JP2005144834A - 繊維強化合成樹脂製品と繊維強化合成樹脂粒の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 通常の構造の押出機を使用して、原料樹脂粒と長繊維のままの強化用繊維材とを混練し、強度が高く且つ機能の優れた繊維強化合成樹脂製品及び繊維強化合成樹脂粒を得る製造方法と製造装置の提供。
【解決手段】 原料樹脂粒１１と強化用繊維材１２とからなる原料素材を使用し、原料樹脂粒１１はホッパー２ｈから、強化用繊維材１２が紐等長尺ものとして同じホッパー２ｈから、又は別途供給部２ｓに形成した供給穴２ｍから同時に且つ連続的に平行して押出機２の供給部２ｓに供給して圧縮部２ｐに加熱移送し、次いで圧縮部２ｐにて溶融、混錬し金型２ｄに押し出して繊維強化合成樹脂成形品１０に、又は造粒成形部２ｇへ移送してストランド状に押し出し切断して成型用の繊維強化合成樹脂粒１を得る。
【選択図】 図１

Description

この発明は、繊維強化合成樹脂製品と繊維強化合成樹脂粒材料の製造方法の分野に於ける、原料素材である繊維材料と合成樹脂とを混合する手段並びに製造装置に関する。
に関する。

合成樹脂は単体で使用されることもあるが、用途によっては剛性等物理的な性質を改良する目的で、熱可塑性合成樹脂に有機若しくは無機の強化用繊維材を混合して使用することが多い。この様な強化用繊維材を含む複合樹脂組成物に於いて、強化用繊維材として長繊維を用いてペレット化したものは、連続繊維で強化した樹脂複合物に近い機械的特性と耐久性を有すると共に、短繊維強化合成樹脂と同様な成形性を有する。そして、この様な性質を有する繊維強化合成樹脂は、適宜な長さに切断した強化用繊維材と熱可塑性合成樹脂とを通常の押出機で溶融、混錬し、溶融、混錬された原料樹脂をノズルから金型に押し出して製品としたり、細長く押し出してストランドとしてから固体切断して成型用のペレットを得ていた。

しかしながら、上述したような通常の熱可塑性合成樹脂用の押出機乃至可塑装置を用いて通常の条件で混練を行うと、可塑化時に強化用繊維が破断し、短くなって剛性を低下させたり、混練時に繊維の破断を防ぐ目的で溶融樹脂に対する剪断力を弱くして可塑化すると繊維が分散せずに不均一に分布し、剛性を低下させたり方向性が出現したりする欠点があった。

この欠点を解消するための成型用の繊維強化合成樹脂の製造方法に関して、先行技術をあげると、特開平１１−３４１３１号公報に記載された押出機は、その内部の、繊維や合成樹脂等、原材料の移送、加熱、混練、ノズルへの圧送を行うスクリューの形状を工夫することにより、移送路における場所的な移送速度、加熱度、混練度を変化させて、繊維の破断を防ぎながら拡散をはかるものである。原料素材の供給は、連続長繊維束に合成樹脂を含浸させて供給する。この技術では、予め繊維束に合成樹脂を含浸させるので原料素材の供給に手数を要し、その上、押出機のスクリューがピッチや直径が場所的に異なる特殊な形状のために製造が容易でないという欠点があった。又、特開２０００−１１７７３１号公報に記載された押出機は、押出機の始端部の樹脂用ホッパーから熱可塑性合成樹脂を供給し、中間部に設けられた強化繊維用ホッパーから０．０５ｍｍ乃至５ｍｍ程度の短繊維を供給する。混練された繊維強化合成樹脂は出口方向に所定の広がりを有するダイホルダーのノズルへ圧送され、造粒成形部を経て成型用の樹脂ペレットとなる。この押出機では特殊なダイホルダープレートを使用する必要があり、そのため通常の押出機を使用することが出来ず、又、短繊維しか混合できないためにあらかじめ繊維を切断しておく手数を必要とするのみならず、製造された製品は長繊維を混合して得た繊維強化合成樹脂を使用したものと比較して剛性や強度に乏しいという欠点を有していた。
特開平１１−３４１３１号公報 特開２０００−１１７７３１号公報

長繊維を混練して強度が高く且つ機能の優れた繊維強化合成樹脂製品及び繊維強化合成樹脂粒を製造するには、繊維の破断を防ぎながら樹脂中の繊維の拡散をはからねばならないと言う要求が生じる。従来では、原料素材の供給は、連続長繊維束に合成樹脂を含浸させて供給するので、原料素材の供給に手数と熟練作業を必要とする欠点があり、更に押出機のスクリューをピッチや直径が場所的に異なる特殊な形状とすることが必要なので、そのために製造が容易でなく設備費が嵩むという欠点を有していた。又、強化用の繊維材料を切断して供給する手段では得られた繊維強化合成樹脂複合物の強度が低いという欠点があった。

そこで本発明は、この様な従来技術の有する諸欠点を解消し、通常の構造の押出機を使用することで設備経費を節減すると共に、原料樹脂粒と長繊維のままの強化用繊維材とを手数を掛けることなく供給し、混練し、繊維材料の破断を防ぎながら良好な分散状態とする事で、強度が高く且つ機能の優れた繊維強化合成樹脂製品並びに成型用の繊維強化合成樹脂粒を得る製造方法と製造装置とを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１発明である繊維強化合成樹脂製品の製造方法は、請求項１に記載のように、 原料樹脂粒１１と強化用繊維材１２とを、押出機２により加熱溶融、混錬し、押しだして繊維強化合成樹脂成型品を得る方法に於いて、繊維状、糸状又は紐形状の長尺の繊維材１２を原料樹脂粒１１と共に、同時に且つ連続的にホッパー２ｈから、又はホッパー２ｈの下端から材料圧縮部２ｐまでの間に形成した素材供給穴２ｍから供給して加熱移送しながら、圧縮部２ｐにて溶融、混錬し、押し出し用ノズル２ｎから金型２ｄ中に押し出して、繊維強化合成樹脂成形品１０を得る構成となっている。

第２発明である繊維強化合成樹脂粒の製造方法は、請求項２に記載のように、原料樹脂粒１１と強化用繊維材１２とを、押出機２により加熱溶融、混錬して成型用の繊維強化合成樹脂粒１を得る方法に於いて、繊維状、糸状又は紐形状の長尺の強化用繊維材１２を原料樹脂粒１１と共に、同時に且つ連続的にホッパー２ｈから、又はホッパー２ｈの下端から材料圧縮部２ｐまでの間に形成した素材供給穴２ｍから供給して加熱移送しながら、圧縮部２ｐにて溶融、混錬し、造粒成形部２ｇへ移送してストランド状に押し出し、切断して成型用の繊維強化合成樹脂粒１を得る構成となっている。

第３発明である繊維強化合成樹脂製品の製造装置は、請求項３に記載のように、樹脂押出機２と、繊維状、糸状又は紐形状の長尺の強化用繊維材１２の設置部２ｗとを備え、前記樹脂押出機２は、原料樹脂粒１１を供給するホッパー２ｈと、又はホッパー２ｈ及びホッパー２ｈの下端から材料圧縮部２ｐまでの間に形成した強化用繊維材１２供給穴２ｍとを具備し、更に、ホッパー２ｈの下端に連なる供給部２ｓと、原料素材を溶融、混錬する圧縮部２ｐと、 押し出し用ノズル２ｎと金型２ｄとを具備する構成となっている。

第４発明である繊維強化合成樹脂粒の製造装置は、請求項４に記載のように、樹脂押出機２と、繊維状、糸状又は紐形状の長尺の強化用繊維材１２の設置部２ｗとを備え、前記樹脂押出機２は、原料樹脂粒１１を供給するホッパー２ｈと、又はホッパー２ｈ及びホッパー２ｈの下端から材料圧縮部２ｐまでの間に形成した強化用繊維材１２供給穴２ｍとを具備し、更に、ホッパー２ｈの下端に連なる供給部２ｓと、原料素材を溶融、混錬する圧縮部２ｐと、押し出し用ノズル２ｎと造粒成形部２ｇとを具備する構成となっている。

本発明の繊維強化合成樹脂製品及び繊維強化合成樹脂粒の製造方法とその製造装置は、通常構造の押出機と造粒成形部とを使用し、且つ原料素材である原料樹脂粒と、紐、平帯、糸等長尺のものに形成された強化用繊維材とを、同一のホッパー、又はホッパーの下端から材料圧縮部までの間に形成した供給穴とから連続して同時に供給するので、混錬状態は良好であって強化繊維の破断が少なく且つ分散状態が良好で繊維の含有比率が均一な繊維強化合成樹脂を得て、最終的に強度並びに剛性が高く且つ方向性が少ない優れた製品を得る効果を有する。又、強化用繊維材は太さの一定した長尺もので供給されるので、原料樹脂粒に対する混合割合は定量的に正確であり、混合割合を変化させるには強化用繊維材の紐の太さ、又は条数、又は供給速度を変更することで、簡単に且つ正確に設定された混合割合とする事が出来るので、製造は簡単で且つ安定した品質の製品が得られる。しかも、強化用繊維材の配合作業が従来の製造方法より簡便であって熟練を要する作業を必要としないので、誰にでも装置の操作が可能であるから作業経費が節減できる特徴を有する。更に、製造設備としては何ら特殊な構造の押出機は必用ではなく、従来からの押出機を使用し、強化用繊維材の簡単な設置部を付加するだけであるから新たな設備投資は僅少であり、従って設備費が嵩む事はないという効果をも得られるに至ったのである。

本発明の実施態様を、課題を解決するための手段の記載及び図面を参照して説明すると、押出機２は通常のスクリュー型の押出機（エクストリューダ）を使用すればよい。強化用繊維材１２は、組み合わせる原料樹脂粒１１よりも耐熱性が高い樹脂素材の繊維を使用し、一般に長繊維、糸状、紐又は平帯等、長尺形状にして巻枠にコイル状に巻回したものか、或いは祖糸又はスライバー状態でパーンに巻いたものでも良い。両材料の供給形態は、原料樹脂粒１１はペレットの状態でホッパー２ｈに投入して供給する。又、巻回された強化用繊維材１２は、ホッパー２ｈの近傍に設けた設置部２ｗにセットされ、強化用繊維材１２を設置部２ｗからほぐすように引き出して、ガイドロール兼フィードガイドを介して供給速度を調節しながら原料樹脂粒１１と共にてホッパー２ｈの底部の穴から供給する。

或いは、強化用繊維材１２の別の供給形態として、別途、ホッパー２ｈの下端から材料圧縮部２ｐまでの間に形成した素材供給穴２ｍから供給しても良い。この場合には供給穴２ｍはホッパー２ｈの底部の穴から１ｍ以内であることが望ましい。いずれの形態に於いても、強化用繊維材１２は設置部２ｗに配置された巻枠又はパーンから引き出され、ガイドロール兼フィードガイドを介して供給速度を調節しながら周囲の原料樹脂粒１１に引きずられるような状態で、原料樹脂粒１１と共に供給部２ｓを移動しながら加熱され、原料素材を溶融、混錬する圧縮部２ｐに移送される。

原料樹脂粒１１と共に圧縮部２ｐに移送された強化用繊維材１２は、回転するスクリューの作用で移動しながら引きちぎられ裁断され、圧縮部２ｐ内で混錬される。圧縮部２ｐの内部の温度、圧力等の混錬条件は原料樹脂粒１１に対し通常に決められている温度、圧力に設定すればよい。圧縮部２ｐで溶融、混錬された原料素材は溶融状態の繊維強化合成樹脂となり、圧縮部２ｐの末端に位置するダイホルダーのノズル２ｎから押し出される。第１実施例では押出機の造粒成形部２ｇが冷却部２ｃと切断部２ｕとからなり、押し出された溶融状態の繊維強化合成樹脂は、冷却部２ｃの冷却水中を通過して固体のストランドとなり、該ストランドを切断部２ｕを通してペレット状の成型用の繊維強化合成樹脂粒１を得る。又、第２実施例では、ノズル２ｎに金型２ｄが結合されており、溶融状態の繊維強化合成樹脂は金型２ｄ内に押し出されて繊維強化合成樹脂製品１０となる。この製品はインゼクション成形品の場合でも、ブロー成形品の場合でもよい。

図１は第1実施例の全体構造を示す説明用側面図、図２は同、要部を示す説明用拡大図である。又、図３は第１実施例の変形例の全体構造を示す説明用側面図、図４は第２実施例の全体構造を示す説明用側面図である。

図１及び図２に示した第１実施例は、請求項４に記載され、第４発明に該当する繊維強化合成樹脂粒の製造装置である。第２発明に該当する製造方法を参照しながら説明すると、押出機２の前部は取り込んだ原料素材を加熱移送する供給部２ｓを形成している。供給部２ｓの前端部近くに原料樹脂粒１１を供給するホッパー２ｈと、その近傍に強化用繊維材１２をセットしてホッパー２ｈに送出する設置部２ｗとが設けられている。強化用繊維材１２は、紐形状にして巻枠にコイル状に巻回したものを用い、設置部２ｗの保持具にコイル状態で装着されている。原料素材を供給する方法は、強化用繊維材１２を設置部２ｗからほぐすように引き出してホッパー２ｈの底部の穴に挿入し、その周囲に原料樹脂粒１１のペレットを投入して、押出機２を作動させると、強化用繊維材１２はガイドロール兼フィードガイドを介して供給速度を調節されながら周囲を埋める原料樹脂粒１１のペレットに引きずられて原料樹脂粒１１と同時に且つ連続的に供給部２ｓに送られる。尚、図２にその一部を拡大して示すように、本実施例の押出機は一軸スクリュー型である。

供給部２ｓで混合された原料樹脂粒１１と強化用繊維材１２とからなる原料素材は、加熱されて圧縮部２ｐに移送されて溶融、混錬される。溶融、混錬後に圧縮部2ｐの末端部に設けられたノズル２ｎから押し出され、造粒成形部２ｇに送られて、造粒成形部２ｇを構成する冷却部２ｃの冷却水中を通過して線状のストランドとなり、切断部２ｕを通して成型用原料であるペレット形状の繊維強化合成樹脂粒１となる。

図３に示す第１実施例の変形例は、請求項４に記載され、第４発明に該当する繊維強化合成樹脂粒の製造装置である。第２発明に該当する製造方法と共に説明すると、押出機２の前部は供給された原料素材を加熱移送する供給部２ｓを形成している。供給部２ｓの前端部近くに原料樹脂粒１１を供給するホッパー２ｈと、その近傍に強化用繊維材１２をセットして供給部２ｓに送出する設置部２ｗと、更に、ホッパー２ｈの下端から材料圧縮部２ｐまでの間に形成した素材供給穴２ｍが設けられて、原料樹脂粒１１はホッパー２ｈから供給し、強化用繊維材１２は前記素材供給穴２ｍから連続的に供給する。ホッパー２ｈと供給穴２ｍ とはほぼ１ｍ程度隔たっている。

供給部２ｓに供給された後は、第１実施例と同様に、原料樹脂粒１１と強化用繊維材１２とは、圧縮部２ｐに移送されて溶融、混錬される。溶融、混錬後に圧縮部２ｐの末端部に設けられたダイホルダーのノズル２ｎから押し出され、造粒成形部２ｇに送られて、造粒成形部２ｇの冷却部２ｃの冷却水中を通過して線状のストランドとなり、切断部２ｕを通して成型用のペレット形状の繊維強化合成樹脂粒１となる。

図４に示す第２実施例は、請求項３に記載され、第３発明に該当する繊維強化合成樹脂製品の製造装置である。第１発明に該当する製造方法を参照しながら説明すると、押出機２の前部は供給された原料素材を加熱移送する供給部２ｓを形成している。供給部２ｓの前端部近くに原料樹脂粒１１と強化用繊維材１２とを供給部２ｓに取り込むホッパー２ｈと、その近傍に強化用繊維材１２をセットしてホッパー２ｈに送出する設置部２ｗとが設けられている。強化用繊維材１２は、紐形状にしてパーンに巻回したものを用い、設置部２ｗに配置されている。原料素材を供給する方法は、強化用繊維材１２を設置部２ｗからほぐすように引き出してホッパー２ｈの底部穴に挿入し、その周囲に原料樹脂粒１１のペレットを投入して、押出機２を作動させると、強化用繊維材１２はガイドロール兼フィードガイドを介して供給速度を調節されながら周囲を埋める原料樹脂粒１１のペレットに引きずられる様にして原料樹脂粒１１と同時に且つ連続的に供給部２ｓに送られる。

供給部２ｓに供給された原料樹脂粒１１と強化用繊維材１２とは、加熱されて圧縮部２ｐに移送されて溶融、混錬される。溶融、混錬後に圧縮部２ｐの末端部に設けられたノズル２ｎから金型２ｄに押し出され、繊維強化合成樹脂製品１０となる。

図示は省略するが、上記第２実施例にも強化用繊維材１２の供給方法に関して変形例が存在する。押出機２の構造は前記第１実施例の変形例の押出機と同一であって、その前部は供給された原料素材を加熱移送する供給部２ｓを形成している。供給部２ｓの前端部近くには原料樹脂粒１１を供給するホッパー２ｈと、その近傍に強化用繊維材１２をセットして供給部２ｓに送出する設置部２ｗと、更に、ホッパー２ｈの下端から材料圧縮部２ｐまでの間に形成した素材供給穴２ｍが設けられている。原料樹脂粒１１はホッパー２ｈから供給し、強化用繊維材１２は前記素材供給穴２ｍから連続的に供給する。供給された原料樹脂粒１１と強化用繊維材１２とは、圧縮部２ｐに移送されて溶融、混錬され、次いで圧縮部２ｐの末端部に設けられたノズル２ｎから金型２ｄに押し出され、繊維強化合成樹脂製品１０となる。

以上本発明の代表的と思われる実施例について説明したが、本発明は必ずしもこれらの実施例構造のみに限定されるものではなく、本発明にいう前記の構成要件を備え、かつ本発明の目的を達成し、同等の効果を有する範囲内において適宜改変して実施することができる。

本発明の繊維強化合成樹脂粒の製造方法及びその製造装置は、通常構造の押出機並びに造粒成形部と、簡単な構造の強化用繊維材設置部を付加するだけで有るから設備費が嵩む事はなく、製造方法に関しても従来の複合樹脂組成物の製造方法よりも簡便であって、熟練を要する余分の作業を必要とせず、しかも同等以上の優れた繊維強化合成樹脂粒が得られるので、新しいプラントは言うまでもなく、現行の設備に代えて広範囲に利用されることが予想される。

第1実施例の全体構造を示す説明用側面図。 同、要部を示す説明用拡大図。 第１実施例の変形例の全体構造を示す説明用側面図。 第２実施例の全体構造を示す説明用側面図。

符号の説明

１ 繊維強化合成樹脂粒
１１ 原料樹脂粒
１２ 強化用繊維材
２ 押出機
２ｓ 供給部
２ｈ ホツパー
２ｐ 圧縮部
２ｎ ノズル
２ｍ 供給穴
２ｇ 造粒成形部
２ｃ 冷却部
２ｕ 切断部
２ｗ 設置部
２ｄ 金型
１０ 繊維強化合成樹脂成形品

Claims (5)

1. 原料樹脂粒(11)と強化用繊維材(12)とを、押出機(2)により加熱溶融、混錬し、押し出して繊維強化合成樹脂成形品(10)を得る方法に於いて、繊維状、糸状又は紐形状の長尺の繊維材(12)を原料樹脂粒(11)と共に、同時に且つ連続的に材料供給ホッパー(2h)から、又はホッパー(2h)の下端から材料圧縮部(2p)までの間に形成した素材供給穴(2m)から供給して加熱移送しながら、圧縮部(2p)にて溶融、混錬し、押し出し用ノズル(2n)から金型(2d)中に押し出して、繊維強化合成樹脂成形品(10)を得る繊維強化合成樹脂製品の製造方法。
2. 原料樹脂粒(11)と強化用繊維材(12)とを、押出機(2)により加熱溶融、混錬し、押し出して繊維強化合成樹脂粒(1)を得る方法に於いて、繊維状、糸状又は紐形状の長尺の繊維材(12)を原料樹脂粒(11)と共に、同時に且つ連続的に材料供給ホッパー(2h)から、又はホッパー(2h)の下端から材料圧縮部(2p)までの間に形成した素材供給穴(2m)から供給して加熱移送しながら、圧縮部(2p)にて溶融、混錬し、造粒成形部(2g)へ移送してストランド状に押し出し、切断して成型用の繊維強化合成樹脂粒(1)を得る繊維強化合成樹脂粒の製造方法。
3. 樹脂押出機(2)と、繊維状、糸状又は紐形状の長尺の強化用繊維材(12)の設置部(2w)とを備え、前記樹脂押出機(2)は、原料樹脂粒(11)を供給するホッパー(2h)と、又はホッパー(2h)及びホッパー(2h)の下端から材料圧縮部(2p)までの間に形成した強化用繊維材(12)供給穴(2m)とを具備し、更に、ホッパー(2h)の下端に連なる供給部(2s)と、原料素材を溶融、混錬する圧縮部(2p)と、押し出し用ノズル(2n)と金型(2d)とを具備する繊維強化合成樹脂製品の製造装置。
4. 樹脂押出機(2)と、繊維状、糸状又は紐形状の長尺の強化用繊維材(12)の設置部(2w)とを備え、前記樹脂押出機(2)は、原料樹脂粒(11)を供給するホッパー(2h)と、又はホッパー(2h)及びホッパー(2h)の下端から材料圧縮部(2p)までの間に形成した強化用繊維材(12)供給穴(2m)とを具備し、更に、ホッパー(2h)の下端に連なる供給部(2s)と、原料素材を溶融、混錬する圧縮部(2p)と、押し出し用ノズル(2n)と造粒成形部(2g)とを具備する繊維強化合成樹脂粒の製造装置。
5. 造粒成形部(2g)が、押し出し用ノズル(2n)から押し出された押し出し材料をストランドとする冷却部(2c)と、該ストランドをペレットとする切断部(2u)とからなる請求項４に記載の繊維強化合成樹脂粒の製造装置。

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