JP2001129827A

JP2001129827A - 長繊維ペレットおよびその製造方法ならびにその製造装置

Info

Publication number: JP2001129827A
Application number: JP31642699A
Authority: JP
Inventors: Seiji Tanaka; 清次田中; Hiroshi Otani; 洋大谷
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2001-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】強化繊維束の抜けや被覆された樹脂部の割れな
どにより強化繊維束の一部が露出することがなく、ま
た、成形品の表面に強化繊維の浮きや射出成形機の金型
汚れが生じず、成形材料の樹脂含浸性が高く、以て剛性
のある高品位な成形品を生産できる長繊維ペレットおよ
びその製造方法ならびにその製造装置を提供する。【解決手段】連続した強化繊維束にマトリックス樹脂が
含浸されてなる長繊維ペレットにおいて、該強化繊維束
の重量範囲が２０〜４０％で、かつ長繊維ペレットの含
浸度が７０％以上であることを特徴とする長繊維ペレッ
ト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、長繊維強化構造物
に関する。更に詳しくは、射出成形などに用いられる、
連続した強化繊維束にマトリックス樹脂が含浸されてな
る長繊維ペレットおよびその製造方法ならびにその製造
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、繊維強化熱可塑性樹脂原料の製造
方法としては、射出成形に供する繊維強化構造物を作る
場合には、一般的に３mm位に強化繊維束を切断したチョ
ップドストランドと樹脂とを押出機により混練押出する
方法が知られている。

【０００３】しかし、この方法で作った繊維強化物は短
繊維ペレットと呼ばれるもので、このペレットを用いて
射出成形した場合、成形品中の強化繊維の長さが実質的
に１mm以下になり、強化繊維による物性向上効果を十分
発現することができない。

【０００４】また、連続した強化繊維束の周囲を熱可塑
性樹脂で被覆し、長繊維ペレットと呼ばれるものとして
は、特開昭５９−６２１１４号公報にワイヤコーティン
グ法により炭素繊維束に溶融樹脂を被覆した材料が記載
されている。また、そのような材料をある長さに切断
し、射出成形などに用いる成形材料とすることは、例え
ば実開昭６０−６２９１２号明細書に記載されている。

【０００５】しかしこのような長繊維ペレットは、強化
繊維束の周囲を樹脂で被覆するだけであるため、極簡単
な設備で製造でき、かつ生産性に優れる反面、強化繊維
束に樹脂が含浸されていないため、貯槽ホッパーから各
射出成形機のホッパーへ空送したり、あるいは直接射出
成形機のホッパーに投入した際、空送により強化繊維束
の一部が抜けたり、被覆された樹脂部の割れなどにより
強化繊維束の一部が露出し、抜けた繊維や露出した繊維
が絡まりなどを起こして配管内やホッパー内に詰まりな
どのトラブルを生じる欠点があった。

【０００６】また、このような強化繊維束を樹脂で被覆
した成形材料は、射出成形機内で繊維の分散と含浸を同
時に行う必要から、高分子量で高粘度の熱可塑性樹脂を
使用すると含浸不良を生じる場合が多いため、低分子量
の樹脂を使用することが多い。しかしながらこのような
樹脂は反面非常に脆いという欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点に鑑みてなされたもので、強化繊維束の抜けや被覆
された樹脂部の割れなどにより強化繊維束の一部が露出
することがなく、また、成形品の表面に強化繊維の浮き
や射出成形機の金型汚れが生じず、成形材料の樹脂含浸
性が高く、以て剛性のある高品位な成形品を生産できる
長繊維ペレットおよびその製造方法ならびにその製造装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、以下の構成を採用する。すなわち、本発
明の連続した強化繊維束にマトリックス樹脂が含浸され
てなる長繊維ペレットは、強化繊維束の重量範囲が２０
〜４０％で、かつ長繊維ペレットの含浸度が７０％以上
であることを特徴とする。

【０００９】また、上記長繊維ペレットにおいて、好ま
しい態様は、長繊維ペレットが、１〜５０mmの範囲の長
さに切断されていることを特徴とする。

【００１０】また、長繊維ペレットの強化繊維束が炭素
繊維であること、マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂で、
重量平均分子量が１０，０００〜１００，０００である
ことを特徴とする。

【００１１】本発明の長繊維ペレットの製造方法は、複
数の単繊維からなる強化繊維束を幅方向に繊維と繊維の
間の間隔が広がるように開繊し、該開繊繊維束に、マト
リックス樹脂を薄膜状で塗布含浸した後、該塗布含浸さ
れた開繊繊維束を集束して賦型することを特徴とする。

【００１２】本発明の長繊維ペレットの製造装置は、含
浸ゾーン、冷却ゾーンおよびペレタイズゾーンからな
り、上記含浸ゾーンは、溶融したマトリックス樹脂の押
出機と、マトリックス樹脂を定量吐出するギアポンプ
と、マトリックス樹脂を薄膜状で塗布含浸する含浸部
と、該マトリックス樹脂が塗布含浸された開繊繊維束を
集束して賦型する集束賦型部を有することを特徴とす
る。

【００１３】また、更に好ましくは開繊装置を前記含浸
ゾ−ンの前部に設けること、含浸部が塗布含浸ダイと含
浸促進バーからなり、マトリックス樹脂が塗布された開
繊繊維束を、塗布含浸ダイの端面に当接状態で走行さ
せ、マトリックス樹脂を該開繊繊維束間に割り込ませて
含浸するようにしたことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を参照して説明する。

【００１５】図１は、本発明の製造装置の一例を示す概
略斜視図であり、図２は、本発明の製造装置の中の塗布
含浸ダイの一例を示す概略縦断面図であり、図３は、本
発明の製造装置の中の集束賦型部の一例を示す概略斜視
図であり、図４は、賦型ノズルの一例を示す概略縦断面
図であり、図５は、本発明の中の開繊装置の一例を示す
概略斜視図である。図６は本発明の長繊維ペレットを模
式的に斜視図で表したものである。

【００１６】先ず、本発明の製造装置の構成要素を説明
する。図１において、７０は強化繊維束で矢印方向に走
行し、本発明の製造装置により長繊維ペレット７５が製
造される。１は本発明に係る一連の製造装置で、含浸ゾ
ーン１０、冷却ゾーン３０およびペレタイズゾーン５０
から構成されている。

【００１７】含浸ゾーン１０は、溶融したマトリックス
樹脂２を造るためのスクリュー押出機１１と、上記マト
リックス樹脂２を定量吐出するギアポンプ１２と、上記
マトリックス樹脂２を薄膜状で塗布含浸するための含浸
部１３と、上記マトリックス樹脂が塗布含浸された開繊
繊維束７２を集束して実質的に円形状に賦型する集束賦
型部１４で構成され、更に含浸部１３は、塗布含浸ダイ
１５と含浸促進バー１６で構成されている。また更に、
集束賦型部１４は、図３に示すように、集束部材１７
ａ，１７ｂと賦型ノズル１８で構成されている。

【００１８】含浸ゾーン１０周りの構成を更に詳しく述
べると、スクリユー押出機１１の先端側にはギアポンプ
１２や塗布含浸ダイ１５を取り付けるためのダイブロッ
ク１９が固定され、ギアポンプ１２から溶融したマトリ
ックス樹脂２の吐出量がある範囲内で任意に変更できる
ようその駆動系２０に連結されている。また、スクリユ
ー押出機１１、ダイブロック１９、ギアポンプの駆動系
２０、塗布含浸ダイ１５、含浸促進バー１６、集束部材
１７ａ，１７ｂ、賦型ノズル１８は、図示しない給電設
備に接続され、モ−タ駆動や各構成部品が所望温度に加
熱されるようになっている。

【００１９】また、図２に示すように、塗布含浸ダイ１
５は、調節側ブロック２１と固定側ブロック２２とスリ
ット調節部材２３の主要部材で構成され、固定側ブロッ
ク２２とスリット調節部材２３のスリット隙間δを調節
側ブロック２１に取り付けた調節ボルト取付板２４を介
して調節ボルト２５ａ，２５ｂを締緩することにより変
更できるようになっており、固定側ブロック２２のスリ
ット先端部は溶融したマトリックス樹脂２が溜まるよう
Ｒ面取り加工が施してある。また、溶融したマトリック
ス樹脂２の流入孔２６と該流入孔２６につながり溶融し
たマトリックス樹脂２を薄膜状で吐出するためのキャビ
ティー２７が調節側ブロック２１と固定側ブロック２２
に各々半割状で加工されている。なお、流入孔２６は、
キャビティー２７の長手方向の中央部に設けられてい
る。

【００２０】また、図１に示すように、塗布含浸ダイ１
５の後部位置には含浸促進バ−１６が複数本配設され
る。該含浸促進バー１６は、その形状は例えば円筒状な
どの筒状を呈し、その外周面に長手方向と直角に多数の
微細なＶ溝が加工されたものや、単なる筒状になったも
のなどからなる。

【００２１】また更に、図３、図４に示すように、含浸
促進バー１６の後部位置には、扁平状の溶融したマトリ
ックス樹脂が塗布含浸された開繊繊維束７２を紐状（円
形状に近い形状）に集束するための集束部材１７ａ，１
７ｂと紐状のガット糸７３を実質的に円形状に賦型する
賦型ノズル１８で構成された集束賦型部１４が配設され
ている。

【００２２】図１に示すように、含浸ゾーン１０を出た
ガット糸７３は、次の冷却ゾーン３０へと進行して行
く。冷却ゾーン３０は、箱体３１の上面に目の粗いステ
ンレス製の金網３２が張ってあり、図示を省略した冷風
導入口を箱体３１の下部側に設けた非常にシンプルなも
ので、金網３２の少し上面をガット糸７３が次のペレタ
イズゾーン５０に向かって走行している。

【００２３】ペレタイズゾーン５０に走行してきたガッ
ト糸７３は、ストランドカッター５１に入る。ストラン
ドカッター５１は、金属製の円筒外周面にローレット加
工したボトムローラ５２と金属製の円筒外周面にゴムを
付けたトップローラ５３と固定刃５４および回転刃５５
で構成され、固定刃５４以外は図示しない軸受に支持さ
れている。また、ストランドカッター５１は、図示しな
い給電設備に接続され、駆動系、伝達系を介してボトム
ローラ５２、回転刃５５が回転するようになっている。

【００２４】連続して給糸される強化繊維束７０を幅方
向に繊維と繊維の間隙が広がるように開繊するための開
繊装置６０が前記含浸ゾーン１０の前部に配設されてい
る。図５に示すように、開繊装置６０は、複数のフリー
ローラ６１と可変速モータ６２と該可変速モータの出力
軸に取り付ける偏芯ボス６３および該偏芯ボス６３に可
変速モータ６２の出力軸とある距離を隔てて取り付けた
１本の偏芯ボス取付フリーローラ６４からなる主要部材
で構成されている。複数のフリーローラ６１は、偏芯ボ
ス取付フリーローラ６４が可変速モータの出力軸に対し
偏芯回転する区間を除き千鳥配列で図示しない支持体に
固定されている。強化繊維束７０は、複数のフリーロー
ラ６１を経由した後、偏芯ボス取付フリーローラ６４の
ところは上面を走行し開繊繊維束７１となる。開繊繊維
束７１は、開繊装置６０の最後尾のフリーローラ６１か
ら含浸ゾーン１０へと走行して行く。

【００２５】次に、上記図面を用いて本発明の製造方法
について詳細に説明する。

【００２６】走行速度Ｖで連続的に給糸される強化繊維
束７０は、図示を省略した前処理部に搬送され、強化繊
維束の状態により前処理が必要な場合には、適当な前処
理が施される。特にサイジング剤により強化繊維束７０
に柔軟性がない場合や、強化繊維束７０が丸く束ねられ
ている場合には、強化繊維束７０をヒータや熱風ノズル
で加熱してサイジング剤を軟化したり、しごきバー等の
簡単な開繊手段で予備開繊しておくことが有効である。

【００２７】次に前処理部を通過した強化繊維束７０
は、ペレタイズゾーン５０のストランドカッター５１で
引き取られているため、図示しない糸道規制ローラを経
て開繊装置６０に導入される。図５に示す開繊装置６０
に導入された強化繊維束７０は、千鳥配列された複数の
フリーローラ６１を通過して、可変速モータ６２の出力
軸に設けた偏芯ボス６３に、上記出力軸とある距離を隔
てて取り付けた偏芯ボス取付フリーローラ６４の上面に
至る。偏芯ボス取付フリーローラ６４は、偏芯ボス６３
により一定の周波数で回転運動しているため、偏芯ボス
取付フリーローラ６４が隣り合うフリーローラ６１の上
面より降下を開始すると、強化繊維束７０は張力が解除
されて弛みを生じる。この時、強化繊維束７０全体は走
行方向に圧縮を受けている状態となるが、収縮しきらな
い単糸自身は行き場を失い幅方向に膨らむ。その状態で
偏芯ボス取付フリーローラ６４が隣り合うフリーローラ
６１の上面より上がってくると、強化繊維束７０と隣り
合うフリーローラ６１間の摩擦で開繊状態となり開繊繊
維束７１を得ることができる。偏芯ボス取付フリーロー
ラ６４の後部側に位置する千鳥配列された複数のフリー
ローラ６１で開繊繊維束７１の開繊を維持しながら次の
含浸ゾーン１０へと開繊繊維束７１は向かう。

【００２８】含浸ゾーン１０に進行してきた開繊繊維束
７１は、図１から図３に示すように、円弧状を呈した塗
布含浸ダイ１５の端面に当接状態で走行し、塗布含浸ダ
イ１５のスリット隙間δから薄膜状で吐出する溶融した
マトリックス樹脂２を固定側ブロック２２のＲ面取り部
とスリット調節部材２３との間で溜め、溶融したマトリ
ックス樹脂２を該開繊繊維束７１間に一方向から割り込
ませて含浸しながら更に複数本の含浸促進バー１６で含
浸度を上げた後、集束部材１７ａ，１７ｂと賦型ノズル
１８からなる集束賦型部１４に入って行く。

【００２９】溶融したマトリツクス樹脂が塗布含浸され
た開繊繊維束７２は扁平状を呈しているため、入口から
出口方向に向かって次第に狭く加工した溝を有し加熱さ
れた集束部材１７ａ，１７ｂを、直列でその溝の向きを
変えて配設することで紐状に集束し、加熱された賦型ノ
ズル１８を通過させることにより実質的に円形状に賦型
されガット糸７３となる。賦型ノズル１８のノズル径
は、φ１以上φ１０以下であることが好ましい。

【００３０】このようにして含浸ゾーン１０を通過した
直後のガット糸７３はまだ半固化状態であるため、固化
状態にして賦型形状を保持すべく次の冷却ゾーン３０へ
と進め、箱体３１の下部側からガット糸７３に向かって
冷風を吹き付け、ガット糸７３が箱体３１の上面を通過
中に温度を下げている。

【００３１】冷却ゾーン３０で固化状態となった強化繊
維束７０と固化したマトリックス樹脂３からなるガット
糸７３は、冷却ゾーン３０の後部に位置するペレタイズ
ゾーン５０へと進んで行きストランドカッター５１に入
る。

【００３２】ストランドカッター５１に入ったガット糸
７３は、先ず機内の入口に配設され、ガット糸７３を引
き取る金属製の円筒外周面にローレット加工し駆動系に
接続されたボトムローラ５２と、金属製の円筒外周面に
ゴムを付けたトップローラ５３でニップされる。その後
上記ボトムローラ５２の横に配設された固定刃５４と、
駆動系に接続され該固定刃５４と極僅かな隙間を有する
回転刃５５にガット糸７３が入り、所定長さに切断され
長繊維ペレット７５となって機外に放出される。

【００３３】開繊装置６０において、図示を省略した前
処理部で強化繊維束７０を加熱してサイジング剤を軟化
しても強化繊維の単繊維７４の絡まりが強い場合は、本
装置内において強化繊維束７０に気体を噴射させる手段
を付加することにより更に開繊が促進されるので好まし
い。また、強化繊維束７０や開繊繊維束７１が接触走行
するフリーローラ６１や偏芯ボス取付フリーローラ６４
の表面は、摩擦係数の点から硬質クロームメッキした後
梨地加工を施すのが好ましい。また、開繊装置６０の最
後尾のフリーローラ６１は、開繊繊維束７１の開繊幅が
狭くならないうちに後部の含浸ゾーン１０に入って行く
ことが望ましいため、含浸ゾーン１０とできる限り距離
が接近していることが好ましい。たとえば３０〜５０ｍ
ｍ程度接近していることが好ましい。

【００３４】また、塗布含浸ダイ１５は、調節側ブロッ
ク２１と固定側ブロック２２とスリット調節部材２３の
主要部材で構成されており、固定側ブロック２２のスリ
ット先端部は溶融したマトリックス樹脂２が溜まるよう
Ｒ面取り加工が施してあるが、このＲ面取り加工幅は、
スリット隙間δから薄膜状で吐出する溶融したマトリッ
クス樹脂２が開繊繊維束７１の走行方向と交差する方向
にはみ出さないよう、溶融したマトリックス樹脂２の吐
出幅と同一であることが好ましい。また、スリット隙間
δは溶融したマトリックス樹脂２が熱可塑性樹脂である
場合、走行速度Ｖによって大きく左右されるが、概ね
０．５ｍｍから１．５ｍｍの範囲が好ましい。また、固
定側ブロック２２の端面は、溶融樹脂が塗布含浸された
開繊繊維束７２が走行中常に当接状態となり、溶融した
マトリックス樹脂２を開繊繊維束７１間に固定側ブロッ
ク２２側から割り込ませて含浸させるためにも円弧状が
好ましい。また、開繊繊維束７１に塗布された直後の溶
融したマトリックス樹脂２を途切れず均一に付着させる
ために、スリット調節部材２３の先端面が極僅かだけ固
定側ブロック２２のＲ面取りした端面より飛び出してい
るのが好ましい。

【００３５】本発明においては、連続した強化繊維束に
マトリックス樹脂が含浸されてなる長繊維ペレットにお
いて、ペレット全体に対して強化繊維束の重量範囲が２
０〜４０％で、かつ長繊維ペレットの含浸度が７０％以
上であるものである。重量範囲が２０％未満では剛性不
足となり、また、４０％を越えると含浸不良となる問題
がある。また、含浸度が７０％未満であると、ガット糸
７３をストランドカッタ−５１で切断する際、強化繊維
束の単繊維の一部が素抜けるという問題がある。

【００３６】ここで、含浸度は次のように定義される。

【００３７】複数の強化繊維の単繊維７４と固化したマ
トリックス樹脂３からなる長繊維ペレット７５におい
て、固化したマトリックス樹脂３が強化繊維の単繊維７
４を包含している割合を表す。具体的には、長繊維ペレ
ット７５の外周面をテ−プで巻いた後エポキシ樹脂に包
埋し、研摩後顕微鏡写真を撮影し、撮影像を画像処理コ
ンピュ−タ−に入力し包含割合を分析することによって
測定できる。

【００３８】熱可塑性樹脂の場合、単繊維の分散不良や
ボイドがあると溶融したマトリックス樹脂２が集合した
単繊維の中に入って行かないため、含浸度は極めて低い
ものになる。

【００３９】図２において、塗布含浸ダイ１５は、調節
側ブロック２１と固定側ブロック２２とスリット調節部
材２３の主要部材で構成されたものを示したが、本態様
に必ずしも限定されるものではなく、溶融したマトリッ
クス樹脂２が薄膜状で吐出され、かつ、図２に示した溶
融したマトリックス樹脂２の溜めや溶融したマトリック
ス樹脂が塗布含浸された開繊繊維束７２を当接できる等
の機能が具備されておれば良い。

【００４０】また、図１において、含浸促進バー１６
は、その形状が筒状を呈しその外周面に長手方向と直角
で多数の微細なＶ溝が加工したものや単なる筒状になっ
たものを示したが、本態様に必ずしも限定されるもので
はなく、筒状の外周に細いワイヤーを緻密に巻き付けた
ワイヤーバーや筒状の外周面を波形状に転造加工したワ
イヤレスバー等であっても良い。また、含浸促進バー１
６には、溶融したマトリックス樹脂が塗布含浸された開
繊繊維束７２が接触走行するが、溶融したマトリックス
樹脂２が開繊繊維束７１にコーティングされた状態とな
っている。このため含浸促進バー１６の表面仕上は滑ら
かな機械加工仕上でも構わない。

【００４１】また、図３に示す集束賦型部材１４におい
ては、入口から出口方向に向かって次第に狭く加工した
溝を有し加熱された集束部材１７ａ，１７ｂを、直列で
その溝の向きを変えて配設し、次いで加熱された賦型ノ
ズル１８を配設したものを示したが、本態様に必ずしも
限定されるものではなく、扁平状の溶融したマトリック
ス樹脂が塗布含浸された開繊繊維束７２を実質的に円形
状を呈する紐状に集束できる機能が具備されてあれば良
い。

【００４２】また、図１において、冷却ゾーン３０での
走行するガット糸７３の冷却は、箱体３１の下部側から
の冷風で行う態様を示したが、本態様に必ずしも限定さ
れるものではない。

【００４３】また、図５において、開繊装置６０は複数
のフリーローラ６１を千鳥配列としたものを示したが、
本態様に必ずしも限定されるものではなく、強化繊維束
７０の種類、形状、繊維束の本数、サイジング剤の付着
状態等により、場合によっては直列に配列しても構わな
い。また、可変速モータ６２の出力軸に設けた偏芯ボス
６３に、上記出力軸とある距離を隔てて取り付けた偏芯
ボス取付フリーローラ６４が回転運動する態様を示した
が、本態様に必ずしも限定されるものではなく、複数の
フリーローラ６１のうち少なくとも１本が上下運動する
態様であっても良い。

【００４４】本発明においては、長繊維ペレットが１〜
５０mmの範囲の長さに切断されている。この範囲を外れ
てその長さが長い場合には、射出成形時に長繊維ペレッ
トの噛み込みが悪化するので好ましくない。また、この
範囲を外れてその長さが短い場合は、長繊維ペレットそ
のものが短くなるため、強化繊維束も同様に短くなり、
長繊維ペレットの特性が生かせられないので好ましくな
い。

【００４５】また、本発明においては、マトリックス樹
脂がポリアミドまたはポリフェニレンサルファイドなど
の、熱可塑性樹脂であることが好ましく、重量平均分子
量が１０，０００〜１００，０００であることが好まし
い。

【００４６】なお、本発明が適用できる繊維束として
は、炭素繊維、ガラス繊維、バラ系アラミド繊維（例え
ば、東レ・デュポン社製“ケブラー”繊維）等が挙げら
れるが、炭素繊維であることが好ましい。

【００４７】

【実施例】［実施例１］図１〜図５に示す装置におい
て、含浸ゾーン１０を構成する主要部材は、スクリュー
押出機１１、ギアポンプ１２、塗布含浸ダイ１５、含浸
促進バー１６、集束部材１７ａ，１７ｂおよび賦型ノズ
ル１８で、スクリュー径φ４０，Ｌ／Ｄ＝２８のスクリ
ュー押出機を用い、ギアポンプは入口１カ所で出口が２
カ所となった１．２ｃｃ／ｒｅｖ×２のものをダイブロ
ック１９の上面に取り付け、ギアポンプ駆動系２０は最
高回転数１００ｒｐｍまで可能なものを配備した。ま
た、ダイブロック１９の下面には、塗布含浸幅が３０ｍ
ｍでスリット間隔δが１．０ｍｍに調整した塗布含浸ダ
イ１５を取り付けた。塗布含浸ダイ１５は、調節側ブロ
ック２１、固定側ブロック２２、スリット調節部材２３
からなる主要部材で構成され、固定側ブロック２２のス
リット先端の樹脂溜め部を形成するためのＲ面取りの大
きさはＲ５とし、溶融したマトリックス樹脂が塗布含浸
された開繊繊維束７２が当接状態となる部分は半径２５
０の円弧のものを使用した。また、スリット調節部材２
３の先端面が固定側ブロック２２のＲ面取りした端面よ
り０．５ｍｍだけ飛び出した。

【００４８】塗布含浸ダイ１５の固定側ブロック２２の
円弧に当接走行して前記ダイを通過した扁平状の溶融し
たマトリックス樹脂が塗布含浸された開繊繊維束７２
は、千鳥配列状に３本配設した筒状の外径がφ２０で外
周面を硬質クロームメッキした後梨地加工し、棒状ヒー
タを内蔵した含浸促進バー１６で更に接触面が強制的に
繰り返し変えられて含浸度が上げられる。

【００４９】含浸促進バー１６の後部に、棒状ヒータを
内蔵し長さ５０ｍｍで各々形状が異なる集束部材１７
ａ，１７ｂを直列に配設した。先ず最初の集束部材１７
ａは、入口部３５ｍｍ出口部５ｍｍで断面形状がコの字
形を呈し上部が開放された溝を有するもの、後部の集束
部材１７ｂは、入口部１０ｍｍ出口部２ｍｍで断面形状
がＶ溝を呈し、Ｖ溝の先端はＲ１で加工し下部が開放さ
れたもので、何れも滑らかに機械加工したものである。

【００５０】集束部材１７ｂの更に後部にノズル口径が
φ１．７、ノズル長さが１５ｍｍでノズルの端面がＲ面
取り加工された賦型ノズル１８を棒状ヒータを内蔵した
賦型ブロック２８の集束部材側の側面に取付けた。

【００５１】マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂であるポ
リアミド系であるため、含浸ゾーン１０を構成する塗布
含浸ダイ１５、含浸促進バー１６、集束部材１７ａ，１
７ｂ、賦型ノズル１８等は、その加熱温度が２６０℃〜
２７０℃になるよう設定した。

【００５２】次に、冷却ゾーン３０を構成する上面が開
放された箱体３１は、ガット糸７３の走行方向長さが１
５００ｍｍ、幅方向長さが３００ｍｍで高さ２００ｍｍ
とし、上面には比較的目の粗いステンレス製の金網を張
り、前記ガット糸７３が箱体３１から３０ｍｍ上方を走
行するようにし、賦型ノズル１８から箱体３１入口まで
の距離を２ｍとした。

【００５３】冷却ゾーン３０の後方５ｍの位置にストラ
ンドカッター５１を同芯上で設置した。ストランドカッ
ター５１の機内に配備された金属製の円筒外周面にロー
レット加工した直径φ７０のボトムローラ５２と、金属
製の円筒外周面にゴムを付けた直径φ１００のトップロ
ーラ５３でガット糸７３をニップし、駆動系に接続され
たボトムローラ５２でガット糸７３を引き取る。次にガ
ット糸７３は、刃先に超硬が付いた固定刃５４と、駆動
系に接続され該固定刃５４と極僅かな隙間を有する直径
φ１６０の回転刃５５に入り、所定長さに切断され長繊
維ペレット７５となってストランドカッター５１の機外
に放出される。

【００５４】含浸ゾーン１０の前部に配設した開繊装置
６０は、直径φ３０で外周面を硬質クロームメッキした
後梨地処理加工した複数のフリーローラ６１と、出力軸
回転数範囲が０〜５００rpm に可変速できるモータ６２
と該可変速モータの出力軸に取り付ける偏芯ボス６３お
よび該偏芯ボス６３に可変速モータ６２の出力軸と２０
ｍｍ隔てて取り付けた１本の偏芯ボス取付フリーローラ
６４からなる主要部材で構成した。なお、偏芯ボス取付
フリーローラ６４は、上記フリーローラ６１と同仕様の
ものを用いた。複数のフリーローラ６１は、偏芯ボス取
付フリーローラ６４が可変速モータの出力軸に対し偏芯
回転する区間を除きピッチ８０ｍｍの千鳥配列で図示し
ない支持体に固定した。偏芯ボス取付フリーローラ６４
が可変速モータの出力軸に対し偏芯回転する区間は、１
６０ｍｍ隔ててフリーローラ６１を図示しない支持体に
固定した。そして、偏芯ボス取付フリーローラ６４の上
死点は、１６０ｍｍ隔てたフリーローラ６１の上面より
３０ｍｍ高い位置とした。また、偏芯ボス取付フリーロ
ーラ６４の回転方向は強化繊維束７０の走行方向と同一
方向とし、該偏芯ボス取付フリーローラ６４の回転で生
じる強化繊維束７０の張力解除／付与による開繊を促進
するため、該偏芯ボス取付フリーローラ６４の手前に配
設したフリーローラ６１の側面に、図示を省略したスリ
ットノズルから出る圧空を吹き付けた。強化繊維束７０
は、複数のフリーローラ６１を経由した後、偏芯ボス取
付フリーローラ６４のところは上面を走行し開繊繊維束
７１となる。開繊繊維束７１は、開繊装置６０の最後尾
のフリーローラ６１から含浸ゾーン１０へと走行して行
く。

【００５５】最後尾のフリーローラ６１の芯と塗布含浸
ダイ１５のスリット隙間δまでの距離は３０ｍｍとし
た。

【００５６】次に上記実施例装置の実施条件と効果を説
明する。

【００５７】使用した強化繊維束７０は、炭素繊維（東
レ株式会社製“トレカ”Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋ−５０
Ｃ）で無撚糸である。この強化繊維束７０はサイジング
剤により扁平になっており、初期幅は６ｍｍであった。
この糸を２糸条通し、走行速度１５ｍ／分で図示を省略
した前処理部で２００℃前後まで加熱してサイジング剤
を軟化した後、製造装置に連続給糸した。

【００５８】強化繊維束７０が長繊維ペレット７５中に
占める重量割合、即ち強化繊維束含有率を３０％にすべ
くギアポンプ駆動系２０の回転数は２２rpm に設定し
た。

【００５９】開繊装置６０では、可変速モータ６２を３
００rpm で回転させて偏芯ボス６３を介して取り付いて
いる偏芯ボス取付フリーローラ６４を５Hzで回転し、
０．３５ＭPaの圧空をスリットノズルから強化繊維束７
０に吹き付けたところ、本装置の出口では繊維が薄く均
一に開繊し開繊幅が約２５ｍｍ〜３０ｍｍ弱の開繊繊維
束７１となった。また、目立った毛羽の発生はなかっ
た。

【００６０】開繊繊維束７１は、その開繊幅を維持した
状態で塗布含浸ダイ１５に達し、該塗布含浸ダイ１５の
スリット隙間δから薄膜状で吐出する溶融したマトリッ
クス樹脂２と開繊繊維束７１を円弧状を呈した塗布含浸
ダイ１５の端面に当接状態で走行することにより、該開
繊繊維束７１間に一方向から溶融したマトリックス樹脂
２を割り込ませて含浸し、後部の含浸促進バー１６で更
に接触面が強制的に繰り返し変えられて含浸度が上がっ
た。

【００６１】扁平状の溶融したマトリックス樹脂が塗布
含浸された開繊繊維束７２は、更に集合部材１７ａ，１
７ｂと賦型ノズル１８を経て含浸ゾーン１０を離れ、冷
却ゾーン３０を通過したガット糸７３をストランドカッ
ター５１で長さ７ｍｍに切断し長繊維ペレット７５を得
た。得られた長繊維ペレット７５は、樹脂部の割れなど
により強化繊維束の一部が露出することがなく、表面が
滑らかなものであった。

【００６２】長繊維ペレット７５の外周面をテープで巻
いた後エポキシ樹脂に包埋し、研摩後顕微鏡写真を撮影
して分析評価した結果、樹脂含浸度が８０％以上の高品
位なものが得られた。また、得られた長繊維ペレット７
５の強化繊維束含有率を調べるべく、切断しなかったガ
ット糸７３を長さ１ｍに切断しその重量から計算した結
果、３０．３重量％であった。また、極めて小さなボイ
ドが数点見られたが、品質には何ら影響を及ぼすもので
はない。

【００６３】この長繊維ペレット７５を用いて、型締力
１５０Ton の射出成形機により、外形が１９０ｍｍ×１
５５ｍｍ、高さ１０ｍｍ、厚み１ｍｍのトレー状試験品
を成形した。成形材料である長繊維ペレット７５をホッ
パーに投入後、成形に問題は生じず、成形品の表面に強
化繊維の浮きのない表面が平滑なトレー状試験品が得ら
れた。

【００６４】また、成形時にガスの発生がないため、連
続成形しても射出成形機の金型に汚れが生じることはな
かった。

【００６５】また、この長繊維ペレット７５から物性評
価のための試験片を成形し引張り強度を測定した結果、
目標値０．２ＭPa以上を上回る０．２７ＭPaを得た。［実施例２］実施条件として、強化繊維束含有率を２０
％にすべくギアポンプ駆動系２０の回転数を３７rpm に
設定し、賦型ノズルの口径をφ１．８に変更した以外
は、全て実施例１と同一品を用い、同一条件とした。

【００６６】得られた長繊維ペレット７５は、表面が滑
らかなもので、その長繊維ペレット７５を実施例１と同
様に分析評価した結果、樹脂含浸度が８５％以上の高品
位なものであった。また、得られた長繊維ペレット７５
の強化繊維束含有率を実施例１と同様に調べた結果、２
０．５重量％であった。得られた長繊維ペレット７５に
も多少小さなボイドが見られたが、品質には何ら問題な
いレベルであった。また、この長繊維ペレット７５を物
性評価した結果、その引張り強度は０．２１ＭPaで目標
値０．２ＭPa以上を僅かに上回った。［実施例３］実施条件として、強化繊維束含有率を４０
％にすべくギアポンプ駆動系２０の回転数を１５rpm と
し、賦型ノズルの口径をφ１．６に変更した以外は、全
て実施例１と同一品を用い、同一条件とした。

【００６７】得られた長繊維ペレット７５も表面が滑ら
かなもので、その長繊維ペレット７５を実施例１と同様
に分析評価した結果、樹脂含浸度が７０％強であっ
た。、また、得られた長繊維ペレット７５の強化繊維束
含有率を実施例１と同様に調べた結果、３９．６重量％
であった。ボイドの状態は実施例２とほぼ同等であっ
た。また、この長繊維ペレット７５を物性評価した結
果、その引張り強度は実施例１とほぼ同レベルであっ
た。［比較例１］実施条件として、強化繊維束含有率を４５
％にすべくギアポンプ駆動系２０の回転数を１２ｒｐｍ
とし、賦型ノズルの口径をφ１．５５に変更した以外
は、全て実施例１と同一品を用い、同一条件とした。

【００６８】得られた長繊維ペレット７５は含浸度が低
く、ストランドカッター５１から機外に放出された長繊
維ペレット７５の中に強化繊維束７０の単繊維が混入し
た含浸不良品であった。このため、長繊維ペレット７５
の分析評価は実施しなかった。［比較例２］実施条件として、強化繊維束含有率を１５
％にすべくギアポンプ駆動系２０の回転数を５２ｒｐｍ
とし、賦型ノズルの口径をφ１．８５に変更した以外
は、全て実施例１と同一品を用い、同一条件とした。

【００６９】得られた長繊維ペレット７５は表面が滑ら
かなもので、その長繊維ペレット７５を実施例１と同様
に分析評価した結果、樹脂含浸度が９０％程度と高かっ
た。また、得られた長繊維ペレット７５の強化繊維束含
有率を実施例１と同様に調べた結果、１５．６重量％で
ほぼ目標としたものが得られた。ボイドの状態は実施例
３とほぼ同等であった。しかし、この長繊維ペレット７
５を物性評価したところ、マトリックス樹脂の量が多い
ため、その引張り強度は目標値（０．２ＭPa以上）を下
回る結果となった。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の単繊維から成る強化繊維束を幅方向に実質的に平
行に開繊し、連続的に給糸される開繊繊維束に、マトリ
ックス樹脂を薄膜状で塗布含浸後、開繊繊維束を当接状
態で走行させた後、集束し賦型するようにしたので、マ
トリックス樹脂が一方向から単繊維間に割り込むため、
粘度の高い熱可塑性樹脂使いで、ボイドが極めて少な
く、樹脂含浸性の高い高品位な長繊維ペレットを低コス
トで大量生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造装置の一例を示す概略斜視図であ
る。

【図２】本発明の製造装置の中の塗布含浸ダイの一例を
示す概略縦断面図である。

【図３】本発明の製造装置の中の集束賦型部の一例を示
す概略斜視図である。

【図４】賦型ノズルの一例を示す概略縦断面図である。

【図５】本発明の中の開繊装置の一例を示す概略斜視図
である。

【図６】本発明の長繊維ペレットを模式的に斜視図で表
したものである

【符号の説明】

１：製造装置２：溶融したマトリックス樹脂３：固化したマトリックス樹脂１０：含浸ゾーン１１：スクリュー押出機１２：ギアポンプ１３：含浸部１４：集束賦型部１５：塗布含浸ダイ１６：含浸促進バー１７ａ：集束部材１７ｂ：集束部材１８：賦型ノズル１９：ダイブロック２０：ギアポンプの駆動系２１：調節側ブロック２２：固定側ブロック２３：スリット調節部材２４：調節ボルト取付板２５ａ：調節ボルト２５ｂ：調節ボルト２６：流入孔２７：キャビティー２８：賦型ブロック３０：冷却ゾーン３１：箱体３２：金網５０：ペレタイズゾーン５１：ストランドカッター５２：ボトムローラ５３：トップローラ５４：固定刃５５：回転刃６０：開繊装置６１：フリーローラ６２：可変速モータ６３：偏芯ボス６４：偏芯ボス取付フリーローラ７０：強化繊維束７１：開繊繊維束７２：溶融したマトリックス樹脂が塗布含浸された開繊
繊維束７３：ガット糸７４：強化繊維の単繊維７５：長繊維ペレット δ：スリット隙間Ｖ：走行速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｋ 77:00 Ｂ２９Ｋ 77:00 105:06 105:06 307:04 307:04 Ｃ０８Ｌ 77:00 Ｃ０８Ｌ 77:00 81:02 81:02 Ｆターム(参考） 4F072 AA04 AA06 AA08 AB06 AB09 AB10 AD44 AD46 AD54 AG05 AG13 AH18 AH25 AH32 AH46 AJ19 AJ33 AJ34 AK04 AK16 4F201 AA29A AA34A AB18 AC01 AD16 AR12 AR15 BA02 BC01 BC02 BC12 BC19 BC37 BD05 BL08 BL23 BL25 BL29 BL42 BL44 BM06 4F207 AA29A AA34A AB18 AC01 AD16 AR12 AR15 KA01 KA17 KB11 KB18 KK81 KM16 KW23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続した強化繊維束にマトリックス樹脂が
含浸されてなる長繊維ペレットにおいて、該強化繊維束
の重量範囲が２０〜４０％で、かつ長繊維ペレットの含
浸度が７０％以上であることを特徴とする長繊維ペレッ
ト。
【請求項２】長繊維ペレットが１〜５０mmの範囲の長さ
に切断されていることを特徴とする請求項１に記載の長
繊維ペレット。
【請求項３】強化繊維束が炭素繊維であることを特徴と
する請求項１または２に記載の長繊維ペレット。
【請求項４】マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂で、重量
平均分子量が１０，０００〜１００，０００であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の長繊維ペ
レット。
【請求項５】熱可塑性樹脂がポリアミドまたはポリフェ
ニレンサルファイドであることを特徴とする請求項４に
記載の長繊維ペレット。
【請求項６】複数の単繊維からなる強化繊維束を幅方向
に繊維と繊維の間の間隔が広がるように開繊し、該開繊
繊維束に、マトリックス樹脂を薄膜状で塗布含浸した
後、該塗布含浸された開繊繊維束を集束して賦型するこ
とを特徴とする長繊維ペレットの製造方法。
【請求項７】強化繊維束が炭素繊維であることを特徴と
する請求項６に記載の長繊維ペレットの製造方法。
【請求項８】含浸ゾーン、冷却ゾーンおよびペレタイズ
ゾーンからなり、上記含浸ゾーンは、溶融したマトリッ
クス樹脂の押出機と、マトリックス樹脂を定量吐出する
ギアポンプと、マトリックス樹脂を薄膜状で塗布含浸す
る含浸部と、該マトリックス樹脂が塗布含浸された開繊
繊維束を集束して賦型する集束賦型部を有することを特
徴とする長繊維ペレットの製造装置。
【請求項９】開繊装置を前記含浸ゾーンの前部に設けた
ことを特徴とする長繊維ペレットの製造装置。
【請求項１０】含浸部が塗布含浸ダイと含浸促進バーか
らなり、マトリックス樹脂が塗布された開繊繊維束を、
塗布含浸ダイの端面に当接状態で走行させ、マトリック
ス樹脂を該開繊繊維束間に割り込ませて含浸するように
したことを特徴とする請求項８または９に記載の長繊維
ペレットの製造装置。
【請求項１１】強化繊維束が炭素繊維であることを特徴
とする請求項８〜１０のいずれかに記載の長繊維ペレッ
トの製造装置。