JP2005305933A - 長繊維強化樹脂構造体製造装置、多段式クロスヘッドダイ及び該構造体の製造方法 - Google Patents
長繊維強化樹脂構造体製造装置、多段式クロスヘッドダイ及び該構造体の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 繊維ロービングに樹脂を含浸させて得られる長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置に用いられる多段式クロスヘッドダイであって、多段式クロスヘッドダイの先端部に設けられた、多数の繊維ロービングを導入するための入口、入口から供給された繊維ロービングを複数段状に配列する配列バー、配列バーより後方の一部に設けられた少なくとも一つの樹脂供給口、複数段状の繊維ロービングに樹脂を含浸させる多段式含浸部、及び多段式含浸部の後端部から含浸ロービングを排出する出口からなり、複数段状に配列された多数の繊維ロービングが、樹脂により多段式含浸部において含浸される。
【選択図】 図2
Description
連続繊維束11は、ローラー対のような開繊装置18により平たく開繊され、クロスヘッドダイ13の平たい形状の入口19に供給され、樹脂供給口12から供給された溶融樹脂により樹脂含浸部14において樹脂が含浸される。なお、溶融樹脂は、押出機(図示せず)などから供給される。
樹脂含浸部14は、樹脂含浸繊維ロービングの引取方向に一対の波打つ平面状の障壁を有し、該一対の障壁は凸部と凹部が向かい合って隘路を形成する構造であり、凸部によりしごかれ、樹脂の含浸が促進され、連続繊維束11への樹脂の均一な含浸が行われる。
クロスヘッドダイ13の出口20には賦形ダイ15が設けられ、冷却装置30により冷却され、ベルト対などの引取装置16を経てペレタイザー7によりペレット化される。
本発明の第2は、nが2以上の整数である本発明の第1記載の多段式クロスヘッドダイを提供する。
本発明の第3は、含浸部(4)が、樹脂含浸繊維ロービングの引取方向に波打つ平面状の一対の障壁(4a)および障壁(4b)、ここで一対の障壁(4a)および障壁(4b)は、各障壁の凹部(42)同士が向かい合って又は障壁の凸部(41)と凹部(42)が向かい合って、バー設置用空間(40)を形成する、及びバー設置用空間(40)内にロービングの引取方向に直角に設けられたn−1段のバー(4c)からなり、
複数段(n)に配列された繊維ロービング(1)が、それぞれ、繊維ロービング(1)の1個の段は障壁(4a)と障壁(4a)に隣るバー(4c)の間の通路、繊維ロービング(1)のn−2個の段はn−1段の各バー(4c)間の通路、及び1個の段は障壁(4b)と障壁(4b)に隣るバー(4c)の間の通路に供給される本発明の第1又は2に記載の多段式クロスヘッドダイを提供する。
本発明の第4は、各段のバー(4c)の数mが2以上の整数である本発明の第3記載の多段式クロスヘッドダイを提供する。
本発明の第5は、配列バー(4d)に隣るバー(4c)が設けられるバー設置用空間(40)の位置に、入口(9)側から樹脂が供給されるように樹脂供給口(2)が設けられる本発明の第3又は4に記載の多段式クロスヘッドダイを提供する。
本発明の第6は、本発明の第1〜5のいずれか1項に記載の多段式クロスヘッドダイ(3)、多段式クロスヘッドダイ(3)の前工程に設けられた開繊装置(8)、多段式クロスヘッドダイ(3)の出口(10)に設けられた賦形ダイ(5)、賦形ダイ(5)の次工程に設けられた冷却装置(30)、及び冷却装置(30)の次工程に設けられた引取装置(6)からなる長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置を提供する。
本発明の第7は、さらに、引取装置(6)の次工程に設けられたペレタイザー(7)からなる本発明の第6記載の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置を提供する。
本発明の第8は、本発明の第6又は7に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置を用いた長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法を提供する。
得られた樹脂含浸ロービングは多段式含浸部4の後端部における出口10から、複数(n)段の状態で排出される。
複数(n)段のnとしては、2以上の整数であり、好ましくは2〜5である。nが1では空間的に製造効率が悪い。
図2(a)は、段数が2の装置の例である。
実際には、例えば30本の繊維ロービングが15本ずつ二段に設置され、5本の繊維ロービングが一つの束に纏められ、上下3束が上下二組のローラー対により開繊される。
平面的に開繊された二段の繊維ロービング1は、多段式クロスヘッドダイ3の先端部に設けられた入口9から、二段を保ったまま供給される。先端部に設けられた入口9は、一つの開口部であっても、段数に応じた開口部を有していてもよいが、好ましくは一つである。
入口9から供給された繊維ロービング1は、配列バー4dにより、複数(n)段状に配列される。
樹脂供給口2から供給される樹脂は、溶融樹脂、溶媒に溶解された樹脂でもよいが、好ましくは溶融樹脂であり、押出機などから供給される。
該障壁は、樹脂含浸繊維ロービングの引取方向に一対の波打つ平面状の障壁4aおよび障壁4bからなり、一対の障壁4aおよび障壁4bは、凹部42同士が向かい合って又は障壁の凸部41と凹部42が向かい合って、バー設置用空間40を形成する。
バー設置用空間40にはn−1段のバー4cが設けられる。n−1段のバー4cは、上段の各バーの間に、好ましくは中間に、下段の各バーが設けられ、両上下段のバーによりその間を通過する繊維ロービング1への樹脂の含浸が促進され均一になるようにする。
複数段(n)に配列された繊維ロービング1は、それぞれ、1段は障壁4aとそれに隣るバー4cの間の通路に、n−2個の段はn−1段の各ローラー4c間の通路に、及び1段は障壁4bとそれに隣るバー4cの間の通路に供給される。
図2では、段数が2であり、障壁4aおよび障壁4bの間にバー4cが一段設けられ、樹脂含浸繊維ロービングの通路が二段生じる。
図3では、段数が3であり、障壁4aおよび障壁4bの間にバー4cが二段設けられ、樹脂含浸繊維ロービングの通路が三段生じる。
なお、m個のバー設置用空間40のクリアランス及び設けられる間隔、及びバー4cの直径は、同一であっても異なっていてもよい。バー4cの断面形状は、円、長円、流線型などであってもよく、障壁4a、4bの波打つ形状も、正弦波状、円弧状、流線型状などであってもよい。また、繊維ロービング1は、折損しない限り、入口9および出口10の間で、障壁4a、障壁4bおよびバー4cにより、直線状を保ったまま含浸されても、蛇行して含浸されてもよい。
樹脂供給口2は、異なるバー設置用空間40の位置に、2箇所以上設けられてもよい。
出口10において、樹脂含浸繊維ロービングは、含浸部4の通路が平面状になっているので、通常は断面が平面状であり、これを例えば円柱状のような所望の形状に賦形するため、賦形ダイ5には賦形孔が多段(n)に設けられる。
一般にクロスヘッドダイでは、多数の繊維ロービングが供給され、単独でまたは数本が纏められて、一つの含浸用繊維ロービングとなり、そのような含浸用繊維ロービングが平面的にいくつか並べられる。
従って、従来の一段型の賦形ダイ15では、横一列に賦形孔15aが並んでいる(図1(b)では孔の数3個)が、本発明では、横一列に賦形孔15aが並んでいる形ないしは複数(n)段に賦形孔が設けられる(図2(b)では、賦形孔5aおよび賦形孔5bが二段に合計6個)。
賦形孔5により所望の断面形状を有する樹脂含浸繊維ロービングに賦形され、例えば、ストランド状、テープ状、シート状等の所望の形状に賦形される。
冷却装置30には、入口側及び出口側に、それぞれ一つの開口部が設けられ、一つの開口部に複数(n)段状に供給されて冷却されてもよいし、孔が複数(n)段で設けられ、それぞれの賦形ダイ5の孔から出た樹脂含浸繊維ロービングが冷却装置30のそれぞれの孔に供給されて冷却されてもよい。
長繊維強化樹脂ペレットの長さは、3〜50mm、好ましくは5〜40mm、さらに好ましくは5〜30mmである。
ペレットの長さが、上記範囲より短すぎると長繊維強化の特徴が損なわれ、長すぎると成形に使用する際に、押出機のホッパーなどでブリッジを起こし、供給に不具合を生じやすい。
繊維に対する樹脂の含浸比率が、上記範囲より過少になると樹脂の含浸が十分に行えず、上記範囲より過大になると経済的でなくなる。
繊維ロービングの形態は、ロービング、ヤーン等の連続した繊維であればいずれも使用でき、本発明ではこれらをロービングと総称する。
また、これらの繊維は、樹脂との接着性をよくするため、表面処理剤で処理したものであってもよい。かかる強化用繊維束は、次にクロスヘッドにおいて熱可塑性樹脂の溶融物を含浸させるに先立ち、予め加熱し高温の強化用繊維束を樹脂の溶融物と接触させるのが好ましく、またテンションロール等の開繊装置で開繊しておくのが好ましい。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
含浸用樹脂としては、ポリプロピレンに無水マレイン酸を1重量%及び2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3を500ppm添加し、200℃で溶融混練し反応させて得られた変性ポリプロピレンを使用した。
強化繊維
ガラス繊維ロービングとして、径17μmのガラス単繊維4000本の束にサイジング処理したものを使用した。
図2に示すような構造の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置を用いた。配列バー4dが設けられる設置用空間も含めて、クロスヘッドダイ3のバー設置用空間40の数mは6個であり、相隣るバー設置用空間40をつなぐ経路の最小クリアランスは15mm、それぞれのバー設置用空間40にはバー4cが設けられその直径は20mmである。
多段式賦形ダイは、孔径3mmφの孔が横に3個設けられたものが、二段に設けられ、千鳥足状にずれて、合計6個並んでいる。
図1に示すような構造の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置を用いた。クロスヘッドダイ13の波状部が形成する凹凸の組み合わせの数mは、6個であり、一段式賦形ダイは、孔径3mmφの孔が横に3個設けられている。
上記装置を使用し、ガラス繊維ロービング3本を供給した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得た。
2 樹脂供給口
3 クロスヘッドダイ
4 含浸部
4a 障壁
4b 障壁
4c バー
4d 配列バー
5 賦形ダイ
5a 賦形孔
5b 賦形孔
6 引取装置
7 ペレタイザー
8 開繊装置
8a 開繊装置
8b 開繊装置
9 入口
10 出口
11 繊維ロービング
12 樹脂供給口
13 クロスヘッドダイ
14 含浸部
15 賦形ダイ
15a 賦形孔
16 引取装置
18 開繊装置
19 入口
20 出口
30 冷却装置
40 バー設置用空間
41 凸部
42 凹部
Claims (8)
- 繊維ロービング(1)に樹脂を含浸させて得られる長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置に用いられる多段式クロスヘッドダイ(3)であって、
多段式クロスヘッドダイ(3)の先端部に設けられた、多数の繊維ロービング(1)を導入するための入口(9)、
入口(9)から供給された繊維ロービング(1)を複数(n)段状に配列する配列バー(4d)、
配列バー(4d)より後方の一部に設けられた少なくとも一つの樹脂供給口(2)、複数(n)段状の繊維ロービング(1)に樹脂を含浸させる多段式含浸部(4)、及び多段式含浸部(4)の後端部から含浸ロービングを排出する出口(10)
からなり、
複数(n)段状に配列された多数の繊維ロービング(1)が、樹脂供給口(2)から供給された樹脂により多段式含浸部(4)において含浸される多段式クロスヘッドダイ。 - nが2以上の整数である請求項1記載の多段式クロスヘッドダイ。
- 含浸部(4)が、
樹脂含浸繊維ロービングの引取方向に波打つ平面状の一対の障壁(4a)および障壁(4b)、ここで一対の障壁(4a)および障壁(4b)は、各障壁の凹部(42)同士が向かい合って又は障壁の凸部(41)と凹部(42)が向かい合って、バー設置用空間(40)を形成する、
及びバー設置用空間(40)内にロービングの引取方向に直角に設けられたn−1段のバー(4c)
からなり、
複数段(n)に配列された繊維ロービング(1)が、それぞれ、
繊維ロービング(1)の1個の段は障壁(4a)と障壁(4a)に隣るバー(4c)の間の通路、繊維ロービング(1)のn−2個の段はn−1段の各バー(4c)間の通路、及び1個の段は障壁(4b)と障壁(4b)に隣るバー(4c)の間の通路
に供給される請求項1又は2に記載の多段式クロスヘッドダイ。 - 各段のバー(4c)の数mが2以上の整数である請求項3記載の多段式クロスヘッドダイ。
- 配列バー(4d)に隣るバー(4c)が設けられるバー設置用空間(40)の位置に、入口(9)側から樹脂が供給されるように樹脂供給口(2)が設けられる請求項3又は4に記載の多段式クロスヘッドダイ。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の多段式クロスヘッドダイ(3)、
多段式クロスヘッドダイ(3)の前工程に設けられた開繊装置(8)、
多段式クロスヘッドダイ(3)の出口(10)に設けられた賦形ダイ(5)、
賦形ダイ(5)の次工程に設けられた冷却装置(30)、及び
冷却装置(30)の次工程に設けられた引取装置(6)からなる長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置。 - さらに、引取装置(6)の次工程に設けられたペレタイザー(7)からなる請求項6記載の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置。
- 請求項6又は7に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置を用いた長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法。
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