JP2002187127A - 長繊維ペレットの製造方法および製造装置 - Google Patents

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束の浮きが生じず、射出成
形機の金型汚れが殆どなく、成形材料の樹脂含浸性が高
く、以て高品位な成形品を大量生産できる長繊維ペレッ
トの製造方法および製造装置を提供する。 【解決手段】連続的に供給されてくる繊維束を幅方向に
開繊した後、マトリックス樹脂を開繊繊維束間に含浸さ
せる含浸工程を有する長繊維ペレットの製造方法におい
て、開繊繊維束を、曲面を有するダイと該ダイの曲面部
と対向する位置に設けられた加熱部材との間の前記ダイ
の曲面に当接して通過させ、薄膜状の上記マトリックス
樹脂を上記ダイから吐出して開繊繊維束に塗布してダイ
側になすりつけ、該マトリックス樹脂を開繊繊維束の内
部までしみ込ませて含浸することを特徴とする長繊維ペ
レットの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＲＴＰ（繊維強
化熱可塑性樹脂）の成形材料となる長繊維ペレットの製
造方法および製造装置に関する。さらに詳しくは、クリ
ールから高速で引き出された強化繊維束に、マトリック
ス樹脂である熱可塑性樹脂を内部までしみ込ませた樹脂
含浸度の高い長繊維ペレットの製造方法および製造装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気・電子機器分野の急速な普及
と高性能化に伴い、電気・電子機器の人体への影響防止
や機器相互の放射電磁波干渉による誤作動防止などのた
め、例えばパーソナルコンピューター、ワードプロセッ
サ等のＯＡ機器や、携帯電話、トランシーバー等の通信
機器のような筺体や内装部品などに導電性機能を付与
し、電磁波シールド性の要求とともに、強度や耐衝撃性
が強く求められている。

【０００３】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。

【０００４】しかしながら、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。

【０００５】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。
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比較的簡単な設備で製
造できる反面、強化繊維束に樹脂が含浸されていないた
め、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
や露出した繊維による種々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が、このような樹脂は非常に
脆いという欠点があった。また、成形品の表面側のゲー
ト位置回りに、強化繊維束の分散不良による強化繊維の
かたまり、いわゆる強化繊維束の浮きと呼ばれる状況が
生じ易く、浮きが発生すると表面の外観不良に繋がると
いう欠点があった。

【０００７】また、強化繊維束を吸引開繊した後、熱可
塑性樹脂を含浸させる方法として特許第３０２７５４０
号公報に提案されている。しかしながら、強化繊維束と
して炭素繊維を使用した場合、炭素繊維にはサイジング
剤が付与されているため、加熱してサイジング剤を軟化
してもその走行速度を１０〜１５ｍ／分以下にしないと
吸引開繊しても数式で定義された開繊指数の範囲に収ま
らず、処理速度アップによる生産性向上がなかなか難し
い。また、炭素繊維の単糸径はガラス繊維に比べ細いた
め、走行速度を上げると吸引する気体の流速を速くする
必要があり、吸引部で単繊維同士が擦過して毛羽の発生
に繋がるという欠点がある。

【０００８】

【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束の浮
きが生じず、射出成形機の金型汚れが殆どなく清掃頻度
が少なくて良く、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の
製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、 （１）連続的に供給されてくる繊維束を幅方向に開繊し
た後、マトリックス樹脂を開繊繊維束間に含浸させる含
浸工程を有する長繊維ペレットの製造方法において、開
繊繊維束を、曲面を有するダイと該ダイの曲面部と対向
する位置に設けられた加熱部材との間の前記ダイの曲面
に当接して通過させ、薄膜状の上記マトリックス樹脂を
上記ダイから吐出して開繊繊維束に塗布してダイ側にな
すりつけ、該マトリックス樹脂を開繊繊維束の内部まで
しみ込ませて含浸することを特徴とする長繊維ペレット
の製造方法。

【００１０】（２）マトリックス樹脂を薄膜状で吐出す
るダイのスリット幅は該ダイの曲面を呈する幅と実質的
に同一で、かつダイ曲面の長手方向に複数の微小溝を有
するとともに、該複数の微小溝を有する曲面部分はダイ
の端面と同一平面内になく窪み部に加工されていること
を特徴とする前記（１）に記載の長繊維ペレットの製造
方法。

【００１１】（３）前記ダイの曲面部と対向する位置に
設けられた加熱部材のダイ側の表面が、該ダイの曲面と
ほぼ同一の曲面にされていることを特徴とする前記
（１）または（２）に記載の長繊維ペレットの製造方
法。

【００１２】（４）前記なすりつけ時間の範囲が、０．
２〜０．８ｓｅｃであることを特徴とする前記（１）〜
（３）のいずれかに記載の長繊維ペレットの製造方法。

【００１３】（５）マトリックス樹脂が、重量平均分子
量が１０，０００〜１００，０００の熱可塑性樹脂から
なることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに
記載の長繊維ペレットの製造方法。

【００１４】（６）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前
記（５）に記載の長繊維ペレットの製造方法。

【００１５】（７）連続的に供給されてくる繊維束をク
リールから２０〜３５ｍ／分で引き出すことを特徴とす
る前記（１）〜（６）のいずれかに記載の長繊維ペレッ
トの製造方法。

【００１６】（８）繊維束が炭素繊維であることを特徴
とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の長繊維ペ
レットの製造方法。

【００１７】（９）周方向に複数の微小溝を有する加熱
したバーを前記ダイの前後に設けたことを特徴とする前
記（１）〜（８）のいずれかに記載の長繊維ペレットの
製造方法。

【００１８】（１０）前記含浸工程のあとに集束賦型部
を設け、該集束賦型部における含浸されたマトリックス
樹脂の温度低下が含浸部よりも１０℃以下であるように
したことを特徴とする前記（１）〜（９）のいずれかに
記載の長繊維ペレットの製造方法。

【００１９】（１１）ボビンを装着したクリールと、繊
維束を幅方向に開繊する開繊装置と、マトリックス樹脂
を開繊繊維束間に含浸するための含浸部と、樹脂含浸開
繊繊維束を集束して賦型する集束賦型部と、ガット糸を
冷却する冷却部と、ガット糸を切断するペレタイズ装置
からなることを特徴とする長繊維ペレットの製造装置。

【００２０】（１２）含浸部はダイと該ダイの裏側に設
けられた加熱部材からなるとともに、該ダイはマトリッ
クス樹脂を薄膜状で吐出する機構と、樹脂付き開繊繊維
束の開繊幅を維持する機構と、開繊繊維束に塗布された
マトリックス樹脂を開繊繊維束の内部までしみ込ませて
含浸する機構を備え、ダイの裏側の加熱部材はマトリッ
クス樹脂の温度を保持してマトリックス樹脂が開繊繊維
束の中を流動し易くする機能を備えたことを特徴とする
前記（１１）に記載の長繊維ペレットの製造装置。

【００２１】（１３）繊維束が炭素繊維であることを特
徴とする前記（１１）または（１２）に記載の長繊維ペ
レットの製造装置。

【００２２】（１４）ダイの前後に開繊繊維束の開繊幅
を保持するための保持機能を備えたことを特徴とする前
記（１１）〜（１３）のいずれかに記載の長繊維ペレッ
トの製造装置。

【００２３】

【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。図１、図２、図３、図
４、図５および図６は、本発明の一実施態様に係る製造
方法および製造装置を示している。

【００２４】図１は、本発明に用いるダイおよびダイの
裏側の加熱部材の概略縦断面図、図２は、図１でダイ裏
側の加熱部材を取り除いた状態で、ダイの裏側のＺ方向
から見た概略平面図、図３は、図１におけるＡ−Ａ部断
面図、図４は、図１のダイの裏側の加熱部材の概略斜視
図、図５は、本発明の長繊維ペレット製造装置の一例を
示す概略斜視図、図６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。

【００２５】まず、本発明の製造装置の中でも重要な含
浸工程での主要部品であるダイ回りの構成要素を説明す
る。図１においてダイ１０は、調節側ブロック１１と固
定側ブロック１２とスリット部材１３およびダイの裏側
の加熱部材１４の主要部材で構成され、スリット部材１
３は調節側ブロック１１に取付た取付板１５を介して固
定されている。固定側ブロック１２のスリット先端部に
は溶融したマトリックス樹脂２が溜まるようＲ面取り１
６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１７と該流入孔１７に繋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１
８が調節側ブロック１１と固定側ブロック１２に各々半
割状で加工されている。なお、流入孔１７は、キャビテ
ィー１８の長手方向の中央部に設けられている。

【００２６】次に図１でダイの裏側の加熱部材を取り除
いた状態で、ダイの裏側のＺ方向から見た概略平面図で
ある図２において、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の開繊維持と、溶融したマトリ
ックス樹脂２が、走行する開繊繊維束７１によってダイ
１０の後部側へ運ばれ、溶融したマトリックス樹脂が途
切れないよう、曲面を有する固定側ブロック１２には開
繊繊維束７１の開繊幅と同一幅で長手方向に複数の微小
溝１９が加工されている。

【００２７】また、固定側ブロック１２の曲面に加工さ
れた複数の微小溝１９は、図１のＡ−Ａ部断面図である
図３に示す如く、曲面を有するダイ１０の端面１０ａ，
１０ｂと同一平面内になく、窪み部２０に加工されてい
る。すなわち、ダイ１０は、ダイの裏側のＺ方向から見
た図２において、固定側ブロック１２には、ダイの長手
方向中心位置から上下対称で調節側ブロック１１に取付
られたスリット部材１３の幅だけ、ダイの長手方向に波
形形状を呈した複数の微小溝１９が加工されている。こ
の微小溝１９が加工された幅の部分は、各部品を組立た
ダイを取り付けるため穴グリ加工された部分（微小溝１
９を挟んで左右に帯状になったところ）よりも数ｍｍ窪
んでいる。

【００２８】また、図１のダイの裏側の加熱部材の概略
斜視図である図４に示すように、ダイ１０側の曲面を加
熱する加熱部材１４の曲面２１は、ダイ１０の曲面とほ
ぼ同一曲面で平滑面に仕上られ、ダイ１０に加工された
微小溝１９と隙間をもって対向する形で配設されてい
る。

【００２９】次に、本発明の長繊維ペレット製造装置の
一例を示す概略斜視図に基づき製造装置の構成要素を説
明する。図５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、
含浸部５、集束賦型部３０、冷却部４０およびペレタイ
ズ装置５０から構成されている。

【００３０】含浸部５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６と、上記マトリックス
樹脂２を定量吐出するギアポンプ７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ダイ１０と含浸
促進バー２３で構成されている。

【００３１】また、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３０は、集束部材３１と賦型ブロック３２
および賦型ノズル３３で構成されている。

【００３２】含浸部５周りの構成をさらに詳しく述べる
と、スクリユー押出機６の先端側にはギアポンプ７やダ
イ１０を取り付けるためのダイブロック８が設けられ、
ギアポンプ７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９に連
結されている。また、スクリユー押出機６、ダイブロッ
ク８、ギアポンプの駆動系９、ダイ１０、加熱部材１
４、含浸促進バー２３、集束部材３１、賦型ブロック３
２、賦型ノズル３３は、図示しない給電設備に接続さ
れ、モー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。

【００３３】また、ダイ１０の後部位置の含浸促進バー
２３は複数本配設され、その形状は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Ｕ溝が加工したもの
や単なる筒状になったものなどである。

【００３４】図５に示すように、含浸部５を経て集束賦
型部３０を出たガット糸７３は、次の冷却部４０へと進
行して行く。冷却部４０は、箱体４１の内部に図示を省
略した冷却水を通水した非常にシンプルなもので、箱体
４１の上面にガット糸７３が接触しつつ次のペレタイズ
装置５０に向かって走行している。

【００３５】ペレタイズ装置５０に走行してきたガット
糸７３は、該ペレタイズ装置５０で切断されペレット化
される。ペレタイズ装置５０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５１と金属製の円筒外
周面にゴムを付けたトップローラ５２と固定刃５３およ
び回転刃５４で構成され、固定刃５３以外は図示しない
軸受に支持されている。また、ペレタイズ装置５０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５１、回転刃５４が回転するようになっ
ている。

【００３６】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隔が広がるように開繊するための開
繊装置６０が前記含浸部５の前部に配設されている。図
６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とフリーローラ６３を縦振動す
るための駆動機構６４で構成されている。駆動機構６４
は、偏芯ボス６５、伝達軸６６およびスライド部材６７
からなり、可変速モータ６２の回転運動は、駆動機構６
４により往復運動に変換される。複数のフリーローラ６
１は、縦振動するフリーローラ６３の区間を除き千鳥配
列で図示しない支持体に固定されている。強化繊維束７
０は、複数のフリーローラ６１を経由した後、縦振動す
るフリーローラ６３のところは上面を走行し開繊繊維束
７１となり、加熱バー２２を経由して含浸部５へと走行
して行く。加熱バー２２は図示しない給電設備に接続さ
れ、所望温度に加熱されるようになっている。

【００３７】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。

【００３８】走行速度Ｖでクリールから連続的に給糸さ
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。

【００３９】次に前処理部を通過した強化繊維束７０
は、ペレタイズ装置５０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６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の出力軸に取付た偏芯ボス６５と
伝達軸６６を介して繋がったスライド部材６７に取付た
フリーローラ６３の上面に至る。フリーローラ６３は、
一定の周波数で往復運動しているため、縦振動するフリ
−ローラ６３が隣り合うフリーローラ６１の上面より下
がると、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。その状態で縦振動するフリー
ローラ６３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。縦振動するフリーローラ６３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や加熱バ
ー２２で開繊繊維束７１の開繊を維持しながら次の含浸
部５へと開繊繊維束７１は向かう。

【００４０】含浸部５に進行してきた開繊繊維束７１
は、図１から図５に示すように、ダイ１０の裏側に配備
された加熱部材１４で加熱されつつ曲面を有するダイ１
０側になすりつけながら走行する。ダイ１０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１２のＲ面取り部とスリット部材
１３との間で溜め、溶融したマトリックス樹脂２を上記
開繊繊維束７１間に一方向からなすりつけることにより
割り込ませて含浸し、さらに千鳥配列された複数本の含
浸促進バー１９の外周面に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をこすりつけることによ
り、含浸度アップと走行変換を行った後、集束賦型部３
０に入って行く。

【００４１】集束賦型部３０では、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
工した溝を有する加熱された集束部材３１で紐状に集束
し、加熱された賦型ノズル３３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３３を出た直後のガット糸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
却部４０へと進め、箱体４１の上面を内部から冷却水で
冷やしガット糸７３が箱体４１の上面を通過中に温度を
下げている。

【００４２】冷却部４０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７
３は、冷却部４０の後部に位置するペレタイズ装置５０
へと進んで行く。

【００４３】ペレタイズ装置５０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５１と、金属製の円筒外周面にゴム
を付けたトップローラ５２でニップされる。その後上記
ボトムローラ５１の横に配設された固定刃５３と、駆動
系に接続され該固定刃５３と極僅かな隙間を有する回転
刃５４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。

【００４４】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
加することによりさら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や縦振動するフリーローラ６３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部５に入って行くことが望
ましいため、含浸部５とできる限り距離が接近している
ことが好ましい。

【００４５】また、図１において、ダイ１０は、調節側
ブロック１１と固定側ブロック１２とスリット部材１３
およびダイの裏側の加熱部材１４の主要部材で構成され
ており、固定側ブロック１２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１６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１
２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１２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が途切れず均一に付着させるために、ダイ
１０の曲面の長手方向に複数の微小溝１９を設けること
や、スリット部材１３の先端面が極僅かだけ固定側ブロ
ック１２のＲ面取りした端面より飛び出しているのが好
ましい。

【００４６】図１において、ダイ１０は、調節側ブロッ
ク１１と固定側ブロック１２とスリット部材１３および
ダイの裏側の加熱部材１４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１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あれば良い。

【００４７】また、図５において、ダイ１０の前後に加
熱したバーを配設した態様を示したが、ダイ１０の前の
加熱したバーについては、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、繊維束の本数等に
より、不要な場合もある。

【００４８】また、図５において、ダイ１０の後部に位
置する含浸促進バー２３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Ｕ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２３は、強化繊維束７０の種
類、形状、繊維束の本数等により、複数本全てが単なる
筒状になったもので良い場合もあり得る。また、含浸促
進バー２３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２３の表面仕
上は滑らかな機械加工仕上で構わない。

【００４９】また、図５の集束賦型部３０で、開繊繊維
束７１に塗布含浸された溶融したマトリックス樹脂２の
粘度アップを抑えるため、該集束賦型部３０での温度低
下範囲は、含浸部５の実温に対し１０℃以下が好まし
く、５〜１０℃がさらに好ましく、５℃以下がより好ま
しい。

【００５０】また、図５の集束部材３１は、図を省略し
箱体のトンネル状を配設し、次いで加熱された賦型ブロ
ック３２に配設された賦型ノズル３３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。

【００５１】また、図５において、冷却部４０を走行す
るガット糸７３の冷却は、箱体４１の上面を内部から冷
却水で冷やす態様を示したが、本態様に必ずしも限定さ
れるものではない。

【００５２】また、図６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の出力軸に取付た偏芯ボス
６５と伝達軸６６を介して繋がったスライド部材６７に
取付たフリーローラ６３が往復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い長繊維ペ
レットの切断長さの範囲は、１〜５０ｍｍが好ましい。
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。

【００５３】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、力学的特性の向上効果に優れた炭素繊維が好ま
しい。

【００５４】本成形材料に用いるマトリックス樹脂であ
る熱可塑性樹脂は、特に限定されない。ポリアミド（ナ
イロン６、ナイロン６６等）、ポリオレフィン（ポリエ
チレン、ポリプロピレン等）、ポリフェニレンサルファ
イド、ポリカーボネート等を用いることができる。ま
た、ナイロン６とナイロン６６との共重合ナイロンのよ
うに共重合したものであっても良い。また、目的に応じ
て、難燃剤、難燃助剤、流動性改質剤、酸化防止剤等の
任意の添加剤を使用しても良い。

【００５５】溶融したマトリックス樹脂を含浸部で含浸
させ、その樹脂含浸度を上げることを考慮すると、熱可
塑性樹脂は粘度が低い方が好ましく、重量平均分子量で
１０，０００〜１００，０００の範囲が好ましい。

【００５６】

【実施例】［実施例１］図５は、本実施例で使用した製
造装置の概略斜視図で、図１から図４および図６に製造
装置を構成した装置をより詳しく示した。

【００５７】図１〜図６に示す装置において、含浸部５
を構成する主要部材は、スクリュー押出機６、ギアポン
プ７、ダイ１０、含浸促進バー２３である。また、集束
賦型部３０を構成する主要部材は、集束部材３１と賦型
ブロック３２および賦型ノズル３３である。

【００５８】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８の上面に取り付け、ギアポンプ駆動系９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８の下面には、塗布含浸幅が３０ｍｍでス
リット間隔δが１．２ｍｍのダイ１０を取り付けた。ダ
イ１０は、調節側ブロック１１、固定側ブロック１２、
スリット部材１３およびダイの裏側の加熱部材１４から
成る主要部材で構成され、固定側ブロック１２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１６の大
きさはＲ８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がなすりつけられる部分は半径５
００ｍｍの円弧とし、流入孔１７の中心からダイ後部端
面までの長さＬは２００ｍｍとした。また、上記開繊繊
維束７２がなすりつけられる曲面と４０ｍｍ空隙が空く
よう加熱部材１４を配備した。また、スリット部材１３
の先端面が固定側ブロック１２のＲ面取りした端面より
０．５ｍｍだけ飛び出すようにした。

【００５９】ダイ１０の固定側ブロック１２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φ２０ｍｍで外周面を
滑らかに機械仕上し、棒状ヒータを内蔵した含浸促進バ
ー２３でさら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。

【００６０】含浸促進バー２３の後部に、棒状ヒータを
内蔵し長さ５０ｍｍで、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
集束部材３１を配設した。集束部材３１の溝は、滑らか
に機械加工されている。

【００６１】集束部材３１のさらに後部にノズル口径が
φ１．８ｍｍ、ノズル長さが１４ｍｍでノズルの端面が
Ｒ面取り加工された賦型ノズル３３を棒状ヒータを内蔵
した賦型ブロック３２の集束部材側の側面に取付けた。

【００６２】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、含浸部５を構成するダイ１０、
加熱部材１４、含浸促進バー２３、集束賦型部３０を構
成する集束部材３１、賦型ノズル３３および含浸部５手
前の加熱バー２２等は、その加熱温度が２８０℃〜３０
０℃になるよう設定した。

【００６３】次に、冷却部４０を構成する上面が冷却水
で冷やされた箱体４１は、ガット糸７３の走行方向長さ
が１５００ｍｍ、幅方向長さが３００ｍｍで高さ１５０
ｍｍとし、前記ガット糸７３が箱体４１の上面を接しな
がら走行するようにし、賦型ノズル３３から箱体４１入
口までの距離を２ｍとした。

【００６４】冷却部４０の後方５ｍの位置にペレタイズ
装置５０を設置した。ペレタイズ装置５０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φ
７０ｍｍのボトムローラ５１と、金属製の円筒外周面に
ゴムを付けた直径φ１００ｍｍのトップローラ５２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５１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５３と、駆動系に接続さ
れ該固定刃５３と極僅かな隙間を有する直径φ１６０ｍ
ｍの回転刃５４に入り、所定長さに切断され長繊維ペレ
ット７５となってペレタイズ装置５０の機外に放出され
る。

【００６５】含浸部５の前部に配設した開繊装置６０
は、直径φ３０ｍｍ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に可変速できる可変速モ
ータ６２とフリーローラ６３を縦振動するための駆動機
構６４で構成した。なお、縦振動するフリーローラ６３
は、上記フリーローラ６１と同仕様のものを用いた。可
変速モータ６２の出力軸に取付た偏芯ボス６５の伝達軸
６６取付位置は、可変速モータ６２の出力軸と２５ｍｍ
隔てた。複数のフリーローラ６１は、縦振動するフリー
ローラ６３の区間を除きピッチ８０ｍｍの千鳥配列で図
示しない支持体に固定した。縦振動するフリーローラ６
３の区間は、１６０ｍｍ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、縦振動するフリーロ
ーラ６３の上死点は、１６０ｍｍ隔てたフリーローラ６
１の上面より２０ｍｍ高い位置とした。また、縦振動す
るフリーローラ６３の往復運動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、該フリー
ローラ６３の後部に配設したフリーローラ６１の外周側
面に、図示を省略したスリットノズルから出る圧縮空気
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、縦振動するフリーローラ６３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７
１は、開繊装置６０の最後尾のフリーローラ６１から加
熱バー２２を経由し、開繊を維持しながら含浸部５へと
走行して行く。最後尾のフリーローラ６１の芯とダイ１
０のスリット隙間δまでの距離は６０ｍｍとした。

【００６６】次に上記実施例装置の実施条件と効果を説
明する。

【００６７】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３０ｍ／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。

【００６８】強化繊維束７０が長繊維ペレット７５中に
占める重量割合、すなわち強化繊維束含有率を３０重量
％にすべくギアポンプ駆動系９の回転数は４３ｒｐｍに
設定した。

【００６９】開繊装置６０では、可変速モータ６２を５
００ｒｐｍで回転させてフリーローラ６３を８．３Ｈｚ
で縦振動し、０．２５ＭＰａの圧縮空気をスリットノズ
ルから強化繊維束７０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２４ｍｍ〜２
８ｍｍ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。

【００７０】次に、開繊繊維束７１をダイ１０の裏側を
加熱する加熱部材が配備されたダイ１０に導き、スクリ
ュー押出機６から２８０℃で溶融させたナイロン６樹脂
を該ダイ１０のスリット隙間δから薄膜状で吐出し、曲
面を有するダイ１０のなすりつけ面で開繊繊維束７１に
塗布後、一方向から前記樹脂を割り込ませて含浸し、後
部の含浸促進バー２３でさらに接触面を強制的に繰り返
し変え含浸度を上げた。

【００７１】次に、この扁平状のナイロン６樹脂が塗布
含浸された開繊繊維束を、集束部材３１と孔径φ１．８
ｍｍの賦型ノズル３３を通過させた後冷却部４０で室温
近くまで冷却し、ペレタイズ装置５０に導いて長さ７ｍ
ｍ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。

【００７２】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９０％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、３０．５重量％であった。

【００７３】この得られた長繊維ペレット７５とナイロ
ン６樹脂チップを全体に対して炭素繊維が３０重量％と
なるように混合し、型締力３５０Ｔｏｎの射出成形機に
より、外形が約３００ｍｍ×約２１０ｍｍ、高さ約３０
ｍｍ、厚み１ｍｍ弱の筺体試験品をゲートが数点ある金
型を用いて成形した。成形材料である長繊維ペレット７
５をホッパーに投入後、成形に問題は生じず、ゲートの
反対側、すなわち成形品の表面に強化繊維の浮きのない
奇麗な筺体試験品が得られた。また、含浸助剤を用いて
いないために、成形時にガスの発生が極めて少ない。こ
のため、射出成形機の金型汚れが少なく、連続成形して
も通常の金型と同程度の清掃頻度で十分であることが分
かった。

【００７４】［実施例２］実施条件として、強化繊維束
７０の走行速度を３５ｍ／分にすべくギアポンプ駆動系
９の回転数を５０ｒｐｍに設定した以外は、全て実施例
１と同一条件とした。

【００７５】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８０％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、３
０．２重量％であった。得られた長繊維ペレット７５に
は多少小さなボイドが認められたが、品質には何ら問題
のないレベルであった。

【００７６】この得られた長繊維ペレット７５とナイロ
ン６樹脂チップを全体に対して炭素繊維が３０重量％と
なるように混合し、実施例１と同じ金型を装着した同じ
射出成形機を用いて成形した。その結果、実施例１で得
た筺体試験品と遜色のないものが得られた。

【００７７】［比較例１］実施条件として、ダイの裏側
に配備の加熱部材１４を取り除いた以外は、全て実施例
１と同一条件とした。

【００７８】長繊維ペレット７５試作中に、ペレタイズ
装置５０で切断され、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の単繊維の一部が混入した。

【００７９】この長繊維ペレット７５を実施例１と同様
に分析評価した結果、未含浸部が認められ、樹脂含浸度
は６０％と低い値であった。

【００８０】この得られた長繊維ペレット７５とナイロ
ン６樹脂チップを全体に対して炭素繊維が３０重量％と
なるように混合し、実施例１と同じ金型を装着した同じ
射出成形機を用いて成形した結果、ゲートの反対側即ち
成形品の表面側のゲート位置回りに、強化繊維束の分散
不良による強化繊維のかたまり、いわゆる強化繊維束の
浮きと呼ばれる状況が発生し、品位が優れない筺体試験
品であった。

【００８１】［比較例２］実施条件として、図７に示す
ダイをダイブロックに装着した以外は、全て実施例１と
同一条件とした。図７に示す通りスリット間隔δは１．
２ｍｍ、固定側ブロック１２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１６の大きさはＲ５、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
をなすりつける部分は半径２５０ｍｍの円弧で長手方向
に複数の微小溝なし、流入孔１７の中心からダイ後部端
面までの長さＬは６０ｍｍ、スリット部材１３の先端面
が固定側ブロック１２のＲ面取りした端面より０．５ｍ
ｍ飛び出している。なお、ダイの裏側を加熱する部材は
ない。

【００８２】強化繊維束７０の走行速度が３０ｍ／分で
あるため、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をなすりつける時間は０．１２ｓｅｃと
極めて短い。このため、長繊維ペレット７５試作中に、
ペレタイズ装置５０で切断され、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の単繊維が結構混
入した。

【００８３】この長繊維ペレット７５を実施例１と同様
に分析評価した結果、あちらこちらに未含浸部が認めら
れ、樹脂含浸度は４０％以下であった。

【００８４】この得られた長繊維ペレット７５は、比較
例１よりもさらに樹脂含浸度が低いため、成形評価は行
わなかった。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
クリールから連続的に給糸される複数の単繊維からなる
強化繊維束を幅方向に開繊した後、曲面を有するダイと
ダイの裏側にダイの曲面を加熱する加熱部材を設け、溶
融したマトリックス樹脂を薄膜状で開繊繊維束に塗布し
てダイ側になすりつけて走行させるようにしたので、マ
トリックス樹脂が流動し易い状態で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、高速
下で樹脂含浸性の高い高品位な長繊維ペレットを生産す
ることができる。高速運転ができるため大量生産がで
き、長繊維ペレットの低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダイおよびダイの裏側の加熱部材の一
例を示す概略縦断面図である。

【図２】図１でダイ裏側の加熱部材を取り除いた状態
で、ダイの裏側のＺ方向から見た概略平面図である。

【図３】図１でＡ−Ａ部における断面図である。

【図４】図１のダイの裏側の加熱部材の概略斜視図であ
る。

【図５】本発明の長繊維ペレット製造装置の一例を示す
概略斜視図である。

【図６】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７】比較例ダイの概略縦断面図である。

【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 ５：含浸部 ６：スクリュー押出機 ７：ギアポンプ ８：ダイブロック ９：ギアポンプの駆動系 １０：ダイ １０ａ，１０ｂ：ダイの端面 １１：調節側ブロック １２：固定側ブロック １３：スリット部材 １４：加熱部材 １５：取付板 １６：Ｒ面取り １７：流入孔 １８：キャビティー １９：微小溝 ２０：窪み部 ２１：加熱部材の曲面 ２２：加熱バー ２３：含浸促進バー ３０：集束賦型部 ３１：集束部材 ３２：賦型ブロック ３３：賦型ノズル ４０：冷却部 ４１：箱体 ５０：ペレタイズ装置 ５１：ボトムローラ ５２：トップローラ ５３：固定刃 ５４：回転刃 ６０：開繊装置 ６１：フリーローラ ６２：可変速モータ ６３：フリーローラ ６４：駆動機構 ６５：偏芯ボス ６６：伝達軸 ６７：スライド部材 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 Ｌ：流入孔の中心からダイ後部端面までの長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F072 AA04 AB10 AB22 AD44 AD46 AG05 AH13 AH25 AH33 AH49 AK04 AL11 4F201 AA29 AA34 AD16 AH33 BA02 BC01 BC02 BC12 BC15 BC37 BD04 BL13 BL34 BL44

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続的に供給されてくる繊維束を幅方向に
   開繊した後、マトリックス樹脂を開繊繊維束間に含浸さ
   せる含浸工程を有する長繊維ペレットの製造方法におい
   て、開繊繊維束を、曲面を有するダイと該ダイの曲面部
   と対向する位置に設けられた加熱部材との間の前記ダイ
   の曲面に当接して通過させ、薄膜状の上記マトリックス
   樹脂を上記ダイから吐出して開繊繊維束に塗布してダイ
   側になすりつけ、該マトリックス樹脂を開繊繊維束の内
   部までしみ込ませて含浸することを特徴とする長繊維ペ
   レットの製造方法。
2. 【請求項２】マトリックス樹脂を薄膜状で吐出するダイ
   のスリット幅は該ダイの曲面を呈する幅と実質的に同一
   で、かつダイ曲面の長手方向に複数の微小溝を有すると
   ともに、該複数の微小溝を有する曲面部分はダイの端面
   と同一平面内になく窪み部に加工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の製造方法。
3. 【請求項３】前記ダイの曲面部と対向する位置に設けら
   れた加熱部材のダイ側の表面が、該ダイの曲面とほぼ同
   一の曲面にされてい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の製造方法。
4. 【請求項４】前記なすりつけ時間の範囲が、０．２〜
   ０．８ｓｅｃ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の製造方法。
5. 【請求項５】マトリックス樹脂が、重量平均分子量が１
   ０，０００〜１００，０００の熱可塑性樹脂からなるこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の長繊維
   ペレットの製造方法。
6. 【請求項６】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５
   に記載の長繊維ペレットの製造方法。
7. 【請求項７】連続的に供給されてくる繊維束をクリール
   から２０〜３５ｍ／分で引き出すことを特徴とする請求
   項１〜６のいずれかに記載の長繊維ペレットの製造方
   法。
8. 【請求項８】繊維束が炭素繊維であることを特徴とする
   請求項１〜７のいずれかに記載の長繊維ペレットの製造
   方法。
9. 【請求項９】周方向に複数の微小溝を有する加熱したバ
   ーを前記ダイの前後に設けたことを特徴とする請求項１
   〜８のいずれかに記載の長繊維ペレットの製造方法。
10. 【請求項１０】前記含浸工程のあとに集束賦型部を設
    け、該集束賦型部における含浸されたマトリックス樹脂
    の温度低下が含浸部よりも１０℃以下であるようにした
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の長繊
    維ペレットの製造方法。
11. 【請求項１１】ボビンを装着したクリールと、繊維束を
    幅方向に開繊する開繊装置と、マトリックス樹脂を開繊
    繊維束間に含浸するための含浸部と、樹脂含浸開繊繊維
    束を集束して賦型する集束賦型部と、ガット糸を冷却す
    る冷却部と、ガット糸を切断するペレタイズ装置からな
    ることを特徴とする長繊維ペレットの製造装置。
12. 【請求項１２】含浸部はダイと該ダイの裏側に設けられ
    た加熱部材からなるとともに、該ダイはマトリックス樹
    脂を薄膜状で吐出する機構と、樹脂付き開繊繊維束の開
    繊幅を維持する機構と、開繊繊維束に塗布されたマトリ
    ックス樹脂を開繊繊維束の内部までしみ込ませて含浸す
    る機構を備え、ダイの裏側の加熱部材はマトリックス樹
    脂の温度を保持してマトリックス樹脂が開繊繊維束の中
    を流動し易くする機能を備えたことを特徴とする請求項
    １１に記載の長繊維ペレットの製造装置。
13. 【請求項１３】繊維束が炭素繊維であることを特徴とす
    る請求項１１または１２に記載の長繊維ペレットの製造
    装置。
14. 【請求項１４】ダイの前後に開繊繊維束の開繊幅を保持
    するための保持機能を備えたことを特徴とする請求項１
    １〜１３のいずれかに記載の長繊維ペレットの製造装
    置。