JP2007070381A - 長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロッドの軌道を直線的に安定して進行させ、また、ロッドの揺動を抑えるとともに、ロッドの水分（冷媒）過多によるロッドを構成している樹脂の劣化を抑えることで、ロッドの毛羽発生や切断などを防止できる繊維強化成形材料の製造装置を提供すること。
【解決手段】冷却装置（２）の下流に回転ロール（４）を有し、該回転ロール（４）はロッド（６）と接触する溝（５）を有し、該溝（５）とロッドとが接触する溝底部の幅（ｂ）が、前記ロッド（６）の直径（ａ）と略同一であることを特徴とする繊維強化成形材料の製造装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料（以下「繊維強化成形材料」という）の製造装置に関する。

従来より、繊維強化成形材料を引抜法で製造する際、高温に加熱されている含浸槽から引き抜かれる、高温の樹脂が含浸されたガラスなどの樹脂含浸強化繊維束（以下「ロッド」という）を引取可能とするためには、引き抜かれたロッドが、ロッドの引取装置の位置において十分に冷却固化されていることが必要である。そのために、高温のロッドに、例えば、冷却空気を吹付けたり、水などの冷媒をスプレーやシャワーで吹付ける方法が行なわれている。

また、上記方法に代えて、水などの冷媒を溜めた冷媒槽（冷却槽）内に、高温のロッドを連続的に引き入れて、当該高温のロッドを冷却する方法が知られており、例えば、特許文献１には、中空の冷却ロールに冷媒を注入することによりロッドを冷却することが記載されている。
特開平７−２５１４３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、含浸槽から引抜法で製造されるロッドの径が太い場合やロッドの強化繊維含有量が多い場合には、ロッドの引取に必要な張力がロッドに常時かかるために、ロッドは、その軌跡の自由な曲線をとりにくいといった問題を有している。そのうえ、ロッドの軌道が直線的に進行しないことがあり、そのためにロッドに毛羽が発生したり、ロッドの切断が生じる場合があった。

また、水などの冷媒をスプレーやシャワーで高温のロッドに吹付ける方法や、ロッドを冷却装置中に通過させて冷却する方法では、冷却されたロッドに付着した冷媒を、冷却した後のロッドを引取装置に導入する前に十分に除去しておかないと、引取装置でロッドがスリップしたりして、ロッドの生産性に劣るばかりでなく、樹脂種によっては得られるロッドの樹脂が劣化するといった問題を有していた。

このため、ロッドに付着している冷媒を除去するために、エア噴射装置などにより冷媒を除去することも考えられるが、エア噴射装置を設置すると、該装置の設置のためのスペースが必要となり、また、エア噴射装置のみで十分な冷媒の除去は困難であるといった場合があった。

従って、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ロッドの軌道を直線的に安定して進行させ、また、ロッドの揺動を抑えるとともに、ロッドの水分（冷媒）過多によるロッドを構成している樹脂の劣化を抑え、ロッドの毛羽発生や切断などを防止できる繊維強化成形材料の製造装置を提供することを目的とする。

上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、強化繊維束を引き取りながら熱可塑性樹脂を含浸させて賦形する含浸槽（１）と、該槽（１）より引き出されたロッド（６）を冷却する冷却装置（２）と、冷却されたロッド（６）を引き取る引取装置（３）とを有する繊維強化成形材料の製造装置において、前記冷却装置（２）の下流に回転ロール（４）を有し、該回転ロール（４）は前記ロッド（６）と接触する溝（５）を有し、該溝（５）と前記ロッドとが接触する溝底部の幅（ｂ）が、前記ロッド（６）の直径（ａ）と略同一であることを特徴とする繊維強化成形材料の製造装置を提供する。

上記本発明においては、前記回転ロール（４）が、ナイロン樹脂から構成されていること；前記溝（５）が、複数個設けられていること；前記回転ロール（４）の溝（５）の壁面と、該回転ロール軸方向との角度（α）が、９０〜８０度であること；前記回転ロール（４）の溝（５）の底部の幅（ｂ）が、１〜４ｍｍであること；前記回転ロール（４）の溝部（５）の底外径（Ｄ１）と回転ロール（４）の円盤部（７）の外径（Ｄ２）との差が、３０ｍｍ以上であること；前記回転ロール（４）の溝（５）のピッチ（ｃ）が、含浸槽のノズルのピッチ（ｃ’）と実質的に等ピッチであること；および前記回転ロール（４）の下方に、冷媒受けパン（８）を有することが好ましい。

上記本発明によれば、冷却されたロッドを回転ロールの溝で受けながら、該ロッドとの接触摩擦力により回転するロールによって、前記ロッドの揺動を抑制することが可能となり、また、ロッドに接触しながら回転するロールによって冷媒が除去されるため、冷媒除去のために大掛かりなエア噴射装置などの冷媒除去装置を設けることが不要である。また、回転ロール自体が冷媒除去作用を兼ねることから、この回転ロールは冷却装置のロッド出口近傍に設置することが可能であり、省スペースでロッドから効率的に冷媒を除去することができる。

また、回転ロールのロッド接触部（通常、溝の底部）の近傍に、ロッド接触部の直径より大きな径を持つ円盤部を設けることにより、ロッドから溝底部に移行した冷媒が、回転するロールの遠心力により溝の壁面を伝って円盤部の外径へと流れていくため、冷媒の存在によるロッドのロッド接触部での滑りを抑制することができ、その結果、ロッドとの接触により何らの駆動源を設けることなくロールを確実に回転させることができる。

次に発明を実施するための最良の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。本発明の繊維強化成形材料の製造装置は、図１に示すように、強化繊維束を引き取りながら熱可塑性樹脂を含浸させて賦形する含浸槽１と、該槽１より引き抜かれたロッドを冷却する冷却装置２と、冷却されたロッドを引き取る引取装置３とを有する繊維強化成形材料の製造装置において、前記冷却装置２の後方（すなわち、冷却装置と引取装置との間）に、冷媒除去（水切り）回転ロール４を設けた構成であり、該回転ロールの構成に特徴を有している。

上記回転ロール４の構成材料は、金属、木材、プラスチックなどの何れの材料でもよいが、慴動性が良く軽量であることなどの理由からナイロン樹脂が好ましい。上記回転ロールにはロッド６と接触し、ロッドに付着している冷媒（水）を除去し、ロッドとの摩擦力でロール４を回転させるための溝５が形成されているが、該溝の個数は通常複数であり、含浸槽１に設けられているロッド引き抜きノズルと同数か、それよりも多い個数とすることが好ましい。上記溝５は上記引き抜きノズルの数と同様な数であることが好ましい。

回転ロール４の円盤部７の外径（Ｄ２）（図３）は特に限定されないが、通常は４０〜１５０ｍｍ程度である。また、この回転ロール４はロッド６との接触により回転するのでロール４の回転のための駆動源は不要である。

上記回転ロール４のより好ましい構成を、回転ロール４とロッド６との関係を示す斜視図である図２、および回転ロール４の一部切り欠き側面図である図３を参照して説明する。前記回転ロール４に設けられた溝５は、底部から外周部に向かって扇型に広がっている形状であって、溝５の両側には円盤部７が形成されている。溝５の内壁面と、回転ロール軸方向との角度αを、９０〜８０度の角度とすることが好ましい。このような角度を採用することでロッド位置を安定させることができるなどの利点があり、これに対して内壁面が直立に近くなる程ロッド径と溝底幅が等しい場合に、ロッドの噛み込みに不都合が生じる場合があり、また、壁面の角度が緩やか過ぎるとロッドの揺動が大きくなり、ロッドの位置が安定しないなどの不都合が生じる場合がある。

また、図３に示すように、上記溝５の底部の幅ｂは、ロッド６の太さ（直径）ａによって変化し、ロッドは通常直径ａが、１〜４ｍｍであることから、溝５の底部の幅ｂもロッド６の直径ａと同程度の幅、すなわち１〜４ｍｍであることが好ましい。幅ｂが直径ａより著しく大きいとロッド位置を安定させることができないなどの不都合が生じる場合があり、一方、幅ｂが直径ａより小さいとロッドの溝中への噛み込みに不都合が生じる場合がある。

また、図３に示すように、前記回転ロール４の溝部５の底外径Ｄ１は、通常、約１０〜５０ｍｍであり、かつ回転ロール４の円盤部７の外径Ｄ２は約４０〜１５０ｍｍであることが好ましく、Ｄ１とＤ２との差（Ｄ２−Ｄ１）が、３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。Ｄ１とＤ２との差（Ｄ２−Ｄ１）が３０ｍｍ未満ではロッドが溝から外れるなどの不都合が生じる場合があり、Ｄ１とＤ２との差（Ｄ２−Ｄ１）が１００ｍｍを超えても特別の利益はない。

また、前記回転ロール４の溝５のピッチｃが、含浸槽１のノズルのピッチｃ’（図１）と実質的に等ピッチであることが好ましく、実質的に等ピッチでないといずれかのロッド６がノズルに対して垂直方向に引き取ることができず、ロッド６に無理な力がかかってノズル部でロッド６が切れ易くなるなどの問題が生じる場合がある。

以上本発明を主として特徴づける回転ロール４の構成について説明したが、その他の構成、すなわち、含浸槽１、冷却装置２および引取装置３の構成などは従来公知の含浸槽、冷却装置および引取装置と同様の構成でよく、特に限定されないが、冷却装置２を冷媒によって冷却する冷媒槽とする場合について以下に述べる構成とすることができる。

好ましい冷媒槽２の１例は、図４に示すように、相対する二枚の側板９，９’と相対する二枚の仕切り板１０，１０’とで形成された冷媒槽２であって、仕切り板１０，１０’の両方に、不図示のノズル（図５）と略同一水平線上より幾分下方まで、それぞれ切り欠きスリット１１が設けられ、これらの切り欠きスリット１１内にノズルから引き出された高温のロッド６が通過できるようになっており、冷媒槽２内には水などの冷媒１２が満たされていて、高温のロッド６が該冷媒中を通過することによってロッド６が適当な温度に冷却される。図４に示す例では、冷媒槽２が矩形に描かれているが、冷媒槽２は矩形に限定されるものではなく、他の如何なる形状であってもよい。

上記本発明の繊維強化成形材料の製造装置の使用方法を図５を参照して以下に説明する。従来技術と同様にしてポリプロピレンやポリアミドなどの熱可塑性樹脂が溶融されている含浸槽１を通して、ガラスなどの強化繊維束に溶融樹脂を含浸させ、得られたロッド６をノズルから直線状に引き抜き、引き抜いたロッドを冷却装置２中に通して冷却後、回転ロール４によりロッドに付着している冷媒（水）を除去し、次いで引取装置で引き取る。その後ペレタイザーで任意の長さに切断してペレット化して繊維強化成形材料が得られる。

上記において、回転ロール４の溝の底部が、ロッド６の走行ラインと同一の高さ若しくは走行ラインより幾分高い位置に設置することにより、ロッド６の走行により回転ロール４が確実に回転させられるとともに、ロッド６に付着している冷媒が効率的に除去されるとともに、ロッド６の揺動が防止される。このときロッド６から溝５の底部に移行した冷媒が、回転するロールの遠心力により溝の壁面を伝って円盤部外径方向へと流れていくため、冷媒の存在によるロッドのロール接触部での滑りを抑制することができ、その結果、ロッドとの接触により何らの駆動源を設けることなくロールを確実に回転させ、水切り効果を十分に発揮させることができる。

上記のようにロッド６から分離された冷媒の多くは、回転ロール４の下方に滴下するので、回転ロール４の下方には冷媒受パン８を設けておくことが好ましい。また、冷却装置２が図４に示す形態の冷媒槽である場合には、冷媒槽２のスリット１１から溢流してくる冷媒を同時に収集できるように、冷媒受パン８を 冷媒槽２の下方まで延長させておくことが好ましい。

本発明によれば、ロッドの軌道を直線的に安定して進行させ、また、ロッドの揺動を抑えるとともに、ロッドの水分（冷媒）過多によるロッドを構成している樹脂の劣化を抑えることで、ロッドの毛羽発生や切断などを防止できる繊維強化成形材料の製造装置を提供することができる。

本発明の繊維強化成形材料の製造装置の全体を説明する図。 ロッドと回転ロールとの関係を説明する図。 回転ロールの構成を説明する図。 冷却装置の１例の構成を説明する一部切り欠き図。 本発明の製造装置を用いる繊維強化成形材料の製造を説明する図。

符号の説明

１：含浸槽
２：冷却装置（冷媒槽）
３：引取装置
４：回転ロール
５：溝
６：ロッド
７：円盤部
８：冷媒受パン
９，９’：側板
１０，１０’：仕切り板
１１：スリット
１２：冷媒
１３：ペレタイザー

Claims (8)

1. 強化繊維束を引き取りながら熱可塑性樹脂を含浸させて賦形する含浸槽（１）と、該槽（１）より引き出された樹脂含浸強化繊維束（６）を冷却する冷却装置（２）と、冷却された樹脂含浸強化繊維束（６）を引き取る引取装置（３）とを有する長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造装置において、前記冷却装置（２）の下流に回転ロール（４）を有し、該回転ロール（４）は前記樹脂含浸強化繊維束（６）と接触する溝（５）を有し、該溝（５）と前記樹脂含浸強化繊維束とが接触する溝底部の幅（ｂ）が、前記樹脂含浸強化繊維束（６）の直径（ａ）と略同一であることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造装置。
2. 前記回転ロール（４）が、ナイロン樹脂から構成されている請求項１に記載の製造装置。
3. 前記溝（５）が、複数個設けられている請求項１に記載の製造装置。
4. 前記回転ロール（４）の溝（５）の壁面と、該回転ロール軸方向との角度（α）が、９０〜８０度である請求項１に記載の製造装置。
5. 前記回転ロール（４）の溝（５）の底部の幅（ｂ）が、１〜４ｍｍである請求項１に記載の製造装置。
6. 前記回転ロール（４）の溝部（５）の底外径（Ｄ１）と回転ロール（４）の円盤部（７）の外径（Ｄ２）との差が、３０ｍｍ以上である請求項１に記載の製造装置。
7. 前記回転ロール（４）の溝（５）のピッチ（ｃ）が、含浸槽のノズルのピッチ（ｃ’）と実質的に等ピッチである請求項１に記載の製造装置。
8. 前記回転ロール（４）の下方に、冷媒受けパン（８）を有する請求項１に記載の製造装置。

Images