成长纤维强化树脂线束，然后对该长纤维强化树脂线束进行颗粒化。
6.一种卷绕体，将涂敷有集束剂的强化用纤维束卷绕而成，其特征在于，
所述强化用纤维束的前端部和末端部这双方含有的集束剂的含量被调整成0wt％以上且4wt％以下。
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